JUPITER La plante poids lourd Soleil Mercure Venus

JUPITER La planète poids lourd Soleil – Mercure – Venus – Terre – Mars – Astéroïde-Jupiter – Saturne – Uranus – Neptune-Kuiper-Oort Pour se faire une idée - Diamètre : 11 fois plus grosse que la Terre (142 984 km à l’équateur) - Masse : 318 fois la masse de la Terre - Elle tourne sur elle-même 2, 4 fois plus vite que la Terre - Distance / Soleil : 5, 2 fois la distance Terre-Soleil - Nombre de satellites : 63 dont 4 majeurs (en février 2004)+ anneaux (découverts en 1979) - Magnitude : -2, 7 P r é s e n ta ti o n Présentation Si le Soleil concentre à lui seul 99, 8% de la masse du système solaire, Jupiter n’est pas loin de rafler tout ce qui reste… En ce sens la cinquième planète du système solaire n’usurpe pas son prestigieux patronyme, soit celui du souverain de l’olympe ou Zeus pour les Grecs.

• Une étoile ratée: Du fait de sa composition, Jupiter est souvent décrite comme une étoile ratée car il est vrai qu’en raison de sa masse, d’énormes pressions règnent en son intérieur et entraîne une forte température. En effet, cette dernière irradie donc plus d’énergie qu’elle n’en reçoit du Soleil. Cette activité explique probablement les turbulences bien visibles (qui seront explicitées ultérieurement) dont la célèbre Grande Tache Rouge. Toutefois, en dépit de cette vivacité, Jupiter aurait dû être 75 fois plus massive pour briller telle une étoile. • Sa brillance: Brillante, Jupiter est facile à repérer. Sa magnitude maximale est de -2, 9. A sa plus faible luminosité, elle brille plus que Sirius (l’étoile la plus brillante du ciel). Visible à l’œil nu dans le ciel, Cette planète est habituellement le quatrième objet le plus brillant (après le Soleil, la Lune et Vénus). Q u e l q u e s p a r ti c u l a r i té s • La reine des planètes: Jupiter qui est la plus grande et la plus massive de toutes les planètes est la première des géantes gazeuses que sont aussi Saturne, Uranus et Neptune. Pour se donner une idée de sa démesure, il faut savoir que son volume pourrait contenir 1 300 fois la Terre et que sa masse est deux fois plus élevée que celle réunie de toutes les autres planètes du système solaire.

ØSes caractéristiques orbitales • Distance moyenne au Soleil • Distance maximale au Soleil • Distance minimale au Soleil • Distance maximale à la Terre • Distance minimale à la Terre 778 412 027 km soit 5, 2 unités astronomiques (U. A. ) 816 millions de km 740 millions de km 960 millions de km 590 millions de km • Inclinaison de son orbite sur l’écliptique • Excentricité de l’orbite 1, 305 30° 0, 048 392 66 • Période de révolution sidérale • Période de révolution synodique 4 335, 3545 jours (soit 11 ans 317 jours 14, 51 heures) 398, 8613 jours (soit 1 an 33 jours) • Vitesse orbitale moyenne ØSes caractéristiques physiques 13, 0572 km/s • Diamètre équatorial • Diamètre polaire • Aplatissement • Masse (Terre = 1) • Masse volumique moyenne 142 984 km 135 km 0, 064 87 1, 8986*1027 ka 317, 83 1 326 kg/m 3 • Gravité à sa surface • Période de rotation sidérale • Inclinaison de l’équateur son orbite • Albédo • Vitesse de libération 23, 12 m/s 2 0, 413 51 jour soit 09 h 54 mn 3° 04’ 0, 52 59, 5 km/s • Température Maximale en surface • Température minimale en surface • Pression atmosphérique 450° C -180° C 70 k. Pa D e s c r i p ti o n a p p r o fo n d i e Sa fiche d’identité:

D é c o u v e r te

R o ta ti o n e t o r b i te

ØSpéculation sur la composition interne Dans l’état actuel des connaissances, sa structure ne repose que sur des mesures indirectes. En effet, les données recueillies par la sonde atmosphérique de Galileo ne descendent pas en dessous de 160 km sous le sommet des nuages. Bien que Jupiter soit la plus massive des planètes (318 fois la masse de la Terre), sa grande taille indique sa faible densité et sa composition est plus proche de celle du Soleil que toute autre planète du Système solaire. S tr u c tu r e

ØSpéculation sur la composition interne 1 Aux environs de 60 000 km de profondeur : Il semblerait qu’elle possède un noyau rocheux constitué de silicates et fer qui équivaudrait à la taille de la Terre et à 10 à 15 fois sa masse. C’est ici que l’on trouverait la température la plus élevée de l’ordre de 19 000 ° C. 2 Glaces Cet état serait sous cette forme un peu à la manière du mercure car la pression est telle ( de l’ordre de plus de 4 millions de bars) à 14 000 km de profondeur et avec une température de l’ordre de 5 000 °C que les atomes d’hydrogène s’ionisent, formant un matériau conducteur. 3 Hydrogène liquide. Aux environs de 7 000 km de profondeur et à une température de l’ordre de 2 000 ° C, Cette couche contient vraisemblablement un peu d’hélium et des traces de diverses « glaces » . 4 La couche la plus extérieure serait composée d’ammoniac, d’hydrosulfure ? ? ? d’ammonium et d’un mélange de glace et d’eau. Au sommet de la couche de nuages, la température n’est plus que de -150°C. S tr u c tu r e Au dessus de ce dernier repose la plus grosse partie de la géante gazeuse sous forme d’hydrogène métallique liquide qui est un très bon conducteur électrique expliquant ainsi l’origine du champ magnétique de Jupiter.

Enfin, le ratio hydrogène/hélium semble lui aussi proche de notre Soleil, ce qui implique la composition de la majeure partie de la planète n’a pas beaucoup évolué depuis la formation de notre système solaire. (à creuser !!!) S tr u c tu r e Les données de la sonde Galileo ont aussi indiqué qu’il y a beaucoup moins d’eau que l’on pensait. Alors que l’on s’attendait à y trouver deux fois plus d’oxygène (combiné avec l’hydrogène abondant pour former de l’eau) que le Soleil, la concentration en oxygène semble être la même que celle de notre étoile.

ØL’intérieur de Jupiter Le cœur de la géante gazeuse est occupé par un noyau petit, dense et probablement solide. Il est entouré de couches de matières métallique, liquide et gazeuse, essentiellement de l’hydrogène. S tr u c tu r e

Le champ magnétique de Jupiter est généré par les courants électriques de son épaisse couche d’hydrogène métallique. Son action se fait sentir jusqu’à l’orbite de Saturne et est environ 20 000 fois plus puissant que celui de notre planète et donc il influe fortement sur l’espace environnant. L’axe reliant les pôles magnétiques est incliné d’environ 11° par rapport à son axe de rotation. Des particules (plasma) sont piégées et constituent autour de l’’équateur magnétique un disque de courants électriques. Les particules fortement chargées sont piégées et forment des ceintures de radiation semblables, mais beaucoup plus ? ? ? intenses, aux ceintures de Van Allen entourant la Terre. (approfondir) L’intensité du champ magnétique est 10 fois supérieure à celui de la Terre et en transporte 20 000 fois l’énergie. L e c h a m p Ma g n é ti q u e Ø Un gigantesque aimant

