La comète interstellaire 3I/ATLAS observée par la sonde européenne Juice

La comète interstellaire 3I/ATLAS a pu être observée par plusieurs instruments au sol et dans l’espace au cours de son périple dans le Système solaire interne. La sonde Juice notamment, en route vers Jupiter, a pu analyser les gaz éjectés par la comète. Les rapports isotopiques du carbone indiquent une origine lointaine dans un système planétaire très ancien.

 Au cours du deuxième semestre de l’année 2025, un nouvel objet interstellaire nous a rendu visite (voir l’Astronomie n^o 196, septembre 2025). Il s’agit de la comète 3I/ATLAS (fig. 1), détectée le 1^er juillet 2025 et passée au périhélie le 30 octobre de la même année. Elle était alors derrière le Soleil et donc inobservable depuis la Terre, mais des observations ont été réalisées à cette époque depuis la sonde Juice en route vers Jupiter.

Lancée par l’Agence spatiale européenne le 14 avril 2023 depuis le centre spatial de Kourou, en Guyane, la sonde Juice (JUpiter ICy moons Explorer) poursuit son périple en direction du système de Jupiter qu’elle atteindra en juillet 2031. Sa trajectoire, par un heureux hasard, a croisé celle de la comète ATLAS trois jours après le passage de celle-ci au périhélie (fig. 2). Le 2 novembre, au moment où la sonde était au plus près de la comète, sa distance à celle-ci était de 0,44 unité astronomique (ua), et la distance de la comète au Soleil était de 1,363 ua. Cinq instruments de la sonde ont été mis en service pour observer la comète entre le 2 et le 25 novembre 2025. Cependant, les mesures n’ont pu être retransmises immédiatement à la Terre, qui se trouvait alors de l’autre côté du Soleil ; l’antenne à grand gain de la sonde était alors orientée de façon à servir de bouclier thermique. Ce n’est qu’au mois de février 2026 que l’ensemble des données a pu être récupéré [1].

3I/ATLAS : une comète comme les autres ?

L’instrument MAJIS, à bord de la sonde Juice, est un spectromètre imageur fonctionnant dans l’infrarouge proche (1-5 mm). Sa résolution spectrale est modeste, car son objectif principal est de caractériser les glaces de la surface des satellites galiléens qui présentent des motifs spectraux plus larges que ceux des gaz. L’instrument MAJIS a détecté sans ambiguïté la vapeur d’eau H₂O (fig. 3) et le dioxyde de carbone CO₂ (fig. 4). Les images prises par MAJIS montrent que les éjections gazeuses sont issues du noyau dans la direction du Soleil. Le taux de production de H₂O a été évalué à 6.10²⁸ molécules par seconde, ce qui est typique des comètes du Système solaire.

La détection de la vapeur d’eau a été confirmée par l’instrument SWI (Submillimeter Wave Instrument), un récepteur hétérodyne submillimétrique qui mesure une transition spectrale de H₂O avec une très haute résolution spatiale. Cette capacité lui permet en particulier de mesurer la vitesse des molécules. Il est ainsi apparu que la vapeur d’eau n’est pas éjectée seulement du noyau, mais aussi des grains de glace présents dans la coma entourant celui-ci.

À plus grande distance du noyau, le spectromètre imageur UVS (UltraViolet imaging Spectrograph) a cartographié les atomes d’oxygène, d’hydrogène et de carbone produits par la photodissociation des molécules mères (essentiellement H₂O et CO₂). Là aussi, la comète 3I/ATLAS se comporte comme une comète ordinaire.

Enfin, la caméra JANUS a pu observer en détail la coma, derrière laquelle se cache le noyau, ainsi que deux queues bien séparées (fig. 5). L’une, riche en poussières, est orientée dans la direction opposée au Soleil, à cause de la pression de radiation exercée par notre étoile sur les petits grains. L’autre, riche en gaz ionisé, se situe derrière le noyau dans la trajectoire suivie par la comète. On voit aussi des structures moins lumineuses qui témoignent de l’interaction des atomes et des ions issus de la comète avec les particules du vent solaire.

… mais une comète très riche en deutérium !

D’autres moyens, au sol et dans l’espace, ont été utilisés pour explorer la comète interstellaire. Au sol, le réseau d’antennes millimétriques ALMA a été utilisé le 4 novembre pour cartographier les émissions de H₂O, HDO et CH₃OH autour de 183 et 241 GHz (l = 1,64 et 1,24 mm, respectivement) [2]. Le résultat le plus étonnant a été l’abondance très élevée du deutérium dans cette comète.

