Jupiter (planète)

Jupiter est une planète géante gazeuse, la plus grosse planète du système solaire et la cinquième en partant du Soleil. Elle doit son nom au dieu romain Jupiter.

Comme sur les autres planètes gazeuses, des vents violents, de près de 600 km/h, parcourent les couches supérieures de la planète. La célèbre tache rouge est une zone de surpression qui est observée depuis plus de 300 ans.

Sommaire

1 Caractéristiques physiques

1.1 Composition interne
1.2 Atmosphère
1.3 Anneaux planétaires
1.4 Magnétosphère

2 Lunes de Jupiter

3 Histoire

4 Observation

5 La Grande Tache Rouge

6 Voir aussi

6.1 Liens externes

Caractéristiques physiques

Composition interne

Dans l'état actuel des choses, les connaissances sur la composition planétaire de Jupiter sont relativement spéculatives et ne reposent que sur des mesures indirectes. Jupiter serait composé d'un noyau rocheux (silicates et fer) comparativement petit (mais néanmoins de la taille de la Terre et de 10 à 15 fois la masse de celle-ci), entouré d'hydrogène en phase métallique (cet état serait liquide, un peu à la manière du mercure), lui-même entouré d'hydrogène liquide, à son tour entouré d'hydrogène gazeux.

Des expériences ayant montré que l'hydrogène ne change pas de phase brusquement (à la différence de l'eau, par exemple), il n'y aurait pas de délimitation claire entre ces différentes phases, ni même de surface à proprement parler; quelques centaines de kilomètres en dessous de la plus haute atmosphère, la pression provoquerait une condensation progressive de l'hydrogène sous forme d'un brouillard de plus en plus dense qui formerait finalement une mer d'hydrogène liquide. Entre 20 000 et 40 000 km de profondeur, l'hydrogène liquide cèderait la place à l'hydrogène métallique de façon similaire.

Les énormes pressions générées par Jupiter provoquent d'énormes températures à l'intérieur de la planète, par un mécanisme de compression gravitationnelle (mécanisme de Kelvin-Helmholtz). On pense que la température du noyau serait de l'ordre de 20 000 K.

En conséquence, Jupiter irradie plus d'énergie qu'il n'en reçoit du soleil et cette température doit certainement causer d'énormes mouvements de convection à l'intérieur des couches liquides et être responsable des mouvements des nuages dans l'atmosphère.

Atmosphère

L'atmosphère de Jupiter est composée d'environ 86 % d'hydrogène et de 14 % d'hélium. Elle contient également des traces de méthane, de vapeur d'eau, d'ammoniac. On trouve également des quantités négligeables de carbone, d'éthane, de sulfure d'hydrogène, de néon, d'oxygène, de phosphure d'hydrogène et de soufre.

Cette composition est supposée très proche de la nébuleuse planétaire qui aurait donné naissance au système solaire.

Saturne a une composition similaire, mais Uranus et Neptune sont constituées de beaucoup moins d'hydrogène et d'hélium.

On pense également que l'atmosphère de Jupiter comporte trois couches de nuages distinctes :

La plus externe, probablement vers 100 km de profondeur, serait formée de nuages de glace d'ammoniac.
La suivante, vers 120 km de profondeur, de nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium (NH₄HS).
La dernière, vers 150 km de profondeur, de nuages d'eau et de glace.

Ces chiffres proviennent des données sur la condensation de ces composés en fonction de la température, mais l'évolution de la température à l'intérieur de l'atmosphère jovienne n'est pas connue avec précision.

L'atmosphère externe de Jupiter subit une rotation différentielle, remarquée pour la première fois par Jean-Dominique Cassini en 1690. La rotation de l'atmosphère polaire de Jupiter est environ 5 minutes plus longue que celle de l'atmosphère équatoriale. De plus, des bancs de nuages circulent le long de certaines latitudes en direction opposée des vents dominants. Des vents d'une vitesse de 600 km/h ne sont pas exceptionnels. Ce système éolien serait causé par la chaleur interne de la planète. Les interactions entre ces systèmes circulatoires créent des orages et des turbulences locales, comme la Grande Tache Rouge, un large ovale de près de 12 000 km sur 25 000 km d'une stabilité exceptionnelle, puisque déjà observé par Cassini il y a trois siècles. D'autres taches plus petites ont été observées depuis des décennies.

La couche la plus externe de l'atmosphère de Jupiter contient des cristaux de glace d'ammoniac. Les couleurs observées dans les nuages proviendraient des éléments présents en quantité infime dans l'atmosphère, sans que les détails soient là non plus connus.

