Dynamics of cometary fragments - The case of comet C/1996 B2 Hyakutake
Modélisation de la dynamique des fragments cométaires - Application à la comète C/1996 B2 Hyakutake
Résumé
Cometary nuclei are among the most pristine bodies in the Solar System. They are almost impossible to observe directly. The study of the dynamics of the cometary fragments provide an indirect way to characterize them. The aim of this thesis is to contribute to the understanding of this phenomenon. Comet C/1996 B2 Hyakutake passed within 15 million kilometers of the Earth in March 1996. Bright condensations were observed in the near-nucleus coma, in the anti-solar direction. Observations coming from various observatories were gathered and processed in order to obtain the precise temporal evolution of the positions of bright condensations with respect to the nucleus. With the assumption that these condensations were due to icy cometary fragments, a model was developed for the dynamics of these fragments. Three forces were considered: the gravity of the Sun, their mutual gravity, and a non-gravitational force due to the sublimation of the water ice. The positions of the fragments were computed by a direct numerical integration of the relevant forces. An excellent agreement was obtained with the observations of comet Hyakutake, suggesting the existence of seven fragments. The products of their density and their radii are near 10000 kg.m-2. Their separation dates have been correlated to an outburst of the comet. The model was applied to comet 46P/Wirtanen, target of the space mission Rosetta. Trajectories of several thousands of hypothetical fragments were computed, and then statistically processed. It was shown that the probability of presence of a fragment in the coma is not isotropic. Recommendations were deduced in order to reduce the collisional risks.
Il est admis que les noyaux cométaires sont parmi les objets les plus anciens du Système Solaire. Malheureusement, ils échappent à l'observation directe. L'étude de la dynamique des fragments cométaires constitue une méthode indirecte pour caractériser les noyaux. L'objet de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la dynamique de ces fragments. La comète C/1996 B2 Hyakutake est passée à 15 millions de km de la Terre en mars 1996. Des condensations lumineuses ont été détectées dans sa coma interne, dans la direction anti-solaire. Des observations en provenance de divers observatoires ont été rassemblées, puis traitées afin de préciser l'évolution temporelle de la position des condensations par rapport au noyau. Avec l'hypothèse que ces condensations étaient dues à des fragments s'éloignant du noyau, un modèle a été développé pour la dynamique des fragments composés de glace et de poussières. Trois forces sont considérées: la gravité du Soleil, leur gravité mutuelle, et une force non-gravitationnelle due à la sublimation de la glace. Une intégration numérique directe des forces en présence permet de calculer les positions successives des fragments. Un excellent accord a été obtenu avec les observations de la comète Hyakutake, suggérant l'existence de sept fragments, dont les produits des masses volumiques et des rayons étaient de l'ordre de 10000 kg.m-2, et dont les dates de séparations ont pu être corrélés à un sursaut d'activité de la comète. Le modèle a été appliqué à la comète 46P/Wirtanen, cible de la mission spatiale Rosetta. Plusieurs milliers d'hypothétiques fragments ont été simulés, et leurs trajectoires traitées statistiquement. Il en ressort que la probabilité de présence d'un fragment dans la coma n'est pas isotrope. Des recommandations sont donc formulées pour réduire les risques de collision avec un fragment potentiel.
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