École Centrale de BucarestModule d’Enseignement Interdisciplinaire 2011

Le thème général:

L’ASTRONOMIE ET LES MYSTÈRES DU CIEL

La problématique:

COMMENT LES NOUVEAUX MOYENS D’OBSÉRVATION RÉLÈVENT-ILS LES

MYSTÈRES DU CIEL?

Le sous-thème: LES COMÈTES – LES ASTRES BRILLANTS

La problématique:COMMENT LES COMÈTES ARRIVENT-

ELLES DANS LE SYSTÈME SOLAIRE?

LE PLAN1. Présentation générale C’est quoi une comète? Origine des comètes Classification des comètes Composition chimique

2. Moyens d’observation des comètes3. Comment les comètes arrivent-elles dans le

système solaire?

1. Présentation généraleC’EST QUOI UNE COMÈTE?

C’est un petit astre brillant, constitué de glace et de poussière du système solaire.

Forme de l’orbite: une ellipse très allongée.Elle est accompagnée d’une longue traînée lumineuse due à l’interaction à

vitesse élevée entre la comète au voisinage du Soleil et diverses forces émanant du Soleil: vent solaire, pression de radiation et gravitation.

Le mot comète vient du grec komêtês qui signifie « chevelu ».

Une comète se compose essentiellement de trois parties: le noyau, la chevelure et les queues.

LE NOYAU – est un corps solide constitué de glaces (eau, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone) et de matières météoriques agglomérées.

Ces glaces se subliment sous l'action du rayonnement solaire et donnent naissance à la chevelure, puis aux queues.

Le diamètre du noyau: entre quelques centaines de mètres et quelques dizaines de kilomètres.

LA CHEVELURE - La chevelure, ou coma, est constituée d'atomes, de gaz et de poussières issus du noyau de la comète et libérés sous forme de jets de gaz.

La brillance de la chevelure est plus forte à proximité du noyau. Son diamètre: entre 50 000 et 250 000 km, avec des limites extrêmes de 15 000

et 1 800 000 km.

LA QUEUE - Une comète importante possède en général deux queues visibles :

Une queue constituée d'un plasma, rectiligne, qui se maintient à l'opposé du Soleil (comme une ombre), poussée à haute vitesse ( ≈ 500 km/s) par le vent solaire ;

Une queue plus large constituée de poussières poussées par la pression de radiation solaire, et incurvée dans le plan de l'orbite.

Une troisième enveloppe, invisible avec des instruments optiques, mais décelée grâce à la radioastronomie, est la queue d'hydrogène qui s'étend sur des dimensions considérables.

ORIGINE DES COMÈTESLorsque, par la suite d'une perturbation due à l'influence gravitationnelle des

étoiles proches, l'orbite de l'un de ces objets est dévié en direction du Soleil, une nouvelle comète apparaît. Ils prennent le nom de "comète" lorsqu'ils se rapprochent du Soleil et commencent à perdre de la matière pour former la queue de la comète.

Les comètes se sont formées dans les régions extérieures du disque protoplanétaire.

La majorité des comètes du Nuage de Oort se sont formées près d'Uranus et de Neptune puis ont été électées par ces planètes.

Les comètes actuellement dans la Ceinture de Kuiper se sont formées plus près de nous que là où nous les trouvons aujourd'hui.

CLASSIFICATION DES COMÈTES

Il y a trois types de comètes:

Comètes à période courte (avec des périodes orbitales entre 20 et 200 ans)

Comètes à période longue (avec des périodes de 200 ans jusqu’à quelques millions d’années)

Comètes non-périodiques (elles passent prés du Soleil et ne reviennent jamais)

LA COMPOSITION CHIMIQUE

Pour connaître la composition chimique des comètes, c'est-à-dire la nature des glaces et des roches qui composent le noyau, l'idéal serait d'envoyer une sonde automatique se poser à sa surface pour en effectuer l'analyse.

En attendant, on observe à distance les produits relâchés par la sublimation des glaces cométaires.

Les molécules volatiles directement issues du noyau (nommées molécules mères) sont difficilement observables.

En revanche, les radicaux, atomes et ions produits par la photodissociation des molécules-mères (que l'on nomme molécules filles), présentent des signatures spectrales très intenses, liées à leurs transitions électroniques, dans le domaine visible; ces produits secondaires sont observés depuis les débuts de la spectroscopie il y a plus d'un siècle, et ont été identifiés depuis de nombreuses décennies (O, C, C2, C3, CH, CN, CS, CO+,CO2

+, H2O+...).

Les produits secondaires observés sont nombreux, et les réactions de dissociation et d'ionisation sont multiples; dans la plupart des cas, l'observation des produits secondaires ne permet pas de déterminer sans ambiguïté la composition des molécules-mères dont ils sont issus. C'est pourquoi il est préférable d'observer directement les molécules-mères, dans les domaines infrarouge et millimétrique.

2.Moyens d’observation des comètesOn peut l'observer avec tous les instruments, avec l'œil nu et les

jumelles, mais des instruments puissants autorisant de forts grossissements permettent une vue détaillée de la structure de la chevelure ou de sa queue.

Les techniques spectroscopiques ont récemment fait des progrès spectaculaires dans des domaines exotiques de longueurs d'onde:

en ultraviolet avec le satellite IUE (International Ultraviolet Explorer) puis le télescope spatial Hubble;

en infrarouge, soit du sol avec des télescopes et des détecteurs performants, soit de l'espace avec l'Observatoire spatial infrarouge (ISO);

en radio avec des radiotélescopes et des radio interféromètres qui couvrent maintenant les domaines millimétriques et submillimétriques (comme ceux de l'Institut de radioastronomie millimétrique IRAM).