Anneaux planétaires

Jupiter possède plusieurs anneaux planétaires, très fins, composés de particules de poussières continuellement arrachées aux quatre lunes les plus proches de la planète lors de micro-impacts météoriques, assez intenses du fait de l'intense champ gravitationnel de la planète. Ces anneaux sont en fait tellement fins et sombres qu'ils ne furent découverts que lorsque la sonde Voyager 1 s'approcha de la planète en 1979 :

L'anneau principal, situé entre 122 500 km et 128 940 km du centre de Jupiter et épais de seulement 30 km, est composé de poussières provenant des satellites Adrastée et Métis.

Plus près, entre 92 000 km et 122 500 km du centre de la planète, on trouve un anneau en forme de tore, élargi par le champ magnétique de Jupiter.

Plus loin, vers 181 000 km du centre, se trouve l'anneau des poussières provenant d'Amalthée et vers 222 000 km, celui provenant de Thébé.

Il existe également un anneau externe extrêmement ténu et distant qui tourne autour de Jupiter en sens rétrograde. Son origine est incertaine mais pourrait provenir de poussière interplanétaire capturée.

Ces anneaux, à la différence de ceux de Saturne, sont extrêmement sombres, avec un albedo de l'ordre de 0,05.

Ces anneaux sont classés dans trois familles : Halo, Main Ring et Gossammer Rings.

Magnétosphère

Jupiter a une magnétosphère très grande et puissante. En fait, si l'on pouvait voir son champ magnétique depuis la Terre, il apparaîtrait cinq fois plus grand que la pleine lune dans le ciel, et cela malgré la distance bien plus importante. De fait, la magnétosphère de Jupiter s'étend bien au-delà de l'orbite de Saturne.

Ce champ magnétique capture un grand flux de radiation de particules dans les ceintures de radiation de Jupiter, et provoque un tube de flux de particules et un spectaculaire tore de gaz associé à Io. En effet, toutes les lunes de Jupiter se trouvent à l'intérieur de sa magnétosphère et ceci expliquerait en partie l'activité volcanique sur Io.

Lunes de Jupiter

En février 2004, on connaissait 63 satellites naturels de Jupiter : 4 grands satellites, 12 autres de taille inférieure mais encore significative, 18 de petite taille (1 à 2 kilomètres de diamètre) et 29 qui ont été découverts récemment, mais pas encore nommés. On peut les classer en quatre grands groupes :

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Les quatre lunes galiléennes de Jupiter. De haut en bas : Io, Europe, Ganymède et Callisto.

Le groupe interne n'a été découvert que par la mission Voyager, à l'exception d'Amalthée. Tous ces satellites ont un diamètre de moins de 200 km et orbitent à moins de 200 000 km du centre de Jupiter, sur des orbites à peine inclinées, moins d'un demi-degré : Métis, Adrastée, Amalthée et Thébé.
Les 4 satellites galiléens ont été découverts par Galilée en 1610. Ils sont parmi les plus grosses lunes du système solaire. Ganymède est même la plus grosse. Ils orbitent entre 400 000 km et 2 000 000 km : Io, Europe, Ganymède et Callisto.
La petite lune Thémisto forme un groupe à elle seule.
Le groupe d'Himalia, découvert au vingtième siècle mais avant Voyager, comprend cinq lunes de 170 km de diamètre ou moins, orbitant entre 11 000 000 km et 13 000 000 km sur des orbites inclinées de 26° à 29° : Léda, Himalia, Lysithée, Élara et S/2000 J 11.
La petite lune Carpo forme un autre groupe isolé, aux caractéristiques intermédiaires entre le groupe d'Himalia et celui de Pasiphaé.
Le groupe externe de Pasiphaé, là encore découvert au vingtième siècle mais avant le programme Voyager, présente des satellites de 60 km de diamètre ou moins, orbitant entre 17 000 000 km et 30 000 000 km sur des orbites rétrogrades inclinées de 145° à 165°. Les plus gros satellites sont Ananké, Carmé, Pasiphaé et Sinopé, mais beaucoup de lunes minuscules ont été découvertes récemment dans cette zone. Ce groupe comptait 48 lunes en 2004.

Les trois groupes de petites lunes pourraient provenir dans chaque cas d'une même origine, peut-être une lune plus grosse ou un corps céleste capturé qui se seraient ensuite brisés.

Les 16 satellites principaux ont été nommés d'après les conquêtes amoureuses de Zeus, le nom grec du dieu Jupiter.

Les orbites d'Io, Europe et Ganymède sont en résonance orbitale. Quand Ganymède tourne une fois autour de Jupiter, Europe tourne exactement deux fois et Io quatre fois. En conséquence, les orbites de ces lunes sont déformées elliptiquement, chacune d'elle recevant en chaque point de son orbite un petit plus gravitationnel de la part des deux autres.

