Pour vraiment apprécier les orbites des comètes, il est utile de comprendre les orbites planétaires. Même si l'espace disponible autour du soleil ne manque pas, les planètes se cantonnent toutes à une bande assez mince, et aucune d'entre elles, à l'exception de Pluton, ne s'éloigne de plus de quelques degrés à l'extérieur.
L'orbite d'une comète, par contre, peut avoir un grand angle d'inclinaison par rapport à cette bande et peut même orbiter perpendiculairement à celle-ci, selon sa provenance. Ce n'est qu'un des nombreux faits intéressants sur les comètes.
Selon la première loi de Kepler, tous les objets gravitent autour du soleil selon des trajectoires elliptiques. Les orbites des planètes, à l'exception de Pluton, sont presque circulaires, tout comme celles des astéroïdes et des objets glacés de la ceinture de Kuiper, qui se situe juste au-delà de l'orbite de Neptune. Les comètes originaires de la ceinture de Kuiper sont appelées comètes à courte période et ont tendance à rester dans la même bande étroite que les planètes.
Les comètes à longue période, qui proviennent du nuage d'Oort, qui se trouve au-delà de la ceinture de Kuiper et à la périphérie du système solaire, sont une autre affaire. Leurs orbites peuvent être si elliptiques que les comètes peuvent disparaître complètement pendant des centaines d'années. Les comètes d'au-delà du nuage d'Oort peuvent même avoir des orbites paraboliques, ce qui signifie qu'elles font une seule apparition dans le système solaire et ne reviennent plus jamais.
Aucun de ces comportements n'est mystérieux une fois que vous comprenez comment les planètes et les comètes sont arrivées là en premier lieu. Tout a à voir avec la naissance du soleil.
Tout a commencé dans un nuage de poussière
Le même processus de naissance d'étoiles que les scientifiques sont aujourd'hui capables d'observer dans la nébuleuse d'Orion s'est produit à proximité de l'univers il y a environ 5 milliards d'années. Un nuage de poussière spatiale, flottant sans incident dans le vaste néant, a progressivement commencé à se contracter sous la force de gravité. De petites touffes se sont formées et elles se sont collées les unes aux autres, formant des touffes plus grosses capables d'attirer encore plus de poussière.
Peu à peu, l'un de ces groupes a prédominé et, à mesure qu'il continuait à attirer plus de matériel et à croître, la conservation du moment angulaire l'a fait tourner, et toute la matière autour d'elle s'est formée en un disque qui a tourné dans le même direction.
Finalement, la pression au cœur de l'amas prédominant est devenue si forte qu'elle s'est enflammée, et la pression vers l'extérieur créée par la fusion d'hydrogène a empêché plus de matière de s'accréter. Notre jeune soleil avait atteint sa masse finale.
Qu'est-il arrivé à tous les petits amas qui n'avaient pas été piégés dans l'amas central? Ils ont continué à attirer la matière qui était assez proche de leurs orbites, et certains d'entre eux sont devenus des planètes.
D'autres grappes plus petites, tout au bord du disque en rotation, étaient suffisamment éloignées pour éviter d'être pris dans le disque, bien qu'ils soient encore soumis à une force gravitationnelle suffisante pour les maintenir en orbite. Ces petits objets sont devenus des planètes naines et des astéroïdes, et certains sont devenus des comètes.
Les comètes ne sont pas des astéroïdes
La composition des comètes est différente de celle des astéroïdes. Alors qu'un astéroïde est principalement de la roche, une comète est essentiellement une boule de neige sale remplie de poches de gaz spatial.
Un grand nombre d'astéroïdes se trouvent dans la ceinture d'astéroïdes entre les orbites de Mars et de Jupiter, qui abrite également la planète naine Cérès, mais ils orbitent également à la périphérie de la planète solaire système. Les comètes, en revanche, ont tendance à provenir exclusivement de la ceinture de Kuiper et au-delà.
Une comète éloignée du soleil est pratiquement indiscernable d'un astéroïde. Cependant, lorsque son orbite le rapproche du soleil, la chaleur vaporise la glace et la vapeur se dilate pour former un nuage autour du noyau. Le noyau n'a peut-être que quelques kilomètres de diamètre, mais le nuage peut être des milliers de fois plus gros, faisant apparaître la comète beaucoup plus grande qu'elle ne l'est en réalité.
