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    Jupiter, planète des nuages  
    Sylvain Guilbaud - Ciel et Espace - 2013-10-01      
    Sans surface solide pour supporter un quelconque relief, Jupiter est un gigantesque océan atmosphérique en perpétuel déchaînement.
Plongeons dans les nuées de la géante du Système solaire.
 
   

A 350'000 km de distance, le satellite Io survole les nuées tourbillonnantes de Jupiter. Un couvert nuageux qui masque l'intérieur de la planète, accessible uniquement par simulation numérique.

 
En chiffres   1'321
C'est le nombre de planètes de la taille de la Terre qui pourraient tenir à l'intérieur de Jupiter.
 
    1,3
C'est la densité moyenne de Jupiter en g/cm3, soit le quart de celle de la Terre.
 
   

A la surface de Jupiter, les zones claires alternent avec des ceintures foncées. La planète fait un tour sur elle-même en moins de 10 heures. Cette rotation rapide explique en partie cette structure en bandes, mais il est pour l'instant impossible de savoir jusqu'où elle perdure en profondeur.

 
    Jupiter "pèse" à elle seule 2,5 fois plus que toutes les autres planètes du Système solaire réunies. Treize fois plus massive, elle serait devenue une étoile naine; 80 fois plus, elle serait une soeur du Soleil, et deux astres du jour éclaireraient notre ciel. Si Jupiter a manqué de peu une vie d'étoile, sa composition en reste proche : en majorité de l'hydrogène et de l'hélium. Elle est surtout le siège de phénomènes météorologiques colossaux. Les vents dépassent les 430 km/h à l'équateur, les aurores sont permanentes aux pôles, les tempêtes s'étendent sur des dizaines de milliers de kilmètres et certains, comme la Grande Tache rouge, restent actives au moins plusieurs siècles. Cette géante gazeuse est donc un laboratoire grandiose pour comprendre la dynamique des fluides, l'histoire du Système solaire et même la formation des planètes extrasolaires. Mais les nuages joviens dissimulent encore de nombreux mystères.  
   

Pôle Nord et pôle Sud de Jupiter

 
   

Survol rapproché

 
    Nous voici au ras des nuages joviens, juste en contrebas de la Grande Tache rouge qui domine de l'hémisphère Sud de la planète géante. Un monde en perpétuelle turbulence.  
   
 
    Satellite Io.
Les particules expulsées par le plus proche des satellites galiléen vont alimenter les aurores aux pôles de Jupiter. Un phénomène dû à son volcanisme très actif.
 
    Couleur du ciel.
Le ciel de Jupiter serait bleu, comme sur Terre, du fait de la diffusion de la lumière par les molécules de gaz. Il est légèrement voilé par les brumes atmosphériques.
 
    Anneaux.
Fins et difficielement perceptibles, les anneaux de Jupiter sont composés de poussières, et non de glace comme ceux de Saturne.
 
    Nuages d'ammoniac.
Les nuages qui recouvrent la quasi-totalité de Jupiter sont constitués de cristaux d'ammoniac de 0,5 micromètres de diamètre.
 
    Eclairs.
La couche profonde de nuages d'eau est le siège d'éclairs. Il sont en moyenne plus puissants, mais moins fréquents qur sur Terre.
 
   
 
    Grande Tache rouge.
C'est un vaste anticyclone de 12'500 km sur 17'000 km. Au bord, les vents atteignent 700 km/h. La tempête culmine 8 km au-dessus des nuages alentour.
 
    Couleur des nuages.
La nature exacte des composés qui donnent une teinte rouge-ocre aux ceintures de Jupiter est inconnue. Vraisemblablement, la glace d'ammoniac évolue sous l'effet du rayonnement ultraviolet vers d'autres formes comme l'hydrazine. D'autres molécules, comme la phosphine, pourraient être photodissociées pour produire du phosphore rouge.
 
   

La couche nuageuse de Jupiter s'étend sur une centaine de km. Comme il n'y a pas de surface solide, c'est le niveau où la pression vaut 1'000 hPa qui est la référence.

 
   

Tourments atmosphériques

 
   

Mystérieuse tache

 
    Trois planètes comme la nôtre pourraient loger dans la Grande Tache rouge. Cette célèbre tempête conserve encore bien des mystères. Quel composé chimique lui donne sa teinte ? Quelle est sa structure verticale ? Depuis combien de temps se déchaîne-t-elle sur Jupiter ? En un siècle, sa longueur s'est réduite de moitié. À ce rythme, la Grande Tache rouge pourrait devenir circulaire d'ici 2040 et peut-être, un jour, disparaître…  
   
 
   

Aurore magnétique

 
    Les aurores sont permanentes aux pôles de Jupiter. Comme sur Terre, elles sont engendrées par des collisions entre des particules de haute énergie et la stratosphère. Ces électrons et ces ions proviennent des satellites de Jupiter, en particulier du volcanisme de Io. Ils sont capturés par le très fort magnétisme de la planète géante et suivent les lignes du champ jusqu'aux pôles joviens.  
   
 
   

Point chaud

 
    La tache sombre au centre n'est pas un nuage, mais un trou béant dans l'atmosphère de Jupiter. C'est une région sèche et chaude, comme le révèle cette image prise dans l'infrarouge. Ces "points chauds" se situeraient plus d'une centaine de kilomètres en contrebas des nuages alentour. Il existe une douzaine de ces structures à la surface de Jupiter, régulièrement espacées en longitude sur la même bande.  
   
