Jupiter
Jupiter est la plus grosse des planètes du système solaire. Avec ses 1,898 1027 kg elle pèse 318 fois plus que la Terre. A elle seule, elle est 2,5 fois plus massive que toutes les autres planètes réunies ! Pourtant, Jupiter n'est pas très dense : 1,33 g/cm3, à peine plus que l'eau et quatre fois moins que la Terre. Il faut dire que Jupiter est une planète géante : 69 911 km de rayon, soit onze fois le rayon de la Terre ! Le tableau qui suit résume les principales caractéristiques de cette planète hors norme.
Les planétologues estiment que Jupiter est la première planète à s'être formée dans le système solaire. A 3,5 UA du Soleil, Jupiter se trouvait au-delà de la ligne des glaces (le Soleil était moins lumineux à l'époque). La protoplanète a ainsi pu accréter de la roche et de la glace pour atteindre rapidement une taille respectable. La masse du noyau de Jupiter (plus de 10 fois la masse de la Terre) lui a permis d'attirer une énorme quantité d'hydrogène et d'hélium présents dans le disque protoplanétaire, ce qui en fait une planète gazeuse et ce qui explique sa densité très modérée.
Remarque : La capacité d'une planète à retenir les atomes et les molécules des gaz les plus légers (hydrogène, hélium) dépend de la vitesse de libération à la surface de cette planète et de l'énergie thermique des molécules :
m étant la masse d'une molécule. Si la vitesse vT est supérieure à vL, ces molécules ne peuvent pas être retenues par la planète.
Freinée par le disque protoplanétaire, Jupiter se serait rapproché du Soleil jusqu'à n'être plus qu'à 1,5 UA de celui-ci (scenario du grand Tack). La formation de Saturne et l'entrée en résonance gravitationnelle des deux planètes (Jupiter effectue trois révolutions pendant que Saturne en effectue deux) a évité à Jupiter de connaître le sort de nombreuses planètes gazeuses dans la voie lactée (les Jupiters chauds). Le couple Saturne-Jupiter a rebroussé chemin (voir le post sur le scénario du Grand Tack) et Jupiter occupe depuis près de 4 milliards d'années la place qu'on lui connaît aujourd'hui, à 5,2 UA du Soleil.
La composition de Jupiter est bien sûr moins bien connue que celle de la Terre. La mission du satellite Galileo dans les années 1990 et la mission Juno en cours permettent cependant de faire des hypothèses relativement précises. Jupiter serait composé :
- d'un noyau principalement rocheux (fer, silicate) de 7000 km de rayon. La pression au sein de ce noyau serait supérieure à 30 millions de bars et la température à 15000 K.
- D'une couche de glace et de roche de 7000 km d'épaisseur,
- d'un océan d'hydrogène métallique d'une épaisseur de 45000 km (entre 14000 km et 59000 km par rapport au centre),
- d'hydrogène moléculaire liquide et d'hélium entre 59000 km et 70000 km,
- d'une atmosphère gazeuse, dont l'épaisseur est difficile à estimer (supérieure à 70 km)i, composée à 75% d'hydrogène, 24% d'hélium, 1% de méthane, d'eau, d'ammoniac et d'autres éléments en quantité moindre (carbone, oxygène, sulfure d'hydrogène).
La transition entre ces couches est progressive : il n'y a pas de surface de séparation bien définie. On suppose que la transition entre hydrogène liquide et hydrogène métallique (un état de l'hydrogène dans lequel les électrons forment un gaz délocalisé comme c'est le cas dans un métal) se produit lorsque la pression dépasse 1,4 millions de bar et la température 3000 K. L'existence de cette masse énorme d'hydrogène métallique explique le champ magnétique intense de Jupiter : plus de 14 fois le champ magnétique terrestre (7 Gauss en moyenne, plus de 10 Gauss aux pôles).
La pression au sein des couches extérieures de l'atmosphère (composées principalement d'hydrogène, d'hélium et d'ammoniac) est de 1 bar et la température de 124 K. A mesure que l'on plonge dans l'atmosphère, l'ammoniac fait place à de l'hydrogénosulfure d'ammonium. La température et la pression augmentent. Dans les couches inférieures, la proportion d'eau est plus importante. La transition entre atmosphère et hydrogène moléculaire liquide est également progressive, ce qui rend difficile l'évaluation de l'épaisseur de l'atmosphère. On suppose qu'il y a condensation de l'hydrogène sous forme de gouttelettes jusqu'à former un brouillard très dense et finalement un liquide.
Une atmosphère très turbulente
Jupiter est donc une planète composée à plus de 90% de liquide et de gaz. Cela la rend très sensible à deux phénomènes :
Jupiter tourne très vite sur sur elle-même. La vitesse de rotation à l'équateur est de 47000 km/h ! (Une telle vitesse explique d'ailleurs la forme aplatie de la planète - plus de 6% - en raison de la force centrifuge.) L'atmosphère de Jupiter subit de ce fait un effet de rotation différentielle. Elle ne circule pas à la même vitesse aux pôles et à l'équateur.