La queue d'une comète est sa caractéristique la plus déterminante. Il peut être assez long pour couvrir la distance entre la Terre et le soleil, et il pointe toujours loin du soleil, quelle que soit la direction dans laquelle la comète se déplace. C'est parce qu'il est créé par le vent solaire, qui souffle du gaz loin du nuage de vapeur qui entoure le noyau.
Faits sur les comètes: tous ne viennent pas d'ici
Les comètes à longue période peuvent avoir des orbites hautement elliptiques qui peuvent être si excentriques que la période entre les observations de la Terre peut être plus d'une vie. La deuxième loi de Kepler implique que les objets se déplacent plus lentement lorsqu'ils sont plus éloignés du soleil que lorsqu'ils en sont proches, de sorte que les comètes ont tendance à être invisibles beaucoup plus longtemps qu'elles ne sont visibles. Cependant, peu importe le temps que cela prend, un objet en orbite revient toujours, à moins que quelque chose ne le fasse sortir de son orbite.
Cependant, certains objets ne reviennent jamais. Ils viennent apparemment de nulle part, voyageant à des vitesses atypiques des corps en orbite, tournant autour du soleil et s'envolant dans l'espace. Ces objets ne proviennent pas du système solaire; ils viennent de l'espace interstellaire. Plutôt qu'une orbite elliptique, ils suivent une trajectoire parabolique.
Le mystérieux astéroïde en forme de cigare 'Oumuamua était l'un de ces objets. Il est apparu dans le système solaire en janvier 2017 et a disparu un an plus tard. C'était peut-être un OVNI, mais plus probablement, c'était un objet interstellaire attiré par le soleil mais se déplaçant trop vite pour être cajolé en orbite.
Une étude de cas: la comète de Halley
La comète de Halley est peut-être la plus connue de toutes les comètes. Il a été découvert par Edmund Halley, un astronome britannique qui était un ami de Sir Isaac Newton. Il a été la première personne à postuler que les observations de comètes en 1531, 1607 et 1682 avaient toutes été de la même comète, et il a prédit son retour en 1758.
Il a eu raison lorsque la comète a fait une apparition spectaculaire la nuit de Noël en 1758. Cette nuit-là était, malheureusement, 16 ans après sa mort.
La comète de Halley a une période comprise entre 74 et 79 ans. L'incertitude est due aux influences gravitationnelles qu'elle rencontre le long de sa trajectoire - en particulier la planète Vénus - et à un système de propulsion intrinsèque que possèdent toutes les comètes. Lorsqu'une comète comme la comète de Halley s'approche du soleil, les poches de gaz dans le noyau se dilatent et traversent points faibles dans le noyau, fournissant une poussée qui peut le pousser dans n'importe quelle direction et créer des perturbations dans son orbite.
Les astronomes ont cartographié l'orbite de la comète de Halley et l'ont trouvée hautement elliptique, avec une excentricité de près de 0,97. (Excentricité dans ce cas signifie à quel point une orbite est oblongue ou ronde; plus l'excentricité est proche de zéro, plus l'orbite est ronde.)
Considérant que l'orbite de la Terre a une excentricité de 0,02, ce qui la rend presque circulaire, et que l'excentricité de l'orbite de Pluton n'est que de 0,25, l'excentricité de la comète de Halley est extrême. À l'aphélie, il est bien en dehors de l'orbite de Pluton, et au périhélie, il n'est qu'à 0,6 UA du soleil.
Indices d'origine de la comète
L'orbite de la comète de Halley n'est pas seulement excentrique, mais elle est également inclinée de 18 degrés par rapport au plan de l'écliptique. C'est la preuve qu'elle ne s'est pas formée de la même manière que les planètes se sont formées, même si elle peut s'être fusionnée à peu près au même moment. Il aurait même pu avoir ses origines dans une autre partie de la galaxie et simplement être happé par la gravité du soleil lors de son passage.
La comète de Halley présente une autre caractéristique différente des planètes. Il tourne dans un sens opposé à celui de son orbite. Vénus est la seule planète qui fait cela, et Vénus tourne si lentement que les astronomes soupçonnent qu'elle est entrée en collision avec quelque chose dans son passé. Le fait que la comète de Halley tourne dans la même direction est une preuve supplémentaire qu'elle ne s'est pas formée de la même manière que les planètes.