 
   

Dates clés de l'étude de Jupiter

 
XVIIe siècle   Avec l'invention de la lunette astronomique, les savants effectuent les premières observations précises de la surface de Jupiter. Vers 1665, Robert Hooke et Jean-Dominique Cassini observent une tempête qui pourrait être la Grande Tache rouge.  
1831   L'astronome allemand Samuel Heinrich Schwabe réalise le premier croquis identifié de la Grande Tache rouge. Elle est donc âgée d'au moins 140 ans.  
1932   L'astronome allemand émigré aux États-Unis Ruper Wildt montre la présence d'ammoniac et de méthane à la surface de Jupiter par spectroscopie. Il propose ensuite un premier modèle pour leur structure interne en supposant l'existence d'un noyau interne fait de roche et de métal.  
1973   La sonde Pioneer 10 est la première à dépasser la Ceinture d'astéroïdes et à photographier Jupiter. Elle s'approche à 130'000 km de la planète géante gazeuse et découvre que son champ magnétique est inversé par rapport à celui de la Terre.  
1979   À quelques mois d'intervalle, les sondes américaines Voyager 1 et Voyager 2 croisent Jupiter et la photographient en haute résolution. On observe pour la première fois les fins anneaux qui entourent la planète.  
1994   La comète Shoemaker-Levy 9 se disloque et entre en collision avec Jupiter. C'est le premier événement de ce type observé en direct. Les multiples impacts laissent des cicatrices sombres dans la couverture nuageuse qui perdurent plusieurs mois.  
2000   Trois anticyclones blancs observés depuis les années 1930 fusionnent pour former une nouvelle tempête gigantesque. Sa couleur commence à virer au rouge en 2005 et elle est rapidement baptisée Petite Tache rouge.  
2003   Après 8 ans de mission, Galileo s'autodétruit au-dessus de Jupiter. En 1995, l'engin de la Nasa avait largué une sonde dans les entrailles de la planète pour étudier son atmosphère in situ. Une première.  
2013   Lancée le 5 août 2011, la sonde Juno de la Nasa est à mi-chemin de son périple vers Jupiter, dont elle étudiera l'atmosphère à partir de 2016.  
   

"Le plus frappant chez Jupiter est la variété des phénomènes et des couleurs de sa couverture nuageuse. Sa composition donne une idée des ingrédients de base du Système solaire. Lors de sa formation, il y a plus de 4 milliards d'années, Jupiter a "aspiré" la plupart des gaz autour d'elle. Sa masse est telle que peu d'entre eux ont pu s'échapper de l'atmosphère depuis. L'abondance relative de certains éléments comme l'azote est donc très proche de celle du Soleil. En revanche, le carbone ainsi que d'autres éléments plus lourds sont présents en proportions plus importantes sur Jupiter. Ils ont peut-être été apportés par les collisions de comètes et de météorites. L'étude précise de la quantité de ces espèces sur Jupiter et les autres planètes gazeuses est donc la clé pour comprendre l'évolution du Système solaire."
Glenn Orton, Spécialiste des atmosphères planétaires au Jet Propulsion Laboratory

 
   

La source des éclairs

 
    La foudre tombe fréquemment sur Jupiter. Lors d'un orage, on observe entre 10 et 20 éclairs par minute dans des nuages qui mesurent jusqu'à 1'000 km. Les plus puissants dégagent 10 milliards de joules. En mesurant la taille de ces flashes en surface, les scientifiques déduisent la profondeur à laquelle les éclairs se produisent. Ce sont les meilleurs indices indirects de la présence d'eau, un très bon conducteur. Reste à savoir si ces éclairs sont accompagnés ou non de pluie…  
   

Atmosphère dynamique

 
    L'atmosphère jovienne est très dynamique et présente énormément de choses à regarder. Les changements constants à la surface nécessitent une surveillance permanente. Les scientifiques ne peuvent rassurer seuls, car les temps d'utilisation des grands télescopes sont limités. Les amateurs leur prêtent donc main-forte. En particulier pour la détection d'impacts de météorites, révolution de la Grande Tache rouge, et les changements de couleur cycliques de certaines bandes nuageuses.  
   

Un modèle pour les exoplanètes

 
    La majorité des planètes détectées en dehors du Système solaire sont des géantes. L'atmosphère de Jupiter, proche de celle du Soleil, laisse supposer que ces géantes ont une composition similaire à celle de leur étoile. Jupiter est donc un point de comparaison obligé : les scientifiques utilisent comme unité le rayon ou la masse de Jupiter. Mais les "Jupiter chaudes", ces géantes très proches de leur étoile et dont la température avoisine les 1'500 C, sont sans doute très différentes de leur cousine du Système solaire.  
   
 
   

Bientôt Juno

 
    Jupiter reste une planète bien mystérieuse. A-t-elle un noyau ? Jusqu'où descend la Grande Tache rouge ? Quelle quantité d'eau se trouve dans l'atmosphère ? À partir de juillet 2016, Juno tentera de répondre à ces questions. Elle sera la deuxième sonde à tourner autour de Jupiter après Galileo. Le vaisseau de la Nasa améliorera la compréhension de l'origine et de l'évolution de cette planète. Grâce à un radiomètre micro-onde, il percera la couche nuageuse opaque. D'autres instruments cartographieront les champs gravitationnel et magnétique. Lors de sa mission, Juno survolera les pôles Nord et Sud de la planète gazeuse pendant plus d'un an. Cette orbite polaire inédite permettra également d'étudier les aurores. De son côté, l'Europe prépare Juice, une mission qui devrait être lancée en 2022 vers Jupiter et ses satellites.  
   

 
       
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