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Ingénieurs et scientifiques se sont réunis autour d’un écran dans une salle des opérations du Naval Research Laboratory de Washington, DC, impatients de jeter un œil sur les premières données de l’engin spatial STEREO de la NASA. C’était en janvier 2007 et les deux satellites STEREO – en abrégé Observatoire des relations solaires et terrestres – qui avaient été lancés quelques mois auparavant, ouvraient les yeux de leurs instruments pour la première fois.

Comprendre les comètes

Première place: STEREO-B. L’écran cligna des yeux mais, à la place du vaste champ étoilé qu’ils attendaient, un frottis de plumes blanc nacré – comme une aile d’ange – remplit le cadre. Pendant quelques minutes de panique, l’astrophysicien de la LNR, Karl Battams, s’inquiétait du problème avec le télescope. Il réalisa ensuite que cet objet brillant n’était pas un défaut, mais une apparition; c’était la première image satellite de la comète McNaught. Plus tard dans la journée, STEREO-A renverra des observations similaires.

La comète C/2006 P1 – également connue sous le nom de comète McNaught – doit son nom à l’astronome Robert McNaught, qui l’a découverte en août 2006 – était l’une des plus brillantes comètes visibles de la Terre au cours des 50 dernières années. Pendant tout le mois de janvier 2007, la comète s’est déployée dans le ciel de l’hémisphère sud, elle était si brillante qu’elle était visible à l’œil nu même pendant la journée.

McNaught appartient à un groupe de comètes raréfié, surnommé les grandes comètes et connu pour leur luminosité exceptionnelle. Cependant, McNaught se démarque de ses concurrents par sa queue très structurée, composée de nombreuses bandes de poussière appelées stries, qui s’étendent à plus de 100 millions de kilomètres derrière la comète, plus longues que la distance entre la Terre et le Soleil. Un mois plus tard, en février 2007, le vaisseau spatial Ulysses de l’ESA (Agence spatiale européenne) et de la NASA rencontrerait cette longue queue de la comète.

« McNaught était une affaire énorme quand elle est venue parce que c’était tellement lumineux et beau dans le ciel », a déclaré Battams. «Ses stries étaient comme des doigts poussiéreux qui s’étendaient sur une immense étendue de ciel. Structurellement, c’est l’une des plus belles comètes que nous ayons vue depuis des décennies. »

La nature des comètes

Comment exactement la queue s’est cassée de cette manière, les scientifiques ne le savaient pas. Cela rappelait les récits d’une autre comète légendaire de longue date: la Grande Comète de 1744, dont on dit qu’elle s’est spectaculairement déployée en six queues à l’horizon, un phénomène que les astronomes ne pouvaient alors pas expliquer. En démêlant le mystère de la queue de McNaught, les scientifiques espéraient en apprendre davantage sur la nature des comètes et résoudre deux mystères cosmiques en un.

Une différence essentielle entre l’étude des comètes en 1744 et 2007 est, bien sûr, notre capacité à le faire depuis l’espace. Outre l’observation fortuite de STEREO, une autre mission, SOHO de l’ESA / NASA – l’observatoire solaire et héliosphérique – a effectué des observations régulières pendant que McNaught volait vers le soleil. Les chercheurs espéraient que ces images pourraient contenir leurs réponses.

Maintenant, des années plus tard, Oliver Price, un doctorat en sciences planétaires étudiant au Mullard Space Science Laboratory de l’University College de Londres, au Royaume-Uni, a mis au point une nouvelle technique de traitement d’images exploitant une mine de données. Les conclusions de Price – résumées dans un article récemment publié par Icarus – offrent les premières observations de la formation de stries et une révélation inattendue sur l’effet du Soleil sur la poussière des comètes.

Les premières observations de stries en formation ont révélé de nouvelles connaissances sur l’effet du soleil sur les queues de poussière des comètes. Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA / Genna Duberstein

Elles contiennent des indices sur les débuts de notre système solaire

Les comètes sont des miettes cosmiques de gaz, de roches et de poussières gelées provenant de la formation de notre système solaire il y a 4,6 milliards d’années. Elles peuvent donc contenir des indices importants sur les débuts de notre système solaire. Ces indices sont déverrouillés, comme dans une capsule temporelle, chaque fois que l’orbite elliptique d’une comète la rapproche du Soleil. Une chaleur intense vaporise les gaz gelés et libère la poussière à l’intérieur, qui passe derrière la comète, formant deux queues distinctes: une queue d’ions entraînée par le vent solaire – le flux constant de particules chargées provenant du Soleil – et une queue de poussière.

Comprendre comment la poussière se comporte dans la queue – comment elle se fragmente et s’agglomère – peut en apprendre beaucoup aux scientifiques sur des processus similaires qui formaient la poussière en astéroïdes, en lunes et même en planètes, il y a des milliards d’années. Apparaissant comme l’une des comètes les plus grandes et les plus complexes sur le plan structurel de l’histoire récente, McNaught était un sujet particulièrement intéressant pour ce type d’étude. Sa brillance et sa forte production de poussière facilitaient beaucoup la résolution de l’évolution des fines structures dans sa queue de poussière.

