Elles nous font rêver. Les étoiles filantes sont toujours un spectacle magique. Mais que sont-elles exactement ? La pluie d’étoiles filantes des Léonides qui a lieu tous les ans en novembre est l’occasion de répondre en détails à cette question.

En bas de l'image les montagnes enneigées et une vallée, le ciel est violet légèrement rosé, et on voit une grosse étoile filante qui se dirige de la droite vers la gauche de l'image.
Un météoroïde de la taille d’un ballon de football a pénétré dans l’atmosphère au-dessus des Alpes en 2017. Crédit : Esa

L’étoile filante est appelée ainsi car elle rappelle les astres que nous voyons briller dans le ciel. Mais ce n’est pas une étoile. Cet objet n’a en fait rien à voir avec les corps célestes en fusion à des millions de kilomètres de la Terre.

Souvent de la taille d’un grain de riz

Une étoile filante apparaît lorsqu’un petit corps appelé météoroïde, dont la taille va de quelques dixièmes de millimètre à quelques mètres, croise l’orbite de notre planète. En pénétrant dans la haute atmosphère terrestre, le météoroïde, souvent de la taille d’un grain de riz, induit un phénomène lumineux que nous appelons communément étoile filante. 

Les météoroïdes pénètrent dans l’atmosphère avec une vitesse de l’ordre de 10 à 70 km/s. Cette vitesse dite “cosmique” correspond à la différence entre la vitesse de déplacement du météoroïde et celle de la Terre.

À cette allure, entre 85 et 120 kilomètres d’altitude, le petit corps frotte contre les molécules d’air de l’atmosphère et arrache des électrons aux atomes de ces molécules : c’est ce qu’on appelle l’ionisation de l’air. Dans le même temps, la compression de l’atmosphère en avant du petit corps provoque un échauffement. Le météoroïde laisse alors derrière lui un sillage de gaz très chaud, ionisé et lumineux : le plasma. On observe alors dans le ciel l’apparition d’une traînée lumineuse éphémère.

Étoile filante ou bolide ?

Cette traînée lumineuse est appelée météore. Or, il existe deux sortes de météores : les étoiles filantes et les bolides.

Sur fond de ciel étoilé, une étoile filante, longue ligne brillante, du haut vers le bas de l'image.
Étoile filante de la pluie de météores Kappa Cygnids. Crédit : Jimmy Westlake/JPL/Nasa

Le plus souvent, le météoroïde est petit et se volatilise entièrement en une fraction de seconde : le grain de poussière se sublime, c’est-à-dire qu’il passe directement de l’état solide à l’état gazeux. Il n’atteint pas le sol : il s’agit alors d’une étoile filante.

Mais lorsque le météoroïde est plus gros, il produit dans le ciel une traînée lumineuse intense et de relativement longue durée. Ils ne se désintègre pas complètement, et les derniers fragments retombent en chute libre à partir de 50 kilomètres d’altitude jusqu’au sol, sous forme d’une ou plusieurs météorites. Dans ce cas, le météore est appelé bolide.

D’où viennent les météoroïdes ?

L’orbite de la Terre croise souvent la trajectoire de comètes ou d’astéroïdes. Or, ces corps, et notamment les comètes, laissent des résidus sur leur passage. Ainsi, à l’approche du Soleil, le noyau des comètes fait de glaces et de poussières se sublime : il libère gaz et particules qui forment une chevelure. Ces particules ne suivent pas leur “comète mère” indéfiniment, mais restent en suspension dans l’espace. Ce sont ces filons de poussière cométaire, ou parfois de poussière d’astéroïdes et appelés essaims météoritiques, que la Terre croise et qui créent les étoiles filantes.

Puisque les essaims météoritiques sont constitués de nombreuses poussières, ils sont à l’origine de véritables pluies d’étoiles filantes. Les météoroïdes issus d’un même essaim entrent tous dans l’atmosphère à la même vitesse. De plus, puisque les essaims sont situés à des endroits bien précis de l’orbite terrestre, la Terre les traverse chaque année à la même période.

Ainsi, les pluies d’étoiles filantes qui peuvent durer entre plusieurs heures et plusieurs semaines sont de grands rendez-vous annuels pour les astronomes amateurs. Il existe près de 70 essaims météoritiques à l’origine d’environ 70 pluies d’étoiles filantes tout au long de l’année.

Autour du 12 août, la pluie des Perséides est sans doute la plus célèbre. En novembre, ce sont les Léonides qui peuvent donner lieu à des météores très intenses. On citera aussi les Orionides, constituées de météores issus des débris de la comète de Halley et visibles entre le 2 octobre et le 7 novembre, ou encore les êta Aquarides du 19 avril au 28 mai, également issues de la comète de Halley. Les Quadrantides (1er – 5 janvier), les Lyrides (15 – 28 avril), les Géminides (7 – 17 décembre) et les Ursides (17 – 26 décembre) font également partie des principales observables.

Jusqu’à plusieurs dizaines de milliers par heure

Par un effet de perspective lors de ces événements, les étoiles filantes semblent toutes provenir du même point du ciel. On appelle ce point imaginaire le radiant. Les Perséides s’appellent donc ainsi car le radiant de l’essaim météoritique correspondant se trouve dans la constellation de Persée. L’essaim à l’origine des Léonides se situe quant à lui dans la constellation du Lion.

Sur un fond ce ciel étoilé, on voit plusieurs lignes brillantes en provenance d'un même point de fuite au centre gauche de l'image. Ces lignes sont les étoiles filantes.
La pluie d’étoiles filantes des Perséides en 2009. Crédit : Nasa/JPL

Lors d’une pluie d’étoiles filantes, on peut apercevoir typiquement entre 5 et 50 météores par heure. Quand on compte plusieurs dizaines de milliers de météores par heure, on parle de tempête d’étoiles filantes. À noter que certaines étoiles filantes ne semblent pas provenir du radiant. Elles sont appelées “sporadiques” et correspondent à des grains de poussière qui n’appartiennent pas à l’essaim traversé. D’après les calculs des scientifiques et outre les essaims annuels, il serait possible d’observer en moyenne une étoile filante par heure.

Par ailleurs, d’une année sur l’autre, les pluies d’étoiles filantes annuelles peuvent être plus ou moins spectaculaires. En effet, le courant de poussières peut être plus ou moins dense, notamment s’il a été récemment réalimenté par un nouveau passage de la comète d’origine. Pour rappel, les comètes ont toutes des trajectoires elliptiques autour du Soleil.

Enfin, on peut souligner que le spectacle est également dépendant des conditions d’observation et de la clarté du ciel. Pour en profiter au maximum, mieux vaut disposer d’un horizon bien dégagé et d’un ciel sombre, sans Lune ni pollution lumineuse.