L e c h a m p Ma g n é ti q u e Ø Aurores Des particules de vent solaire rencontrent le champ, puis ralentissent et décrivent des spirales le long de ses lignes de force. Certaines particules pénètrent dans la haute atmosphère de la planète, autour de ses pôles magnétiques, et heurtent les gaz atmosphériques; il se forme alors des aurores. La formation d’impressionnantes aurores polaires est la résultante des lignes de champ magnétiques entraînant des particules à très haute énergie vers les régions polaires de la planète. Ø Des phénomènes similaires aux phénomènes terrestres En effet, des émissions aurorales similaires aux aurores boréales terrestres, ont été observés dans les régions polaires de la géante du système solaire. Elles semblent reliées à des particules provenant de Io qui tombent dans l’atmosphère jovienne en suivant les lignes de son champ magnétique. Des éclairs dans la partie supérieure des nuages, similaires aux supers éclairs de la haute atmosphère terrestre, ont aussi été observés. Aurore bleu électrique photographiée par le télescope spatial Hubble en 1998

ØUne magnétosphère à l’ échelle de sa « réputation » En fait, si on pouvait voir son champ magnétique depuis la Terre, ce dernier 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 et son champ est environ 1 220 fois plus grand que celui de la Terre. Quant à son volume, il est 1 000 fois plus grand que celui du Soleil. Cette vue en coupe de la magnétosphère en révèle la structure. Ma g n é to s p h è r e En effet, Jupiter a une magnétosphère très grande et puissante. Elle provient de la couche d’hydrogène métallique qui, par sa rotation rapide , agit comme une immense dynamo. Il est important de rappeler que la planète fait un tour sur elle-même en seulement 9 h 55.

ØUne prison au sein du système solaire En effet, toutes lunes de Jupiter se trouvent à l’intérieur de sa magnétosphère et ceci expliquerait en partie l’activité volcanique sur Io. Des courants électriques de la planète vers son satellite Io, ainsi que de plus faibles, jusqu’à Europe, ont aussi été observés. Ma g n é to s p h è r e Le champ magnétique de la géante gazeuse est tel qu’il capture un grand flux de radiations de particules dans les ceintures de radiation de la planète, et provoque un tube de flux de particules et un spectaculaire tore de gaz associé à Io. Ces ceintures sont un véritable danger pour les sondes spatiales.

Ma g n é to s p h è r e

ØComposition similaire à la nébuleuse planétaire ayant donné naissance au système solaire Comme à l’instar de ses congénères, ses matières gazeuses deviennent juste de plus en plus dense lorsque l’on s’enfonce dans l’atmosphère et donc il faut savoir que les rayons et diamètres de ces planètes sont donnés pour une altitude correspondant à une atmosphère. Et donc, quand nous regardons ces astres en lumière visible, on ne peut voir que le sommet des plus hauts nuages dans l’atmosphère. ØUn modèle presque similaire à celui du soleil En effet, son atmosphère est d’une grande épaisseur, et pourrait constituer la planète entière. A une grande profondeur à l’intérieur de la géante gazeuse, la pression est si grande que les atomes d’hydrogène sont éclatés de telle manière que les électrons son libérés et que les atomes résultants sont constitués de protons dénudés. En conséquence, l’hydrogène se retrouve à l’état métallique. Il est intéressant de noter que cette planète renvoie plus d’énergie dans l’environnement qu’elle n’en reçoit du Soleil, ce qui est dû à la lente contraction de son cœur. Toutefois, Jupiter est trop petite pour que s’y déclenchent des réactions de fusion nucléaire: il lui faudrait au moins un masse de 13 fois supérieure. A tm o s p h è r e Ne disposant pas de surface solide, il s’agit en fait d’une énorme sphère de gaz, qui présent au télescope, une couleur jaune ? ? avec des structures sombres sur un fond plus clair, ainsi qu’un énorme tourbillon qui apparaît sous forme d’une grande tâche rouge.