Rappelons que le deutérium est un isotope lourd de l’hydrogène ; il est constitué d’un proton, d’un électron et d’un neutron, ce qui lui confère une masse deux fois plus élevée que celle de l’atome d’hydrogène. Il se trouve que, suite à des réactions ion-molécule se produisant à basse température, le rapport D/H (mesuré à partir de diverses molécules, en particulier à partir du rapport HDO/H₂O) est enrichi dans les glaces par rapport à la phase gazeuse, et qu’il est d’autant plus élevé que la température est basse. Le rapport D/H de la nébuleuse protosolaire est d’environ 2.10^–5 ; c’est proche de la valeur mesurée dans Jupiter et Saturne, deux planètes géantes essentiellement constituées de gaz protosolaire. Il est plus élevé dans Uranus et Neptune, ce qui est logique car les deux géantes glacées se sont formées autour d’un noyau de glaces de masse importante, dans lequel le rapport D/H s’est trouvé enrichi. Les comètes, formées dans le Système solaire extérieur, principalement à partir de noyaux de glace H₂O, sont également enrichies par rapport à la valeur protosolaire par un facteur allant de 7 à 20 environ. La valeur du rapport D/H dans les océans terrestres est d’un grand intérêt, car elle nous renseigne sur l’origine des océans. Sa valeur (1,5576.10^–4) montre un fort enrichissement par apport à la nébuleuse solaire primitive, ce qui suggère que ceux-ci proviennent du Système solaire extérieur. Le rapport D/H dans les différentes comètes varie donc typiquement entre la valeur terrestre et trois fois cette valeur.

C’est ici que la mesure de D/H dans la comète 3I/ATLAS, obtenue à partir du rapport des abondances HDO/H₂O (fig. 6), apporte un élément nouveau. Le rapport D/H mesuré est supérieur à 6,6.10^–3, soit 40 fois la valeur terrestre, ou 250 fois la valeur protosolaire !

Un résultat aussi surprenant demandait confirmation : celle-ci a été apportée par les mesures réalisées par le JWST dans le domaine de l’infrarouge proche, le 23 décembre 2025 [3]. Les spectres réalisés par l’instrument NIRSpec du JWST, à 2,7 mm pour H₂O et 4,3 mm pour CO₂, ont permis de mesurer les rapports D/H et ¹³C/¹²C à partir de HDO/H₂O et ¹³CO₂/¹²CO₂ respectivement. La mesure de D/H (9,5 ± 0,6.10^–3) confirme le résultat obtenu avec ALMA (fig. 7). Il suggère pour la comète une formation à très basse température (< 30 K). Le rapport ¹²C/¹³C dans la comète 3I/ATLAS, mesuré à la fois par les rapports ¹²CO/¹³CO et ¹²CO₂/¹³CO₂, est de l’ordre de deux fois la valeur solaire (89) : cette fois, l’isotope lourd ¹³C est appauvri par rapport à l’isotope léger, le plus abondant (¹²C). D’après les modèles d’évolution chimique galactique, la valeur élevée du rapport ¹²C/¹³C pourrait impliquer que l’époque de formation de la comète est très ancienne (10 à 12 milliards d’années) et qu’elle a fait suite à une période d’intense formation stellaire. Pour l’hydrogène comme pour le carbone, les rapports isotopiques mesurés dans 3I/ATLAS sont en dehors des plages de valeurs mesurées dans le Système solaire. Les résultats impliquent pour l’origine de la comète interstellaire un système stellaire dont les conditions physico-chimiques de formation ont été différentes de celles que nous connaissons.

D’autres observations depuis le sol et l’espace

De nombreux télescopes ont été braqués sur la comète 3I/ATLAS. Le réseau ATLAS (celui qui détecta la comète le 1^er juillet 2025) a mesuré régulièrement l’éclat de la comète depuis le début de juillet jusqu’à la fin septembre, quelques semaines avant le passage de la comète au périhélie [4]. C’est aussi le cas du NOT (Nordic Optical Telescope) et du système de 64 télescopes robotisés HATPI, à l’observatoire de Las Campanas, au Chili, dédié à la surveillance des phénomènes célestes variables ou transitoires [5] (fig. 8). Après le passage au périhélie, la magnitude de la comète a été mesurée par le télescope spatial Hubble en décembre 2025 et janvier 2026 [6] (fig. 9). Les auteurs de l’étude ont déduit pour le noyau un rayon de 1,3 km, en supposant un albédo de 0,04.