Price a commencé son étude en se concentrant sur quelque chose que les scientifiques ne pouvaient pas expliquer. « Mon superviseur et moi-même avons remarqué des phénomènes bizarres dans les images de ces stries, une perturbation des lignes très nettes », a-t-il déclaré. « Je me suis mis à enquêter sur ce qui aurait pu arriver pour créer cet effet étrange. »

La faille semblait se situer au niveau de la couche de courant héliosphérique, une limite où l’orientation magnétique, ou la polarité, du vent solaire électrifié change de direction. Cela inquiète les scientifiques car, bien qu’ils sachent depuis longtemps que la queue d’ions d’une comète est affectée par le vent solaire, ils n’avaient jamais vu le vent solaire toucher des queues de poussière auparavant.

La poussière dans la queue de McNaught – à peu près la taille de la fumée d’une cigarette – est trop lourde, selon les scientifiques, pour que le vent solaire puisse se déplacer. D’autre part, les minuscules ions d’une queue d’ions, les ions chargés électriquement et les électrons naviguent facilement le long du vent solaire. Mais il était difficile de dire exactement ce qui se passait dans la poussière de McNaught et où, car la comète se déplaçait rapidement entre STEREO et SOHO.

Obtenir une image complète

« Nous avons obtenu de très bons ensembles de données avec cette comète, mais ils provenaient de différentes caméras de différents engins spatiaux, situées à différents endroits », a déclaré Price. « Je cherchais un moyen de tout concerter pour obtenir une image complète de ce qui se passait dans la queue. »

cometLe champ magnétique du soleil, qui est intégré au vent solaire, imprègne tout le système solaire. Le champ magnétique change de polarité – se détache de l’équateur solaire comme une jupe ondulée autour de la taille d’un danseur. Crédit: Goddard Space Flight Center de la NASA

Sa solution était une nouvelle technique de traitement d’images qui compile toutes les données de différents engins spatiaux en utilisant une simulation de la queue, où l’emplacement de chaque minuscule poussière est cartographié par les conditions solaires et des caractéristiques physiques telles que sa taille et son âge. Cela avait été depuis qu’il s’était envolé de la tête, ou du coma, de la comète. Le résultat final est ce que Price a appelé une carte temporelle, qui superpose les informations de toutes les images prises à un moment donné, lui permettant de suivre les mouvements de la poussière.

Les cartes temporelles permettaient à Price de voir les stries se former au fil du temps. Ses vidéos, qui couvrent une période de deux semaines, sont les premières à suivre la formation et l’évolution de ces structures, montrant comment des fragments de poussière tombent de la tête de la comète et s’effondrent en de longues stries.

Mais les chercheurs étaient ravis de constater que les cartes de Price facilitaient l’explication de cet effet qui avait attiré leur attention sur les données. En effet, la feuille actuelle a été à l’origine des perturbations de la couche de poussière, rompant les lignes lisses et distinctes de chaque strie. Chaque fois que la poussière rencontrait les conditions magnétiques changeantes, la position de la comète était instable, comme si elle traversait un ralentisseur cosmique.

«C’est comme si les plumes de la striation étaient froissées.», a déclaré le scientifique planétaire de l’University College London à Londres. «Si vous imaginez une aile avec beaucoup de plumes, alors que l’aile croise la feuille, les extrémités plus claires des plumes se déforment. Pour nous, cela prouve bien que la poussière est chargée électriquement et que le vent solaire affecte le mouvement de cette poussière. »

Le vent solaire affectait de gros grains de poussière

Les scientifiques savent depuis longtemps que le vent solaire affecte les poussières; des missions comme Galileo, Cassini et Ulysses l’ont regardé déplacer de la poussière chargée d’électricité dans l’espace situé près de Jupiter et de Saturne. Mais ils étaient surpris de voir le vent solaire affecter des grains de poussière plus gros comme ceux de la queue de McNaught – environ 100 fois plus gros que la poussière éjectée autour de Jupiter et de Saturne – car ils sont beaucoup plus lourds à supporter pour le vent solaire.

Avec cette étude, les scientifiques acquièrent de nouvelles connaissances sur des mystères de longue date. Ce travail met en lumière la nature des queues de comètes striées du passé et fournit un objectif crucial pour l’étude d’autres comètes à l’avenir. Mais cela ouvre également une nouvelle ligne de questionnement: quel rôle le soleil a-t-il joué dans la formation et l’histoire de notre système solaire?

Le rôle du vent solaire dans le passé

«Maintenant que nous voyons le vent solaire changer la position des grains de poussière dans la queue de McNaught, nous pouvons nous poser la question suivante: cela aurait-il pu être le cas plus tôt dans l’histoire du système solaire, le vent solaire a-t-il joué un rôle dans l’organisation de l’ancienne poussière ? », se questionne Jones.

Source : NASA’s Goddard Space Flight Center