Ø Une composition supposée En effet, les données recueillies par la sonde atmosphérique de Galileo ne descendent pas en dessous de 160 km sous le sommet des nuages. On pense également qu’elle comporte trois couches de nuages distinctes: La plus externe, probablement vers 100 km de profondeur, serait formée de nuages de glace d’ammoniac. 2. La suivante, vers 120 km de profondeur, de nuages d’eau et de glace d’ammoniac. 3. La dernière, vers 150 km de profondeur, de nuages d’eau et de glace. Toutefois, ces chiffres proviennent de données sur la condensation de ces composés en fonction de la température, mais son évolution à l’intérieur n’est pas connue avec précision. L’atmosphère de cette planète est dominée par l’ hydrogène (89, 8%), puis l’hélium. Le reste est fait de composés hydrogénés simples, tels le méthane, l’ammoniac et l’eau, et d’autres plus complexes, comme l’éthane, l’acétylène et le propane. La condensation de ces composés forme les nuages de différentes couleurs de sa haute atmosphère et contribue à son motif de bandes. Quant à sa température, elle augmente de l’extérieur vers l’intérieur. De plus, comme les gaz se condensent à des températures différents, des types de nuages distincts se forment selon l’altitude. En effet, chauffé par le Soleil, le gaz de la région équatoriale monte en altitude et se dirige vers les pôles. L’air plus froid venant des pôles, à plus basse altitude, prend sa place et crée une vaste cellule de convection. Compte tenu du fait que la planète tourne très rapidement sur elle-même et que dans l’hémisphère Nord, la force de Coriolis (causée par la variation de la vitesse de rotation en fonction de la latitude), ce transfert de circulation hémisphérique n’est pas rectiligne et dévie ce flux nord-sud en flux est-ouest. Ainsi, cette cellule est divisée en de nombreuses cellules plus petites d’air ascendant et descendant, qui apparaissent sous forme de bandes colorées. On peut percevoir deux sortes de bandes: les bandes blanches d’air froid qui s’élèvent s’appellent des zones et celles brun-rouge d’air plus chaud qui descend sont des ceintures. A tm o s p h è r e 1.

Ø Son atmosphère au travers d’un graphique Elle est composée d’environ 86% d’hydrogène et de 14% d’hélium mais elle contient également des traces de méthane, de vapeur d’eau, d’ammoniac, et de très petites quantités de carbone, d’éthane, de sulfure d’hydrogène, de néon, d’oxygène, d’hydrure de phosphore et de souffre. A tm o s p h è r e

Ø Son atmosphère au travers d’un graphique Elle est composée d’environ 86% d’hydrogène et de 14% d’hélium mais elle contient également des traces de méthane, de vapeur d’eau, d’ammoniac, et de très petites quantités de carbone, d’éthane, de sulfure d’hydrogène, de néon, d’oxygène, d’hydrure de phosphore et de souffre. A tm o s p h è r e

Mé té o r o l o g i e

Les plus fins de tout le système solaire entourant la plus imp osante des planètes: Ø Une découverte récente Ø Des anneaux peu denses presque uniformes Ils datent seulement d’un quart de siècle sur un cliché pris par la sonde 1979 et c’est à cette date que les astronomes comprirent que géantes gazeuses étaient dotées de cette particularité. Voyageur 1 en les quatre planètes Ø Ø Un premier en forme de tore élargi par le champ magnétique de Jupiter formant un halo se situe entre 92 000 et 122 500 km. Un second qui est le principal se situe entre 122 500 et 128 940 km du centre de la planète pour un épaisseur d’une trentaine de kilomètres et est constitué de poussières provenant des satellites Adrastée et Métis. Un troisième est dénommé l’anneau des poussières ou anneaux de Gossamer provenant d’Almalthée se trouve à environ 181 000 km et un quatrième provenant de Thébé vers 222 000 km. Enfin, on trouve également un anneau externe extrêmement ténu et distant qui lui tourne dans un sens rétrograde dont son origine pourrait provenir de poussière interplanétaire capturée. Pour conclure sur ce point, ils sont classés dans trois familles: Halo, Main Ring et Gossammer Rings. An n eau x A l’inverse de ceux de Saturne contournés et complexes, le système d’anneau entourant la géante du système solaire est un milliard de fois moins denses. Son albédo est de seulement 0, 05. Ils sont constitués de fines particules de poussière et de glace de l’ordre de quelques micromètres de diamètre (pour la petite histoire, il faut savoir que c’est environ la grosseur des particules de fumée de cigarette) continuellement arrachées aux quatre lunes les plus proches lors de micro-impacts météoritiques du fait de l’intense champ gravitationnel de la planète et tournant autour de celle ci sans presque jamais se rencontrer. Ce système d’anneaux est très ténu et est complètement invisible à l’œil nu.

