mardi 9 février 2016

Jupiter majestueuse Géante Gazeuse

Cinquième planète du système solaire, Jupiter a une composition proche de celle du Soleil, mais sa masse n´a pas été suffisante pour déclencher des réactions nucléaires et former une étoile. Son atmosphère d´hydrogène combiné à d´autres éléments peu abondants, donne des nuages de couleur vive agités d´ouragans violents provoqués par un dégagement de chaleur intense.
À la différence des planètes telluriques et à l'instar des trois autres planètes géantes, Jupiter ne possède pas de surface solide : il s'agit d'une boule de gaz - essentiellement de l'hydrogène et de l'hélium - qui entoure un noyau probablement composé de fer et de silicates, auxquels s'ajoutent probablement des « glaces d'eau », d'ammoniac et de méthane.
Jupiter possède un champ magnétique, une magnétosphère et une ionosphère, et est caractérisé par d'intenses émissions radioélectriques. Comme sur la Terre, les aurores polaires se développent dans les zones de latitudes élevées. 

 Jupiter, comme d'ailleurs les autres planètes géantes du système solaire, est un objet profondément différent des planètes telluriques : Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont caractérisés par une surface solide de quelques milliers de kilomètres de diamètre, qu'entoure une atmosphère peu épaisse, voire très ténue dans le cas de Mercure. Au contraire, Jupiter est une énorme boule de gaz, composée essentiellement, comme le Soleil et les autres étoiles, d'hydrogène et d'hélium. Les images fastueuses que nous observons au télescope ou qui ont été transmises par les sondes spatiales sont celles des couches extérieures des nuages. Ces nuages dissimulent la structure profonde de la planète, mais les techniques modernes de mesures des rayonnements électromagnétiques réfléchis ou émis par la planète, le repérage précis des trajectoires des sondes spatiales passant à sa proximité et l'application des lois de la physique permettent de se faire une idée étonnamment précise de l'intérieur de la planète. 