En revanche, les forces de marées de Jupiter tendent à rendre leurs orbites circulaires. Ces deux forces déforment chacune de ces trois lunes quand elles s'approchent de la planète, provoquant un réchauffement de leur noyau. En particulier, Io présente une activité volcanique intense et Europe un remodelage constant de sa surface.

Histoire

Jupiter est visible à l'œil nu la nuit et est connue depuis l'Antiquité. En janvier 1610, Galilée découvre les quatre satellites qui portent son nom en braquant sa lunette vers la planète. Cette observation des premiers corps tournant autour d'un autre corps que la Terre sera pour lui une indication de la validité de la théorie héliocentrique.

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Jupiter et sa grande tache rouge.

La régularité de la rotation des quatre satellites galiléens sera utilisée fréquemment dans les siècles suivants pour créer des éphémérides, leurs éclipses par la planète elle-même permettant de déterminer l'heure qu'il était. Cette technique sera utilisée un temps pour déterminer la longitude en mer. Ces éphémérides mèneront également à l'une des premières mesures de la vitesse de la lumière, par Ole Christensen Rømer en 1676.

Lors de la dernière moitié du vingtième siècle, un certain nombre de sondes spatiales furent envoyées vers Jupiter, toutes américaines. En décembre 1973, Pioneer 10 passa près de la planète, suivi en décembre 1974 par Pioneer 11. Voyager 1 survola Jupiter en mars 1979 avant Voyager 2 en juillet de la même année.

En 1994, l'impact de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter permit de recueillir de nombreuses nouvelles données sur la composition atmosphérique de la planète.

La sonde Galileo fut placée en orbite en 1995, lâchant une petite sonde à l'intérieur de l'atmosphère jovienne, et survolant à de nombreuses reprises les satellites galiléens, découvrant un océan sur Europe.

La NASA espère désormais lancer après 2012 une sonde nommée JIMO (pour Jupiter Icy Moon Orbiter) destinée à orbiter autour des lunes glacées de Jupiter.

Observation

À l'œil nu, Jupiter a l'aspect d'une étoile blanche très brillante, mais le fait que sa lumière ne scintille pas (en général) indique qu'il s'agit d'une planète. Pour savoir à coup sûr que c'est Jupiter, il faut constater que Jupiter est plus brillant que toutes les étoiles : on la voit sans peine ! Jupiter a, certes, un aspect similaire à celui de Vénus, mais cette autre planète ne se voit que quelque temps avant le lever du Soleil ou quelque temps après son coucher et est bien plus éclatante (c'est sans doute pour cette raison que les anciens lui ont donné le nom de la déesse de la beauté). Et la consultation d'une carte du ciel à jour permet de lever toute ambigüité.

La planète est intéressante à observer du fait qu'elle dévoile nombre de détails dans une petite lunette. Comme l'a fait Galilée en 1610, vous découvrirez quatre petits points blancs qui sont les satellites galiléens dont nous avons parlé antérieurement. Du fait qu'ils tournent tous assez vite autour de la planète, il est aisé de suivre leurs révolutions : vous constaterez que, d'une nuit à l'autre, Io fait presque un tour complet. Vous pourrez les voir passer dans l'ombre de la planète puis réapparaître. C'est en observant ce mouvement que Roëmer a montré que la lumière voyageait à une vitesse finie. Vous pourrez aussi observer la structure des couches gazeuses supérieures de la planète géante. Les bandes nuageuses apparaissent alors parallèles et offrent un beau spectacle, mais elles ne deviennent évidentes que lorsque vos yeux se seront habitués à l'observation de ces nuances (c’est-à-dire au bout de quelques semaines).

Un télescope de 25 cm vous permet d'observer la grande tache rouge et un télescope de 50 cm (difficile à trouver sur le marché) permet d'en découvrir toutes les nuances. Cette dernière possibilité est réservée aux amateurs fortunés et aux professionnels, en raison du prix élevé d'un instrument de ce diamètre.

La Grande Tache Rouge

Jupiter possède un énorme cyclone à sa surface, la fameuse grande tache rouge. Elle a été découverte par Cassini, il y a 300 ans. Ce cyclone mesure 12 000 x 25 000 km ; on pourrait y faire entrer deux planètes Terre.

Outre sa taille gigantesque, sa durée de vie reste inexpliquée. En effet, un simple cyclone devrait évoluer dans le temps et éventuellement disparaître complètement, alors qu'en trois siècles d'observation, la tache n'a que très peu changé. Le mécanisme à son origine reste une énigme scientifique.

Voir article détaillé sur la Grande tache rouge.