Les médias soulignent abondamment que la visite de la comète C/2022 E3 (ZTF) est « une première depuis 50 000 ans ». Mais comment le sait-on ? Et cette comète reviendra-t-elle ? Voici quelques éclaircissements !

La comète C/2022 E3 (ZTF) photographiée le 18 janvier 2023 par un astronome amateur.
La comète C/2022 E3 (ZTF) photographiée le 18 janvier 2023 par un astronome amateur. Crédit : HB Astropicsel

De grandes voyageuses

Même si elle ne fait pas partie des comètes spectaculaires qui ont marqué l’humanité, la comète ZTF est suffisamment brillante pour être visible avec de modestes jumelles, ou même à l’œil nu par bon ciel. C’est assez rare pour être mentionné ! Et les comètes ont ceci d’amusant que, souvent, il s’agit de grandes voyageuses : provenant des confins du Système solaire, elles s’approchent du Soleil et de la Terre en un périple qui peut durer des milliers d’années. Elles repartent ensuite pour de longs siècles… ou pour toujours. Ainsi, en contemplant leur passage, nous pouvons rêver aux grands espaces cosmiques…

Au commencement, la découverte

Alors que beaucoup de comètes sont connues depuis longtemps et reviennent nous voir périodiquement (la comète de Halley tous les 76 ans, la comète Encke tous les 3 ans…), d’autres sont découvertes régulièrement. Véritables cadeaux du ciel pour les amateurs, ces « comètes surprises » offrent parfois un beau spectacle lorsqu’elles s’approchent assez près du Soleil et de la Terre. Ce fut le cas de la célèbre Hale-Bopp qui a fortement marqué les esprits en 1997, ou, dernièrement, de la comète NEOWISE en 2020.

Aujourd’hui, c’est la comète ZTF – de son vrai nom C/2022 E3 (ZTF) – qui fait parler d’elle. Elle a été découverte en mars 2022 par un programme de détection Zwicky Transcient Facility utilisant l’un des télescopes de l’observatoire du Mont Palomar en Californie. Quelques temps après sa découverte, les astronomes étaient déjà en mesure d’annoncer que cette comète s’était déjà approchée il y a 50 000 ans. Comment ont-ils fait ? Cela n’est en principe pas très compliqué : ils ont utilisé les lois bien connues de la mécanique céleste !

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Les trajectoires possibles pour une comète

Rappelons en effet qu’une comète n’a pas une trajectoire quelconque : comme tous les corps célestes, elle subit des forces gravitationnelles qui vont tracer sa route ! Si on considère, pour simplifier, que c’est essentiellement l’attraction du Soleil qui entre en jeu, une comète suit forcément une courbe de type :

  • ellipse ;
  • ou parabole ;
  • ou encore hyperbole.

Dans le cas d’une ellipse, le Soleil occupe un point bien précis appelé foyer et la trajectoire est fermée : la comète tourne autour du Soleil à une distance variable (on parle d’excentricité pour caractériser ces variations), et elle revient régulièrement s’approcher du Soleil et de la Terre.

Dans le cas d’une parabole ou d’une hyperbole, la comète repart et s’éloigne indéfiniment après sa visite au voisinage de notre étoile.

schéma représentant les trajectoires des comètes
Les trajectoires possibles pour une comète en orbite autour du Soleil. Le paramètre e désigne l’excentricité de la trajectoire. Crédit : d’après Cham/Wikipedia, licence CC BY-SA 3.0

Les paramètres qui définissent la trajectoire d’une comète

L’orbite d’une comète est entièrement définie par quelques paramètres appelés éléments orbitaux. Parmi ces paramètres, on trouve notamment :

  • l’excentricité (e);
  • le demi-grand axe (a) ;
  • la période (T).

Dans le cas d’une ellipse, l’excentricité indique une forme plus ou moins « aplatie » ; le demi-grand axe représente la plus grande dimension de l’ellipse (mesurée à partir de son centre) ; la période désigne la durée de révolution autour du Soleil (par exemple 76 ans pour la comète de Halley).

Comment a-t-on pu déterminer la trajectoire de la comète ZTF ?

Les scientifiques ont réussi à établir que la comète a eu, dans le passé, une trajectoire elliptique avec une période de 50 000 ans environ… sans avoir été là il y a 50 000 ans bien sûr ! Cela, grâce à la troisième loi de Kepler : il suffit de connaître le demi-grand axe pour en déduire la période, selon la formule : a3/T2=k (k est une constante, identique pour tous les corps du Système solaire).

Mais alors, comment ont-ils fait pour déterminer le demi-grand axe ? Ils ont tout simplement observé, calculé, observé encore, calculé encore… jusqu’à trouver un jeu de paramètres orbitaux cohérent avec les observations.

La trajectoire de la comète ZTF, parmi les orbites des planètes du Système Solaire
La trajectoire de la comète ZTF, parmi les orbites des planètes du Système Solaire (seules les planètes externes sont indiquées). Le cercle bleu représente l’orbite de la Terre. Crédit : NASA/JPL

Selon Nicolas Biver, de l’Observatoire de Paris-PSL, la durée d’observation nécessaire est de l’ordre de quelques mois pour une comète comme ZTF. « Après deux mois et demi, on avait déjà une bonne estimation (46 000 ans) de cette période pour ZTF, mais on a vite retrouvé des observations remontant à 8 mois avant la découverte, et avec 10 mois à 18 mois maintenant d’observations, les estimations de la période orbitale initiale n’évoluent plus beaucoup, mais diffèrent un peu d’un calculateur à l’autre… », précise-t-il.

La trajectoire de la comète ZTF au voisinage du Soleil et de la Terre.
La trajectoire de la comète ZTF au voisinage du Soleil et de la Terre. La position de la comète est indiquée pour le 2 février 2023, date de son passage au plus près de la Terre, à 42 millions de kilomètres. Crédit : NASA/JPL

La comète ZTF reviendra-t-elle ?

Si la comète ZTF avait conservé une trajectoire elliptique, la réponse serait oui ! Mais, surprise, les observations les plus récentes ont mis en évidence que la trajectoire initialement établie avait été perturbée sous l’action de diverses influences autres que celle du Soleil. En effet, il faut aussi compter avec l’attraction des planètes et les gaz éjectés par la comète. Le paramètre a (demi-grand axe) estimé par les modèles de calcul est tout simplement devenu négatif… ce qui n’a aucun sens pour une ellipse et signifie que la trajectoire est devenue une hyperbole. La comète va donc probablement repartir à tout jamais. Il est donc urgent pour les Terriens d’observer la comète ZTF, car ils ne la reverront plus et leurs descendants non plus !