New approach to the problem of the cometary non-gravitational forces. Application to the comets 19P/Borrelly and 67P/Churyumov-Gerasimenko
Nouvelle approche du problème des forces non-gravitationnelles cométaires. Application aux comètes 19P/Borrelly et 67P/Churyumov-Gerasimenko
Résumé
When the comet approaches the Sun, the gravitational orbit of a comet is affected by the sublimation of water ice, a major component of the nucleus. This anisotropic outgassing produces a non-gravitational force that significantly changes the comet orbit. The amplitude of the perturbations depends on several parameters constrained by different observations such as astrometric and photometric data, or water production rates deduced from radio astronomy. Up to now, the modeling of these effects is mostly based on an empirical model defined in the early 70's by Marsden et al. (1973), using a simplified isotropic outgassing model. In this thesis, I developed a new physical approach to the problem of non-gravitational forces involving different physical parameters such as initial position and velocity, comet activity, direction of spin axis, mass of the nucleus and thus its density if the volume is known, a relevant parameter to understand the formation of comets. I was able to deduct their values by orbit adjustment, using photometric data. This work was applied to two comets: 19P/Borrelly for the development and the validation of my method and 67P/Churyumov-Gerasimenko the target of the European space agency mission Rosetta for which the knowledge of the mass is crucial.
L'orbite gravitationnelle d'une comète est affectée par la sublimation de la glace d'eau, un des principaux composants du noyau, lorsqu'elle s'approche du Soleil. Ce dégazage anisotrope produit une force dite non-gravitationnelle qui modifie de façon significative l'orbite de la comète. L'amplitude des perturbations dépend de plusieurs paramètres qui peuvent être contraints par différents types d'observations telles que les observations astrométriques et photométriques ou encore les taux de production d'eau observés en radio astronomie. Jusqu'à maintenant, la modélisation de ces effets est essentiellement fondée sur un modèle empirique défini dans les années 70 par Marsden et al. (1973) utilisant un dégazage isotrope. Dans cette thèse, j'ai développé une nouvelle approche de la physique du problème des forces non-gravitationnelles faisant intervenir différents paramètres physiques tels que les position et vitesse initiales de la comète, son activité, la direction de l'axe de rotation, la masse du noyau et donc sa densité si son volume est connu, paramètre essentiel pour la compréhension de la formation des comètes. J'ai ainsi pu déduire leur valeur par ajustement d'orbite et de données photométriques. Ce travail a été appliqué à deux comètes : 19P/Borrelly pour le développement et la validation ma méthode, et 67P/Churyumov-Gerasimenko la cible de la mission spatiale européenne Rosetta dont la connaissance de la masse est primordiale.
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