L'étude de la composition de Jupiter est importante à plus d'un titre. En effet, les molécules gazeuses des atmosphères planétaires tendent à s'en échapper par suite de leur agitation propre - le mouvement brownien -, et cela d'autant plus que la température atmosphérique est plus élevée ; en revanche, l'attraction gravitationnelle de la planète tend à s'opposer à cette évasion. Dans le cas de Jupiter, la gravité est forte (environ trois fois celle de la Terre) et la température des couches externes est beaucoup plus faible que dans les planètes telluriques, de sorte que même les molécules les plus légères ne peuvent s'échapper de l'atmosphère. Il s'ensuit que la composition de l'atmosphère de Jupiter doit être encore maintenant la même qu'au moment de la formation de la planète, il y a 4,5 milliards d'années environ. En d'autres termes, on peut, en déterminant la composition actuelle de Jupiter, avoir accès à celle de la nébuleuse primitive dont est issu, pense-t-on, le système solaire tout entier. On peut connaître ainsi la composition du milieu interstellaire à cet endroit de notre Galaxie, et il y a 4,5 milliards d'années.
Parmi les éléments qui composent le milieu interstellaire, deux d'entre eux, mesurables dans Jupiter, présentent un intérêt particulier du point de vue de la cosmologie : il s'agit de l'hélium et du deutérium. En effet, la théorie du big bang prédit que ces deux gaz ont été fabriqués pour l'essentiel durant les trois premières minutes de l'existence de notre Univers. Ultérieurement, de l'hélium est en outre produit à l'intérieur des étoiles au cours de leur évolution. Certaines de ces étoiles terminent cette évolution en explosant : ce sont les supernovae. Ce faisant, elles enrichissent le milieu interstellaire en matériaux qu'elles avaient fabriqués, et notamment en hélium. La proportion d'hélium dans le milieu interstellaire croît donc constamment avec le temps. La mesure de l'abondance de l'hélium dans Jupiter fournit donc une valeur supérieure de l'abondance de l'hélium primordial. Cette valeur supérieure, déterminée par la mission Voyager, est de l'ordre de 24 % en masse, ce qui est en bon accord avec les limites supérieures déduites de l'observation de très vieilles galaxies.
Plus importante encore est la mesure du deutérium dans Jupiter. Cet élément, lui aussi formé essentiellement lors du big bang, est détruit dans les étoiles. Les explosions de supernovae enrichissent donc le milieu interstellaire en tous les éléments, sauf en deutérium. Il s'ensuit que la proportion relative du deutérium - par exemple par rapport à l'hydrogène - décroît continuellement avec le temps. Or, pour le moment, le deutérium interstellaire ne peut être mesuré que dans notre Galaxie, c'est-à-dire qu'on ne peut avoir en fait accès qu'à la valeur de la quantité de deutérium à l'époque actuelle. La mesure dans Jupiter est donc très précieuse, puisqu'elle fournit un second point, situé il y a 4,5 milliards d'années, sur la courbe d'évolution et une valeur inférieure de l'abondance primordiale.
Les mesures d'abondance du deutérium obtenues par la mission Voyager semblent confirmer que le rapport deutérium/hydrogène a décru légèrement depuis la naissance du système solaire, conformément à l'allure du modèle d'évolution de l'abondance du deutérium en fonction du temps.
En utilisant un tel modèle, on peut également remonter à l'abondance du deutérium tel qu'il fut produit lors du big bang. Le modèle théorique de cette explosion primordiale nous permet alors de déduire la densité des protons et des neutrons (ce que l'on appelle les nucléons ou les baryons) de l'Univers. De cette valeur de la densité, les modèles cosmologiques tirent des conséquences fondamentales sur la structure de l'Univers, qui serait ouvert, c'est-à-dire qu'il poursuivrait à jamais son expansion. Ce résultat serait cependant remis en question si les expériences en cours dans les grands accélérateurs de particules permettaient de prouver - comme certaines expériences déjà réalisées le suggèrent - que la particule élémentaire appelée neutrino a une masse. Comme les neutrinos sont beaucoup plus abondants que les protons et les neutrons, la densité totale de l'Univers serait beaucoup plus grande. L'Univers pourrait être alors fermé, c'est-à-dire qu'après avoir poursuivi son expansion actuelle pendant encore un certain temps il se contracterait de nouveau, jusqu'à revenir à sa dimension initiale.
Deux scénarios de formation de Jupiter sont pour le moment envisagés. Dans le premier scénario, on suppose que, dans la région de Jupiter et des autres planètes géantes, des fragments assez importants (de l'ordre de plusieurs milliers de fois le rayon actuel de Jupiter) de la nébuleuse primitive se sont condensés et ont formé des protoplanètes gazeuses géantes. Ultérieurement, un noyau se serait formé à partir de grains de fer et de silicates se trouvant déjà dans la nébuleuse et tombant vers le centre de la protoplanète. Dans ce scénario, la composition atmosphérique des planètes géantes devrait être similaire à celle du Soleil, si l'on admet que la nébuleuse primitive avait la même composition en son centre et à sa périphérie. En particulier, le carbone, l'azote et l'oxygène - qui sont les composants les plus abondants dans l'Univers après l'hydrogène et l'hélium - devraient être dans les mêmes proportions par rapport à l'hydrogène dans l'atmosphère de Jupiter et dans le Soleil. Ce n'est pas ce qu'on observe ; le rapport carbone/hydrogène dans toutes les planètes géantes et, semble-t-il, le rapport azote/hydrogène dans Jupiter et Saturne sont plus élevés que dans le Soleil.
Un autre scénario considère que les planètes géantes se sont formées en deux temps. Dans une première phase, un noyau s'est formé par concentration de grains flottant dans la nébuleuse primitive. Ces grains étaient composés de fer et de silicates, mais aussi, à cause des basses températures existant dans la nébuleuse à sa périphérie, de glaces d'eau, d'ammoniac et de méthane. Le noyau crût jusqu'à atteindre une certaine masse critique, de l'ordre de dix fois la masse de la Terre. La chaleur dégagée durant ce processus pourrait avoir partiellement revaporisé les glaces. Lorsque le noyau atteignit la masse critique, il attira les matériaux environnants de la nébuleuse primitive constitués essentiellement d'hydrogène et d'hélium qui n'ont pu se condenser parce que cela exigerait des températures extrêmement basses. Ainsi se seraient constituées, dans cette deuxième phase, les atmosphères de Jupiter et des autres planètes géantes, dans lesquelles le carbone, l'azote et l'oxygène pourraient, à la suite de la revaporisation des glaces dans l'atmosphère, être enrichis par rapport au Soleil. 


