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La collision de Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter

Chronologie des évènements (II)

Les petits impacts ont rapidement disparu de l’atmosphère jovienne mais les grandes zones complexes sont restées visibles plus de quatre mois, y compris dans de petits instruments. Dans les heures et les jours qui suivirent, la réponse thermique de Jupiter éleva la température de l’atmosphère entre 7500 et 15000 K, dissociant la plupart des matériaux cométaire et jovien.

Activité des zones d'impacts A, D, G

A gauche, la zone de l'impact A observée le 16 juillet 94 dans la raie du méthane. Au centre et à droite, deux images de la zone de l'impact G observée le 18 juillet 1994 en lumière verte et dans la raie du méthane. L'asymétrie très marquée est dûe à l'obliquité de la trajectoire des fragments. Le point sombre à gauche de l'impact G est la trace de l'impact D qui percuta Jupiter la veille à 11h54m. La tache noire au centre de l'impact G mesure 2500 km de diamètre. L'arc de cercle intérieur sombre fait 7500 km de diamètre, soit 80% de la taille de la Terre. La zone extérieure s'étend sur un diamètre de 12000 km.

Les arcs semi-circulaires sont des éjecta probablement constitués de poussières et d’aérosols organiques condensés en haute altitude, dans les plumes. Cette matière provena soit de la comète elle-même, soit de Jupiter et resta en suspension dans la stratosphère absorbant la lumière solaire. Toute la zone présenta une forte activité chimique suite à l'élévation de la température et la réalisation de nombreuses réactions chimiques entre composés organiques. Document NASA/HST et H.Hammel, MIT/NASA/HST.

Entraînées par la circulation générale, certaines zones d’impacts sombres se sont progressivement étendues et ont donné naissance à des segments de bandes tellement importants que l’un d’eux devint la seconde plus brillante ceinture jovienne après la Ceinture Equatoriale Sud (SEB). Elle resta en haute altitude (visible à la longueur d’onde infrarouge de 1.7 microns) sans diminuer d’éclat durant près de 6 mois. Selon l’astronome Tom Herbst les éjecta ont pu subsister dans la haute atmosphère pendant des années. Début 1995 cette ceinture commença à se refroidir et se mélangea progressivement au méthane, à l’eau, à l’ammoniac et à l’acide cyanhydrique présents dans la stratosphère moyenne. On pense que cette dissolution est à l’origine du refroidissement de la ceinture. Des astronomes européens suggèrent toutefois qu’une épaisse brume stratosphérique a pu se former au-dessus de la zone d’impact et réfléchir suffisamment de chaleur solaire pour refroidir les gaz situés en contre-bas.

Cette gigantesque structure finit par se dissoudre dans le tumulte de la circulation atmosphérique. D’ores et déjà son évolution permit d’avoir une meilleure compréhension de la dynamique de l’atmosphère jovienne.

Evolution de l'impact G

En l'espace de cinq jours et sous l'influence des vents, les ejecta des impacts G et A se sont dispersés dans l'atmosphère en formant un voile de brume organique. Document adapté par l'auteur à partir d'images de H.Hammel, MIT/NASA/HST.

La plume d'ejecta

Ce qui surpris tous les observateurs peu après les impacts fut l’apparition d’immenses plumes brillantes au-dessus du limbe de Jupiter et bien sûr la dimension des impacts dans l’atmosphère. Comment peut-on expliquer l’apparition de ces plumes au-dessus de l’atmosphère jovienne ? Selon Don Bruton, l'émergence des boules de feu en altitude a été provoquée par un effet lié au gradient de pression atmosphérique. Les fragments cométaires étant plus denses que l’atmosphère avoisinante, dans un premier temps leur masse les entraîna vers le centre de Jupiter. Lorsque la comète libéra son énergie, une zone de chaleur à haute pression se forma tout le long de sa trajectoire. Ce canal de gaz étant pressurisé, il trouva un milieu à basse pression dans lequel il se détendit en provoquant une gigantesque explosion. Le gaz étant confiné alentour, l’explosion ne put s’échapper que vers le haut en créant une plume spectaculaire.

Dès l’impact, la boule de feu incandescente émit un rayonnement visible et proche infrarouge sans signe de combustion. Elle fut ensuite projetée en haute altitude, dans la stratosphère moins dense en suivant une trajectoire balistique, tout en se détendant et se refroidissant de façon adiabatique. Une fois libéré de l’accélération verticale au sommet de sa trajectoire, le jet de matière s’incurva et forma une gigantesque plume qui retomba dans l'atmosphère en provoquant quelques fois de nouvelles explosions. Les plumes subsistèrent plusieurs jours. Ce phénomène est typique des effets de ce qu'on appelle un "bolide balistique”.

La plume d'ejecta qui suivi l'impact du fragment G s'éleva jusque dans la stratosphère de Jupiter. Elle était composé non pas de matière compacte mais d'un milieu continu présentant une grande variation de températures et de densités. En l'espace d'une heure les ejecta se combinèrent avec les composants organiques de l'atmosphère et retombèrent sous forme d'aérosols brunâtres. Document T.Lombry et NASA.

En dessous à droite, les impacts G et H observés en infrarouge à 10 microns dix minutes après l'impact. A son intensité maximale la plume de l'impact H brilla 50 fois plus que le disque de Jupiter. Sa température était supérieure à 300 K (+27°C). Cliquer sur l'image pour lancer l'animation préparée par l'auteur (GIF de 121 Kb). Documents NASA/HST et ESO.