Par ailleurs, l'axe des pôles étant pratiquement perpendiculaire au plan de l'orbite de Jupiter, ceux-ci reçoivent beaucoup moins d'énergie solaire que les régions équatoriales, ce qui induit des effets de convection puissants.
Il découle de ces deux particularités (convection, rotation différentielle) un régime permanent de cyclones et d'anticyclones de très grande dimension ainsi que l'établissement de larges couloirs de circulation de l'atmosphère autour de la planète (jet streams de 300 à 400 km/h). Certains phénomènes atmosphériques se maintiennent au fil des siècles : c'est le cas de la grande tache rouge, une tempête anticyclonique de 12000 km de large et plus de 20000 km de long !
Ils sont nombreux : on en a dénombré plus de 67, ainsi que la présence d'anneaux très ténus. La présence de satellites avait été signalée par Galilée dès 1610. On a donné aux satellites découverts par Galilée le nom de Lunes galiléennes. Elles sont au nombre de quatre : Callisto, Ganymède, Io et Europe.
Ganymède et Callisto sont de la taille de Mercure (4880 km de diamètre) mais sont beaucoup moins dense : moins de 2 g/cm3 contre plus de 5,4 g/cm3 pour Mercure. Io et Europe ont une taille et une densité comparables à celle de la Lune. Io, Europe et Ganymède sont en résonance orbitale 4:2:1.
Io est la Lune galiléenne la plus proche de Jupiter. Elle tourne autour de Jupiter en 40 heures ! Cette période très courte et la résonance orbitale qui la lie à Europe et Ganymède provoque des forces de marée intenses qui entretiennent un volcanisme actif (plus de 400 volcans).
Io a une composition qui la rapproche des planètes telluriques (silicates et fer). Elle doit sa couleur jaune aux dérivés soufrés très présents à sa surface (sans doute à cause du volcanisme).
Europe est très différente d'Io. Elle est recouverte de glace et sa surface est très lisse. Bien que la température en surface soit estimée à -150 degrés, l'analyse des données collectées par la sonde Galileo et l'examen des photos prises par Hubble conduisent à penser qu'il y a un océan d'eau à l'état liquide de 90 km d'épaisseur en dessous de la couche de glace. Hubble et Galileo ont d'ailleurs détecté des jets de vapeur à la surface d'Europe.
Les nombreuses stries visibles sur Europe témoignent du fait que la surface de la planète « travaille » sous l'effet de mouvements tectoniques. Une fois encore, les forces de marée sont pointées du doigt pour expliquer l'origine de ces mouvements ainsi que des geysers. L'hypothèse d'un cryovolcanisme est avancée. On parle aussi de subduction des plaques de glace favorisée par la présence de sels provenant du noyau rocheux à l'intérieur duquel de l'eau percolerait. Beaucoup d'hypothèses que les scientifiques aimeraient pouvoir vérifier. Hélas, à ce jour, aucun programme spatial n'est prévu pour aller y voir de plus près.
C'est la plus grosse Lune du système solaire, juste devant Titan, un satellite de Saturne. Ganymède est plus gros que Mercure mais beaucoup moins dense : 1,9 g/cm3 contre 5,4 g/cm3. L'eau pourrait représenter la moitié de la masse de la planète.
Les planétologues pensent que Ganymède possède un noyau rocheux entouré par un épais manteau de glace et par un océan salé de plusieurs centaines de km de profondeur. La surface de Ganymède est constituée d'un mélange de glace et de minéraux (dont des argiles). On parle de lithosphère glacée. La surface de Ganymède est fortement cratérisée.
Ganymède est la seule Lune du système solaire à posséder un champ magnétique propre, ce qui semble indiquer la présence de fer à l'état liquide dans le coeur.
C'est la Lune galiléenne la plus éloignée de Jupiter. Tout comme Ganymède, elle serait composée pour moitié d'eau (sous forme de glace) et pour moitié de roche. Callisto ne serait que partiellement différenciée mais elle pourrait cependant posséder un noyau rocheux et un océan d'eau salée sous une croûte très cratérisée.
Observer Jupiter est à la portée de tout astronome amateur. Avec un télescope de 8 pouces et un grossissement convenable, il est possible de voir nettement les bandes équatoriales. Encore faut-il que la planète soit visible dans de bonnes conditions.
Les meilleures conditions sont obtenues lorsque Jupiter est en opposition. Ça arrive tous les 398,86 jours (période synodique de Jupiter). Problème : Jupiter est toujours très proche du plan de l'écliptique. Si l'opposition a lieu aux alentours du solstice d'été, cela veut dire que Jupiter ne montera pas bien haut dans le ciel. Le 8 mai 2018 par exemple, Jupiter n'est guère monté au-dessus de 25 degrés dans le ciel parisien. La réfraction est alors très visible : Jupiter a un diamètre apparent voisin de 40''. Un posttraitement vigoureux est indispensable pour faire disparaître les franges bleutée et orangée.
