Notes sur le système solaire externe: Jupiter, Notes de Astronomie. Université des Sciences et Technologies de Lille (Lille I)
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur le système solaire externe: Jupiter, Notes de Astronomie. Université des Sciences et Technologies de Lille (Lille I)

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Notes d'astronomie sur le système solaire externe: Jupiter. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Les premières informations, La sonde Galileo, La structure interne de Jupiter, La couleur d'une région de Ju...
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Après la ceinture d'astéroïdes, nous entrons dans le domaine des planètes géantes. Pour

commencer, à 5,2 unités astronomiques du Soleil, nous rencontrons Jupiter, dont le diamètre

équatorial est d'environ 143000 kilomètres, soit 11 fois celui de la Terre. Avec une masse

proche de 320 fois celle de notre monde, Jupiter est deux fois plus massive que toutes les

autres planètes réunies. Sa densité moyenne est d'environ 1,3 fois la densité de l'eau, ce qui est

à comparer avec la densité moyenne de la Terre, soit 5,5 fois celle de l'eau. Cette faible valeur

fut interprétée dès les années 1930 comme une prépondérance des deux éléments les plus

légers, hydrogène et hélium.

Jupiter est l'un des objets les plus intéressant du ciel nocturne. Même un petit télescope révèle

un disque découpé par plusieurs bandes parallèles alternativement claires et sombres. D'autres

détails apparaissent : une énorme région ovale et rouge, déjà observée au XVIIe siècle, et de

nombreuses petites régions ovales blanches ou brunes. Une autre caractéristique de Jupiter est

son fort aplatissement dû à une vitesse de rotation vertigineuse. La planète effectue en effet un

tour sur elle-même en moins de 10 heures, ce qui est prodigieux étant donné son gabarit.

Une mosaïque d'images prises lors du survol de Jupiter par la sonde Cassini en 2000. Crédit

:NASA/JPL/Space Science Institute

Les premières informations consistantes sur Jupiter furent récoltées par les sondes Pioneer 10

en 1973, Pioneer 11 en 1974, puis plus tard Voyager 1 et 2 en 1979. Ces sondes fournirent en

particulier une analyse spectrale poussée et confirmèrent que la planète est essentiellement

constituée d'hydrogène (82 pour cent de la masse totale) et d'hélium (17 pour cent), avec

quelques traces d'autres éléments comme le méthane (CH4) ou l'ammoniac (NH3). Elles

révélèrent également l'existence d'un anneau très fin dans le plan de l'équateur de Jupiter,

composé de poussières et de petites roches. La planète fut également survolée par les sondes

Ulysse en 1992 et Cassini en 2000, mais la moisson la plus importante a été réalisée

récemment lors de la mission Galileo.

La sonde Galileo fut lancée en 1989 par la navette Atlantis pour atteindre Jupiter en 1995 et se

mettre en orbite autour de la planète. La mission dura jusqu'en 2003 lorsque, presque à court

de carburant, la sonde fut déviée de sa trajectoire pour aller se désintégrer dans l'atmosphère

de Jupiter. Lors de ses 8 années d'observation, Galileo accumula une quantité fantastique

d'informations sur l'atmosphère de Jupiter, sa magnétosphère, son système d'anneaux et ses

satellites. De plus, lors de son arrivée à Jupiter, une sonde plus petite se sépara de l'engin

principal pour plonger vers la planète et étudier directement l'atmosphère, en particulier les

nuages et les vents. Cette sonde réussit à survivre pendant 57 minutes avant d'être écrasée par

la pression atmosphérique.

Une image en fausses couleurs de la grande tache rouge, prise dans l'infrarouge par la sonde Galileo

en 1996. Crédit : NASA/JPL

Structure interne et atmosphère

La structure interne de Jupiter a été déterminée grâce à différents types d'observations. La

façon dont la planète est déformée par sa rotation a permis de déterminer qu'au centre se

trouve un noyau rocheux d'environ 10 000 kilomètres de rayon. Après le noyau apparaît une

couche d'hydrogène liquide de 40 000 kilomètres d'épaisseur qui a la particularité d'être

métallique. Sous l'effet d'une pression énorme - plus de 3 millions de fois la pression

atmosphérique terrestre - les électrons ne sont plus liés aux noyaux et peuvent se déplacer

librement. Ils peuvent ainsi transporter la chaleur et l'électricité et engendrer un champ

magnétique, en un mot l'hydrogène liquide s'y comporte comme un métal. Au-dessus, se

trouve une autre couche de 20 000 kilomètres d'épaisseur composée d'hydrogène moléculaire

liquide qui n'est plus métallique. Enfin, vers la surface, on trouve une très mince couche

d'hydrogène moléculaire gazeux épaisse d'environ 1000 kilomètres.

Les structures visibles à la surface de Jupiter, en particulier la tache rouge, appartiennent toutes

aux 100 premiers kilomètres de la couche gazeuse. Les observations des sondes ont amené les

planétologues à proposer une structure à trois couches pour ces 100 kilomètres. En plongeant

vers l'intérieur, on rencontre d'abord des nuages de cristaux d'ammoniac (NH3), puis des

nuages de sulfure acide d'ammonium (NH4SH) et enfin des nuages de glace d'eau (H2O). Cette

structure en couches est à l'origine de l'aspect coloré de la planète car chacune des couches

possède une couleur bien particulière, dans l'ordre, le rouge, le blanc et le brun.

Une mosaïque d'images en fausses couleurs de quelques taches blanches ovales sur Jupiter, prises par

la sonde Galileo en 1997. Crédit : NASA/JPL

La couleur d'une région de Jupiter dépend de l'altitude des nuages à son sommet, c'est à dire de

la pression qui y règne. Les grandes bandes parallèles à l'équateur doivent leur forme à la

grande vitesse de rotation de Jupiter. Elles sont alternativement composées de gaz chaud

remontant de l'intérieur, laissant voir les nuages blancs de la couche moyenne, et de gaz plus

froid plongeant vers l'intérieur, révélant ainsi les nuages bruns plus profonds. A cette structure

en bande se superposent les taches ovales de différentes couleurs qui sont en fait des sortes

d'ouragans. Leur couleur dépend également de la profondeur des nuages visibles. Ainsi la tache

rouge est une formation qui met en jeu des nuages les nuages les plus élevés et apparaît donc

rouge.

En étudiant le rayonnement provenant de Jupiter, les planétologues se sont rendu compte d'un

phénomène curieux : la planète émet 1,5 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit. Cette propriété

explique pourquoi la température augmente lorsque l'on pénètre dans l'atmosphère et est

responsable de la répartition des couches nuageuses. Le phénomène s'explique probablement

par le fait que Jupiter est toujours encore en train de libérer l'énergie accumulée lors de sa

formation.

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