par Matt Williams , Universe Today
Les géantes gazeuses ont toujours été un mystère pour nous. En raison de leurs nuages denses et tourbillonnants, il est impossible d’avoir un bon aperçu de leur intérieur et de déterminer leur véritable structure. Compte tenu de leur distance par rapport à la Terre, il est long et coûteux d’y envoyer des engins spatiaux, ce qui rend les missions d’étude peu nombreuses et espacées. Et en raison de leur rayonnement intense et de leur forte gravité, toute mission qui tente de les étudier doit le faire avec précaution.
Et pourtant, les scientifiques sont depuis des décennies que cette géante gazeuse massive a un noyau solide. Cela correspond à nos théories actuelles sur la façon dont le système solaire et ses planètes se sont formés et ont migré vers leurs positions actuelles. Alors que ses couches externes de Jupiter sont composées principalement d’hydrogène et d’hélium, l’augmentation de la pression et de la densité suggère que plus près du noyau, les choses deviennent solides.
Structure et composition :
Jupiter est composé principalement de matière gazeuse et liquide, avec de la matière plus dense en dessous. Sa haute atmosphère est composée d’environ 88-92% d’hydrogène et 8-12% d’hélium en pourcentage de volume de molécules de gaz, et d’environ 75% d’hydrogène et 24% d’hélium en masse, le 1% restant étant constitué d’autres éléments.
L’atmosphère contient des traces de méthane, de vapeur d’eau, d’ammoniac et de composés à base de silicium, ainsi que des traces de benzène et d’autres hydrocarbures. On trouve également des traces de carbone, d’éthane, de sulfure d’hydrogène, de néon, d’oxygène, de phosphine et de soufre. Des cristaux d’ammoniac congelé ont également été observés dans la couche la plus externe de l’atmosphère.
L’intérieur contient des matériaux plus denses, de sorte que la répartition est approximativement de 71% d’hydrogène, 24% d’hélium et 5% d’autres éléments en masse. On pense que le noyau de Jupiter est un mélange dense d’éléments – une couche environnante d’hydrogène métallique liquide avec un peu d’hélium, et une couche extérieure principalement constituée d’hydrogène moléculaire. Le noyau a également été décrit comme rocheux, mais cela reste également inconnu.
En 1997, l’existence du noyau a été suggérée par des mesures gravitationnelles, indiquant une masse de 12 à 45 fois la masse de la Terre, soit environ 4 à 14% de la masse totale de Jupiter. La présence d’un noyau est également soutenue par des modèles de formation planétaire qui indiquent comment un noyau rocheux ou glacé aurait été nécessaire à un moment donné de l’histoire de la planète afin de collecter tout son hydrogène et son hélium à partir de la nébuleuse protosolaire.
Cependant, il est possible que ce noyau ait depuis rétréci en raison de courants de convection d’hydrogène chaud, liquide et métallique se mélangeant au noyau fondu. Ce noyau pourrait même être absent aujourd’hui, mais une analyse détaillée est nécessaire avant de pouvoir le confirmer. La mission Juno, qui a été lancée en août 2011 (voir ci-dessous), devrait permettre d’éclaircir ces questions et ainsi de progresser sur le problème du noyau.
Formation et migration :
Nos théories actuelles concernant la formation du système solaire affirment que les planètes se sont formées il y a environ 4,5 milliards d’années à partir d’une nébuleuse solaire (c’est-à-dire l’hypothèse nébulaire). Conformément à cette théorie, on pense que Jupiter s’est formé à la suite de la gravité qui a attiré ensemble des nuages tourbillonnants de gaz et de poussière.
Jupiter a acquis la plupart de sa masse à partir de matériaux laissés par la formation du soleil, et a fini par avoir plus de deux fois la masse combinée des autres planètes. En fait, on a supposé que si Jupiter avait accumulé plus de masse, il serait devenu une deuxième étoile. Ceci est basé sur le fait que sa composition est similaire à celle du soleil – étant faite de manière prédominante d’hydrogène.
En outre, les modèles actuels de formation du système solaire indiquent également que Jupiter s’est formé plus loin de sa position actuelle. Selon ce que l’on appelle l’hypothèse du Grand Tack, Jupiter a migré vers le soleil et s’est installé dans sa position actuelle il y a environ 4 milliards d’années. Cette migration, a-t-on avancé, pourrait avoir entraîné la destruction des planètes antérieures de notre système solaire – qui pourraient inclure des super-terres plus proches du soleil.
Exploration:
Bien qu’il ne s’agisse pas du premier engin spatial robotisé à visiter Jupiter, ni du premier à l’étudier depuis son orbite (cela a été fait par la sonde Galileo entre 1995 et 2003), la mission Juno a été conçue pour étudier les mystères plus profonds de la géante jovienne. Il s’agit notamment de l’intérieur de Jupiter, de son atmosphère, de sa magnétosphère, de son champ gravitationnel, et de déterminer l’histoire de la formation de la planète.
La mission a été lancée en août 2011 et a atteint une orbite autour de Jupiter le 4 juillet 2016. Alors que la sonde entrait dans son orbite elliptique polaire, après avoir effectué une mise à feu du moteur principal d’une durée de 35 minutes, connue sous le nom de Jupiter Orbital Insertion (ou JOI). En s’approchant de Jupiter par le dessus de son pôle nord, la sonde a eu une vue du système jovien, dont elle a pris une dernière photo avant de commencer la JOI.
Depuis lors, la sonde Juno a effectué des manœuvres de périjove – où elle passe entre la région polaire nord et la région polaire sud – avec une période d’environ 53 jours. Elle a effectué 5 périjubes depuis son arrivée en juin 2016 et doit en effectuer 12 au total avant février 2018. À ce stade, sauf prolongation de la mission, la sonde sera désorbitée et se consumera dans l’atmosphère extérieure de Jupiter.
Au fur et à mesure de ses passages restants, Juno recueillera davantage d’informations sur la gravité, les champs magnétiques, l’atmosphère et la composition de Jupiter. On espère que ces informations nous apprendront beaucoup sur la façon dont l’interaction entre l’intérieur de Jupiter, son atmosphère et sa magnétosphère dirige l’évolution de la planète. Et bien sûr, on espère fournir des données concluantes sur la structure intérieure de la planète.
Jupiter a-t-il un noyau solide ? La réponse courte est que nous ne le savons pas… encore. En vérité, elle pourrait très bien avoir un noyau solide composé de fer et de quartz, qui est entouré d’une épaisse couche d’hydrogène métallique. Il est également possible que l’interaction entre cet hydrogène métallique et le noyau solide ait provoqué la perte de ce dernier il y a quelque temps.
À ce stade, tout ce que nous pouvons faire est d’espérer que les enquêtes et les missions en cours apporteront davantage de preuves. Celles-ci sont non seulement susceptibles de nous aider à affiner notre compréhension de la structure interne de Jupiter et de sa formation, mais aussi d’affiner notre compréhension de l’histoire du système solaire et de la façon dont il est apparu.