Les anneaux de Jupiter ont été découverts le 4 mars 1979 par les caméras de la sonde Voyager-1 ; la densité de ces anneaux paraît environ un milliard de fois plus faible que celle des anneaux de Saturne, ce qui explique que, situés très près du disque brillant de la planète, ils n'aient jamais été observés auparavant depuis la Terre : leur détection est aussi difficile que le repérage à grande distance d'une faible bougie située à côté d'un puissant phare marin. Si l'on effectue des observations dans l'infrarouge à une longueur d'onde de 2,2 micromètres (le méthane, abondant dans l'atmosphère de Jupiter, est alors quasi opaque), le rapport luminosité des anneaux sur luminosité de la planète est fortement augmenté et les anneaux peuvent être détectés depuis la Terre, ce qui a été accompli cinq jours après leur découverte par Voyager-1. Cette découverte a permis d'expliquer pourquoi, lors de son survol de Jupiter cinq ans auparavant, Pioneer-11 avait observé à certaines distances de la planète des variations brusques dans le nombre de particules chargées en orbite autour de Jupiter ; certains scientifiques avaient alors émis l'hypothèse que Jupiter possédait des satellites non encore découverts ou des anneaux aux endroits où le nombre de particules de haute énergie décroissait ; cinq ans plus tard, cette hypothèse était vérifiée !
La découverte des anneaux de Jupiter, survenant deux ans après celle des anneaux d'Uranus, montrait que l'existence d'anneaux autour des planètes géantes était naturelle. Comme ceux de Saturne et d'Uranus, les anneaux de Jupiter possèdent des bords nets et des satellites proches ; cependant, ils sont beaucoup plus ténus et bien différents. Pour l'instant, on ne connaît évidemment ni la taille ni la nature des particules de cet anneau : situées à l'intérieur de la magnétosphère de Jupiter, elles sont probablement chargées. On peut distinguer quatre composantes : un anneau brillant d'environ 6 000 kilomètres de largeur est prolongé vers l'extérieur par un bord très brillant d'environ 800 kilomètres de largeur. Vers l'intérieur, du matériau plus dispersé s'étend jusqu'au sommet des nuages de Jupiter ; un halo très ténu enveloppe le tout. 


Les premières lunes de Jupiter furent découvertes en 1610, lorsque Galileo Galilei observa les lunes galiléennes (Io, Europe, Ganymède et Callisto), les quatre grands satellites du système jovien. Il s'agissait de la première observation de lunes autre que celle de la Terre. Il est possible cependant qu'une observation antérieure ait été réalisée en 362 av. J.-C. par l'astronome chinois Gan De.
Au cours des quatre siècles suivants, avant l'ère spatiale, huit autres satellites furent découverts : Amalthée (1892), Himalia (1904), Élara (1905), Pasiphaé (1908), Sinopé (1914), Lysithéa et Carmé (1938), et Ananké (1951). Pendant les années 1970, deux autres satellites furent observés à partir de la Terre : Léda (1974) et Thémisto (1975), qui fut ensuite perdu puis retrouvé en 2000.
Avant l'arrivée de sondes spatiales dans l'environnement de Jupiter, 13 satellites étaient donc connus (14 en comptant Thémisto). Les missions Voyager, qui survolèrent le système jovien en 1979, permirent la découverte de trois nouvelles lunes : Métis et Thébé en mars 1979 sur des photographies de Voyager 1, Adrastée en juillet 1979 par Voyager 2.
Entre 1979 et 1999, aucun nouveau satellite de Jupiter ne fut découvert. Le 6 octobre 1999, le programme Spacewatch découvrit ce qui fut initialement considéré comme un nouvel astéroïde, 1999 UX18 mais qui fut rapidement identifié comme une nouvelle lune de Jupiter, Callirrhoé.
Un an plus tard, entre le 23 novembre et le 5 décembre 2000, l'équipe de Scott S. Sheppard et David C. Jewitt de l'Université d'Hawaii débuta une campagne systématique de dépistage des petites lunes irrégulières de Jupiter en utilisant deux des treize télescopes situés au sommet de Mauna Kea à Hawaii : le Subaru (8,3 m de diamètre) et le Canada-France-Hawaii (3,6 m).
47 satellites furent découverts entre 2000 et 2006, qui possèdent des orbites éloignées, excentriques, inclinées et rétrogrades; ils font en moyenne 3 kilomètres de diamètre, le plus grand atteignant à peine 9 km. On pense que ce sont tous des corps astéroïdaux ou cométaires capturés, possiblement fragmentés en plusieurs morceaux.
En 2006, on connaissait 63 lunes à Jupiter, le record du système solaire. Il est possible que d'autres lunes plus petites (moins d'un km de diamètre) restent à découvrir.

Clichés réalisés a Lyon entre 2015 et 2016 avec un Mak 180/2700 + APN et Cmos planètaire






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