Les fragments qui ont pénétré dans l’atmosphère n’ont pas présenté les signatures caractéristiques du spectre de l’eau et n’ont probablement pas atteint le niveau 5 bars où se trouve les couches nuageuses d’eau et de méthane. Contrairement à la rumeur longtemps diffusée, le fait que certains fragments pénétrèrent profondément dans l’atmosphère, à un niveau où l’on retrouve de l’eau en suspension, ne provoqua pas nécessairement la remontée de ce matériel dans les plumes que l’on observa ensuite.

La composition des plumes fut analysée en détails et ne révéla pas de nouvelles molécules, bien que celles-ci ont de fortes chances d’apparaître. Les éléments découverts dans le spectre de Jupiter étaient constitués de métaux cométaires (Li, Na, Mg, Fe,...), de composés sulfureux (H2S, OCS, CS, CS2...) et de chaînes carbonées (CN, CO, CH4, C2H6, CH3OH).

Les relevés millimétriques ont permit de découvrir de grandes quantité de monoxyde de carbone (CO), de sulfide carbonyle (OCS) et de monosulfide de carbone (CS) dans des proportions allant de 30 à 10000 ktonnes ainsi que de l’oxygène et des composés sulfurés. Gordon Bjoraker du centre Goddard de la NASA et ses collègues de l’Observatoire Embarqué Kuiper pensent que les composés soufrés avaient une origine jovienne; il proviendrait de la couche d’hydrosulfide d’ammonium (NH4SH) située au niveau 1.7 bar, mais les autres composants, vu la chaleur qui fut dégagée, proviendraient des fragments cométaires. Un modèle récent de K.Zahnle du centre Ames de la NASA et M.MacLow de l’Université de Chicago suggère que pour un fragment cométaire d’un kilomètre de diamètre ayant la composition du système solaire, la “chimie de choc” a probablement synthétisé 1000 ktonnes d’OCS, quelques tonnes de CS, la photolyse synthétisant le CS2. L’injection de nombreux petits fragments dans la stratosphère forma également de l’acide cyanhydrique (HCN), de l’ammoniac (NH3) et de l’eau.

Les cicatrices d'une chimie de choc

Cette image prise par le Télescope Spatial Hubble montre respectivement de gauche à droite, le complexe E/F (sur le limbe), H (près du centre), suivis de 4 petits impacts N, Q1, Q2 et R et le complexe D/G près du limbe droit. La résolution atteint 200 km.

Planisphère montrant la distribution des taches réalisée par un amateur à partir d'images prises avec un télescope de 300mm d'ouverture. Les impacts mesurent entre 2000-12000 km.

La collision d’une comète avec une planète est un évènement extrêmement rare dans le système solaire, qui depuis 3 milliards d’années est une région calme de la Voie Lactée si nous la comparons aux régions de Beta Pictoris ou du Sagittaire. Mais nous ne devons pas oublier que la Terre connu l’extinction des dinosaures, probablement liée à l’impact d’un météroïde et bien sûr à une autre échelle, l'évènement de la Tunguska en Sibérie en 1908.

Dans les jours qui suivirent la spectaculaire collision de Shoemaker-Levy 9, les banques de données de la NASA furent littéralement assaillies par les informaticiens, principalement au travers des réseaux Internet et CompuServe. Du 16 au 20 juillet 1994, la NASA enregistra plus de 6000 connexions quotidiennes, obligeant le responsable du réseau à couper momentanément l’accès du serveur au public devenu avide d’information. Le 27 juillet, amateurs et professionnels avaient téléchargés plus de 2 millions d’images. Ceci confirme l’intérêt du public pour l’astronomie et les nouvelles technologies.

Photographies amateurs

Ci-dessus, deux images prises respectivement le 21 juillet 1994 et le 17 juin 1995 par Kunihiko Okano avec un télescope de 310 mm f/5. Les deux impacts visibles en-dessous de la Grande tache rouge sont E et H. Ci-dessous, une séquence réalisée par Thierry Legault avec un télescope Schmidt-Cassegrain Meade LX200 de 305 mm d'ouverture équipé d'une caméra CCD. On distingue les impacts G, L et K au-dessus; Q1, G et L en-dessous.

Pour plus d'informations

Les impacts - liste et timing (SL9)

Images From Comet P/Shoemaker-Levy 9 (SL-9) Collision with Jupiter, NASA, 2000

Jupiter – friend or foe? I: The asteroids, J. Horner et B.W. Jones, International Journal of Astrobiology, 2008

Jovian Stratospheric Temperature during the Two Months Following the Impacts of Comet Shoemaker-Levy 9, R. Moreno, Planetary and Space Science, 2001

Long-term response of Jupiter's thermal structure to the SL9 impacts, Bruno Bézard, Planetary and Space Science, 1997

Frequently Asked Questions about the Collision of Comet Shoemaker-Levy 9 with Jupiter, SFASU, 1996

Long-term Chemical Evolution of the Jupiter Stratosphere Following the SL9 Impacts, M.A. McGrath et al., BAAS, 1996

On penetration depth of the Shoemaker-Levy 9 fragments into the Jovian atmosphere, Zhong-Wei Hu et al., in Earth, Moon, and Planets, 1996

Waves from the collisions of comet Shoemaker–Levy 9 with Jupiter, Andrew P. Ingersoll et Hiroo Kanamori, Nature, 1994.

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