D’autres moyens spatiaux ont été également mis à contribution. La caméra UV SWAN de l’observatoire solaire SoHO, en opération depuis 1995, a observé la comète dans la raie Ly a à 121,6 nm entre le 6 novembre et le 9 décembre 2025, donnant ainsi une mesure du taux de production d’atomes d’hydrogène et donc du taux de production de H₂O [7] (fig. 10). L’étude des molécules mères issues du noyau de la comète a été menée à deux reprises avec le JWST, le 4 novembre et le 23 décembre, mais aussi avec une nouvelle sonde spatiale lancée par la Nasa le 11 mars 2025. Il s’agit de SPHEREx, un petit spectromètre infrarouge fonctionnant entre 0,75 et 5 mm dédié à un sondage cosmologique. L’instrument a observé la comète ATLAS entre le 1^er et le 15 août 2025 [8]. Les auteurs ont pu cartographier les émissions de H₂O, CO et CO₂, mesurer les taux de production des trois molécules et mettre en évidence la signature spectrale de la glace d’eau. Les mesures sont compatibles avec un petit noyau de rayon inférieur à 2,5 km, entouré d’une coma cent fois plus brillante. Ces caractéristiques rapprochent 3I/ATLAS des comètes hyperactives 103P/Hartley et 46P/Wirtanen, riches en CO₂ et H₂O, pour lesquelles l’émission des éléments volatils provient essentiellement des grains de glace et non du noyau.

Enfin, l’étude des molécules mères de la comète 3I/ATLAS a bénéficié de deux séries d’observations, en utilisant d’une part le réseau d’antennes millimétriques ALMA entre août et septembre 2025 [9], et d’autre part le JWST en décembre 2025 [10]. Dans le premier cas, ALMA a obtenu des cartes du méthanol CH₃OH et de l’acide cyanhydrique HCN. Alors que HCN semble être émis directement par le noyau, la source de CH₃OH provient plutôt d’une source étendue dans la coma elle-même (fig. 11). Dans le second cas, l’instrument NIRSpec du JWST a enregistré le spectre de la comète entre 2,5 et 5 mm, mettant en évidence les émissions de H₂O, CH₄, CH₃OH, C₂H₆, H₂CO, CO₂ et CO (fig. 12), à une époque où la comète, s’éloignant du Soleil, s’approchait de la ligne de condensation de H₂O entre 2 et 3 ua du Soleil. CO, la molécule la plus volatile, est alors devenue l’espèce la plus abondante, devant H₂O et CO₂.

La comète 3I/ATLAS s’éloigne maintenant vers le Système solaire extérieur ; en avril, elle était déjà au niveau de l’orbite de Jupiter. Des trois objets interstellaires connus, elle aura été celui dont la trajectoire est la plus excentrique (e = 6, vitesse à l’infini : 58 km/s). Son niveau d’activité s’est montré intermédiaire entre celui de 1I/‘Oumuamua (dénué de coma) et 2I/Borissov (dotée d’une coma très développée). Le rapport ¹²C/¹³C élevé mesuré dans la comète 3I/ATLAS suggère qu’elle provient d’un système planétaire très ancien. Les trois objets interstellaires découverts à ce jour présentent donc une grande diversité ; il n’y a plus qu’à attendre les surprises que nous révéleront les futurs visiteurs interstellaires.

Article écrit par Thérèse Encrenaz |Observatoire de Paris-PSL

[Notes]

1. Five things Juice has revealed about Comet 3I/ATLAS.
2. Salazar Manzano L. E. et al., « A Direct View of the Chemical Properties of Water from Another Planetary System: Water D/H in 3I/ATLAS », arXiv:2603.07026.
3. Cordiner M. et al., « Isotopic Evidence for a Cold and Distant Origin of the Interstellar Object 3I/ATLAS », arXiv:2603.06911.
4. Tonry J. et al., « ATLAS Transient Discovery Report », arXiv:2509.05562.
5. Hartmann J. D. et al., « HATPI Pre-Perihelion Time-series Photometry of the Interstellar Comet 3I/ATLAS », arXiv:2602.21586.
6. Hui M. T. et al., « Nucleus and Postperihelion Activity of Interstellar Object 3I/ATLAS Observed by the Hubble Space Telescope », Astrophys. J. Letters, 999, L37, mars 2026.
7. Combi M. R. et al., « Water Production of Interstellar Comet 3I/ATLAS from SOHO/SWAN Observations after Perihelion », Astrophys. J. Letters, 998, L17, 2026.
8. Lisse C. M. et al., « SPHEREx Pre-perihelion Mapping of H₂O, CO₂, and CO in Interstellar Object 3I/ATLAS », Astrophys. J. Letters, 1000, L52, 2026.
9. Roth N. X. et al., « CH₃OH and HCN in InterstellarComet 3I/ATLASMapped with the ALMA Atacama Compact Array: Distinct Outgassing Behaviors and a Remarkably High CH₃OH/HCN Production Rate Ratio », Astrophys. J. Letters, 888, L32, mars 2026.
10. Roth N. X. et al., « Coma Physics of an Interstellar Object: JWST Spatial-Spectral Mapping of 3I/ATLAS », arXiv:2603.20460.