X. Les forces non gravitationnelles

      Que le noyau d'une comète tourne sur lui-même est une hypothèse bien naturelle, puisque tous les autres membres du système solaire et même, plus généralement, tous les corps célestes sont animés d'un tel mouvement, et cette propriété a d'ailleurs été vérifiée dans bon nombre de cas. C'est une des hypothèses fondamentales qui, avec celle de l'existence d'une couche isolante recouvrant la surface du noyau, permirent à Whipple de donner enfin à l'aide d'un modèle semi-quantitatif, une interprétation satisfaisante de l'accélération ou de la décélération de certaines comètes périodiques par rapport au mouvement purement newtonien.

      La présence de matière spongieuse, évacuée de ses glaces, en surface exerce une influence très importante sur l'interaction d'une comète avec la radiation solaire. Le transfert de la chaleur vers les glaces situées sous la croûte est relativement lent en raison de la porosité (il s'effectue par rayonnement au travers des cavités et dépend par ailleurs de la capacité calorifique des constituants minéraux). Ensuite, les gaz une fois libérés doivent se propager par les interstices vers la surface. Il y a donc un délai entre l'instant où le rayonnement solaire atteint une région de la surface du noyau et le moment où le gaz s'échappe. D'autre part, l'expulsion de gaz en quantité appréciable doit avoir pour conséquence qu'une réaction s'exerce sur le noyau, tout comme les gaz éjectés par une fusée communiquent à celle-ci l'impulsion responsable de son mouvement.

      En effet, par suite du retard entre insolation et éjection gazeuse et en raison de la rotation du noyau, le maximum de sublimation n'aura pas lieu au moment du passage du Soleil méridien (au "midi"), mais bien dans "l'après-midi" ¾ ce délai présente une certaine analogie avec le fait que la température à la surface de notre globe n'est pas maximale à midi, alors que le rayonnement solaire est le plus intense, mais plutôt, en moyenne, vers trois heures de l'après-midi ¾ de sorte que la réaction produite sur le noyau (appelé "force non gravitationnelle") ne sera pas dirigée exactement à l'opposé du soleil.

      La composante transversale Ft de cette force sera dirigée vers l'avant ou vers l'arrière selon que la rotation du noyau est directe (sens du mouvement de rotation et du mouvement orbital identiques) ou rétrograde (sens opposés). Dans le premier cas la comète devra se déplacer sur une orbite plus grande et sa période deviendra plus longue que si aucune force non gravitationnelle n'agissait (comme le disent les formules donnant la vitesse en fonction de la distance au Soleil, il y aura décélération). Dans le second cas, au contraire, le demi grand axe de l'orbite ainsi que la période décroîtront (accélération). Cette dernière situation est comparable à celle d'un satellite artificiel qui, freiné par la force de friction de l'atmosphère descend progressivement vers la Terre, sa période devenant de plus en plus courte.

      On a cru longtemps d'ailleurs, que l'accélération du mouvement de quelques comètes périodiques, dont P/Encke, était due à l'effet d'un milieu résistant sur ce mouvement mais on dut abandonner cette idée lorsque l'on découvrit que la période de certaines comètes augmentait progressivement, au contraire. L'interprétation correcte est celle de "l'effet fusée" et l'étude d'une cinquantaine de comètes indique que pour la moitié d'entre elles à peu près, la composante Ft est positive, dirigée dans le sens du mouvement orbital.

      Ainsi, le modèle de Whipple a permis d'interpréter les anomalies de mouvements de quelques comètes périodiques. Les composantes radiales, Fr, et transversale, Ft, de la force non-gravitationnelle, varie avec le taux de sublimation, en fonction de la distance héliocentrique et elle varie aussi d'une comète à l'autre (la troisième composante, perpendiculaire au plan de l'orbite, est négligeable). L'effet de Fr, dirigée à l'opposé du Soleil, est une simple réduction apparente de la gravitation du Soleil; cette composante est de l'ordre de quelques cent millièmes de l'attraction gravitationnelle solaire. Ft est de quelque fois à quelques dizaines de fois plus petite, de sorte que l'angle de retard (angle entre la direction de l'émission gazeuse maximale et le méridien passant par le Soleil) est variable lui aussi, il est souvent relativement faible, sauf pour les comètes les plus vieilles, dotées d'une croûte isolante importante, pour lesquelles il peut atteindre 90°.

      Le taux de variation de période le plus élevé que l'on connaisse parmi les comètes à courte période est celui de la comète P/Schwassmann-Wachmann 3, de période P = 5,4 ans, pour laquelle D P/P = + 0,0005; elle est retardée de près d'un jour par révolution.

      Ce sont évidemment les comètes périodiques qui se prêtent le mieux à l'étude des effets non-gravitationnels, puisque l'on peut généralement les suivre révolution après révolution et calculer leur orbite avec grande précision. Mais de tels effets ont été décelés aussi dans le cas de comètes à longue période: en incluant des termes non-gravitationnels dans les équations de mouvement, on a pu éliminer des écarts systématiques de une à quelque secondes d'arc subsistant entre les positions observées et les positions calculées en ne prenant en compte que les seules interactions gravitationnelles. Ces comètes étant, en général, plus actives, leurs composantes Fr et Ft sont plus grandes que celles des comètes périodiques (facteurs 5 à 10). En revanche on connaît quelques comètes à courte période peu actives pour lesquelles on n'a trouvé aucune déviation mesurable par rapport au mouvement newtonien après plusieurs apparitions (la précision requise est, bien sûr, très élevée, vu la petitesse des effets recherchés).

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