L'application de ces techniques modernes aux comètes exceptionnellement brillantes Hyakutake et Hale-Bopp ont permis de récolter une moisson de nouvelles molécules cométaires.

LE SATELLITE IUE

L’International Ultraviolet Explorer (IUE) était un observatoire astronomique spatial dédié principalement à l'observation d'astres dans le domaine de l‘ultraviolet.

  Avec l'IUE, Les astronomes récoltèrent plus de 104 000 spectres de différents objets célestes, incluant notamment des planètes, comètes, étoiles, gaz interstellaires, supernovae, galaxies et quasars.

L’OBSERVATOIRE SPATIAL INFRAROUGE – ISO

Le télescope spatial ISO (pour Infrared Space Observatory) fut envoyé par l’ESA en 1995. Sa durée de vie fut de 28 mois. Son but scientifique était de faire des observations astronomiques dans les domaines de l’infrarouge moyen et lointain, entre 2 et 200 µm.

Le miroir d’ISO mesure 70 centimètres de diamètre et quatre groupes d’instruments sont à bord :

deux caméras (chacune de 32x32 pixels) dans l’infrarouge proche et moyen, avec des roues à filtre

des spectromètres/imageurs couvrant une large gamme spectrale de 5 à 210 µm ;

un spectrographe dans la gamme 5 à 35 µm ; un spectrographe dans la gamme 35 à 205 µm.

Le satellite, réalisé par Aerospatiale au Centre spatial de Cannes Mandelieu, a continué à fonctionner aussi longtemps qu’il a disposé de réserves d’hélium liquide pour refroidir les instruments en dessous de -269 °C. Après ce point, il n’a encore obtenu des résultats partiels que pendant 150 heures.

Le telescope spatial ISO

LES RADIOTÉLESCOPES

Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres.

Les radiotélescopes sont formés de surfaces collectrices, constituées de grillages métalliques, dont le maillage doit être plus petit que la longueur d'onde captée.

La taille des radiotélescopes varie également en fonction de la fréquence de l'onde captée.

Les miroirs des radiotélescopes doivent vérifier les mêmes contraintes en termes de forme de la surface réfléchissante que les télescopes optiques.

Le plus grand radiotélescope fixe du monde est situé à l'observatoire d'Arecibo, à Porto Rico : son antenne parabolique mesure 305 m de diamètre.

LES RADIO INTERFÉROMÉTRES

Interféromètres à division du front d'ondeOn parle d'interféromètre à division du front d'onde lorsque les ondes

interférant entre elles proviennent de différents points de l'onde.La plus simple façon de réaliser des interférences est d'utiliser des

fentes de Young qui sont simplement deux fentes côte-à-côte. Elles permettent de diviser le faisceau de lumière en deux, pour les faire ensuite interférer.

Interférométres à division d'amplitudeOn parle d'interféromètre à division d'amplitude lorsque les ondes

interférant entre elles proviennent de la division en plusieurs faisceaux de l'amplitude de l'onde sur toute sa surface. Ces interféromètres sont souvent de meilleure qualité, et sont donc utilisés dans les mesures d'optique de précision.

3.Comment les comètes arrivent-elles dans le système solaire?Le calcul de l'orbite d'une comète est un travail difficile qui est

aujourd'hui confié aux ordinateurs. Les éléments orbitaux sont calculés à partir d'un ajustement de l'orbite sur l'ensemble des observations faites. Il y en a 6 éléments:

la date du passage au périhélie (point de l'orbite le plus proche du Soleil).

l'argument de la latitude du périhélie, en degrés, angle compris entre la direction du nœud ascendant et la direction du périhélie

la longitude du nœud ascendant, en degrés, mesurée depuis le point vernal  jusqu'au nœud ascendant.

l'inclinaison, en degrés, de l'orbite sur l'écliptique, plan de référence la distance au périhélie, en Unités Astronomiques (UA): q=a(1-e) l'excentricité de l'orbite

Il existe trois types de trajectoire des comètes par rapport au Soleil : l'ellipse, la parabole et l'hyperbole. Les deux dernières orbites sont des trajectoires d'évasion du système solaire (e=1 et e>1).

Certaines des comètes issues du nuage de Oort peuvent passer à proximité d'une planète lors de leur périple autour du Soleil. Leur trajectoire peut alors être modifiée et peut aboutir à une orbite elliptique donc à une comète périodique. Ce mécanisme explique la présence des comètes périodiques à toutes les époques.

Ici on a une schéma du cas plus courant, où une comète en passant a proximité de la planète Jupiter est détournée de son orbite par celle-ci.

La plus part du temps elle est expulsée du système solaire mais dans certains cas elle peut changer d'orbite, la faisant ainsi passer de comète a orbite longue a une comète a orbite courte.

Produit final

Notre produit final sera une interview avec M. Alexandre Conu, astrophysicien à SARM

Bibliographie www.astro-urseanu.ro www.astronomes.com www.obs-nancay.fr http://users.skynet.be/fa058288/objets_speciaux/

cometes_4_modifications_trajectoires.html http://www.lesia.obspm.fr/perso/jacques-crovisier/promenade/

pro_comete_molecules.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%C3%A9rom%C3%A9trie www.astrosurf.com http://ballz.ababa.net/comets/ http://www.astro-rennes.com/planetes/cometes.php http://membres.multimania.fr/comets/description/Com_des.html

DISCIPLINES IMPLIQUÉES: Physique Chimie

L’équipe

LE GROUPE: Anghel Andreea Barsan Alexandra Jurma Miruna Manoiu Roxana

L’ÉQUIPE PÉDAGOGIQUE Angela Ditu, Svetlana Bodnaras - français Ileana Patrichi – physique Maria Popescu - mathématiques