Ø Le système d’anneaux représenté visuellement An n eau x

Ø Une formation hypothétique En l’état actuel de nos connaissances, on suppose qu’un petit satellite, initialement proche des grandes lunes que sont Europe, Io, Ganymède et Callisto, serait tombé vers la planète géante à la suite d’une collision avec une météorite. A mesure qu’il se rapprochait de Jupiter, les déformations gravitationnelles que ce dernier aurait subi seraient devenues plus intenses, au point de finalement le disloquer en quatre morceaux - les quatre satellites internes – et en un lit de poussières. Ø Deux remarques toutefois Les anneaux principaux observés présentent tous des bords francs. Les observations spatiales ont révélé l’existence de petits satellites orbitant non loin des bords des anneaux. Les théoriciens ont vite fait de comprendre que ces derniers obligent les particules de ces dits anneaux à rester confinés à l’intérieur de certaines limites bien nettes. A cause de la résistance atmosphérique et magnétique, les particules des anneaux de Jupiter ne vont sans doute pas rester longtemps en place. Par conséquent, s’ils sont permanents, ils doivent être constamment alimentés en roches. Les petits satellites Adratée et Metis qui décrivent leur orbite dans les anneaux sont des sources très probables. An n eau x En tout cas, ces quatre systèmes d’anneaux détaillés précédemment même s’ils sont tous différents, sont quasiment dans le prolongement du plan équatorial de la planète. Il en est de même pour ceux des autres planètes gazeuses.

S a te l l i te s

A s té r o ï d e s tr o y e n s Ø En plus de ses lunes, le champ gravitationnel de Jupiter maintient un grand nombre d’astéroïdes situés aux alentours des points de Lagrange L 4 et L 5 de l’orbite de Jupiter. Il s’agit de petits corps célestes qui ont la même orbite mais sont situés à 60° en avance ou en retard par rapport à Jupiter. Connus sous le nom d’astéroïdes troyens, le premier d’entre eux (588) Achille a été découvert en 1906 par Max Wolf ; depuis des centaines d’autres troyens ont été découverts, le plus grand étant (624) Hector. À ces points spéciaux l'attraction de Jupiter est égale à celle du Soleil ce qui les maintient en place. Il existe aussi deux astéroïdes troyens de la planète Mars.

Ø Sa nature Depuis qu’en 1664 le physicien anglais Robert HOOKE (1635 -1702) signala pour la première fois l’existence de cette Grande Tâche rouge, nombreuses ont été les hypothèses qui ont été avancées. Certains comme Carl SAGAN, astrophysicien américain (1934 -1996)y ont vu le siège d’une activité chimique pouvant conduire à la formation d’organismes vivants et ce malgré le froid qui règne sur cette planète en raison de son éloignement du Soleil. En fait, il s’agit d’un gigantesque ouragan balayant son atmosphère depuis au moins trois siècles. Ø Sa localisation Cette particularité visible sur presque toutes les photos de la géante gazeuse est localisée dans l’hémisphère Sud, non loin de son équateur et est un excellent objet d’observation puis de photographies pour les astronomes amateurs entre autres. Sur ces nombreux clichés, on peut affirmer constater qu’elle n’aurait pas bougé depuis sa découverte. Ce gigantesque cyclone, coincé entre deux courants atmosphériques, se situe à l’interface entre des vents soufflant d’est en ouest (ceux situés au nord) et d’autres soufflant d’ouest en est (ceux situés au sud) et donc résulterait donc d’un « cisaillement » entre ces deux courants. Ø Des caractéristiques impressionnantes Cet œil entièrement rouge s’élève jusqu’à 8 km au-dessus des couches nuageuses l’entourant. Sa hauteur serait de 13 000 km et sa longueur de 25 000 km (rappelons que le diamètre de la Terre n’est que de 12 756 km à son équateur). Quant à sa couleur caractéristique, elle est vraisemblablement due au phosphore produit par l’interaction ajoutée au fait qu’elle convoie des impuretés à base de souffre, dans la haute atmosphère, des gaz soulevés par le tourbillon et du rayonnement solaire. Cette extraordinaire turbulence atmosphérique en plus de changer sans cesse de taille et de forme , tourne sur elle-même en une dizaine de jours, repart dans le sens contraire des aiguilles d’une montre tous les 6 ou 7 jours et circule autour de la planète à raison de quelques mètres par seconde vers l’ouest. En guise de conclusion, les nombreuses interrogations dépourvues de réponses à l’heure actuelle justifieraient peut être l’envoi de futures sondes spatiales afin de les élucider. G r a n d e tâ c h e r o u g e L’œil de Jupiter:

G r a n d e tâ c h e r o u g e Ø Quelques photos de l’œil de Jupiter

Rappel de quelques missions spatiales en faveur de la reine du Système Solaire: Ø Les sondes Pioneer 10 et Pioneer 11 furent les premiers vaisseaux spatiaux à survoler Jupiter en Décembre 1973 et Décembre 1974. Pioneer 10 a été la 1ère sonde a visiter Jupiter le 05/12/1973 à 130 000 km. Elle retourna environ 500 images de la planète et de ses lunes. Quant à Pioneer 11, cette dernière est passée à 42 960 km de Jupiter le 03/12/1974. Ø Ensuite, Voyager 1 et Voyager 2 suivirent de peu en la survolant entre Mars et Juillet 1979. La rencontre la plus proche de Voyager 1 avec Jupiter eut lieu le 05/03/1979, à 350 000 km de la planète. Voyager 2, quant à elle, rencontra pour la première fois la géante gazeuse le 09/07/1979, et passa à 71 400 km de la planète. Elle s'est ensuite approchée d’Europe et de Ganymède, Ganymède complétant la couverture des satellites effectuée par Voyager 1. Ø En février 1992, la sonde Ulysse utilisa l’assistance gravitationnelle de la Géante pour partir en direction du Soleil. Ø Plus récemment, en décembre 1995, une sonde appelée Galiléo fut envoyée en direction de la planète. Cette dernière se mit en orbite autour de Jupiter le 12/07/1995 et a largué un module de 337 kg qui a plongé dans l'atmosphère de Jupiter le 7 décembre pour en étudier les caractéristiques (profil vertical de la température et de la pression, altitude et composition des nuages, etc. ). Le vaisseau principal (dont 103 kg de matériel scientifique, analogue à celui des sondes Voyager hormis un dispositif de prise de vie plus performant), a étudié la magnétosphère de la planète, analysé sa composition physicochimique, l'a photographiée ainsi que ses principaux satellites dont elle s'est approchée à des faibles distances a plusieurs reprises. Ø Le 30 décembre 2000, la sonde Cassini la survola avant son envol vers titan, l’une des lunes de Saturne. Ø Enfin, la sonde News Horizons qui fut envoyée en 2006 pour une arrivée en direction de Pluton et de la ceinture de Kuiper en 2015 a survolé Jupiter fin février 2007, passant à environ 2, 3 millions de km. MI S S I O N S S P A T I A L E S Ø

Bi b l i o g rap h i e

P h o to s e t s c h é m a s

Q u e s ti o n s o u v e r te s

En juin 1994, les astronomes purent profiter d’un magnifique spectacle: la comète Shoemacker. Levy 9 se désintégra en plusieurs fragments qui s’écrasèrent sur Jupiter. En fait c'est au cours de son passage l'année précédente qu'elle subit un gradient gravitationnel très intense près de Jupiter qui fragmenta son noyau en multiples morceaux. Le 27 mars 1992 elle comptait 17 sous-noyaux qui formaient une longue chaîne perlée de 50" d'arc de longueur. Comme cela ne pouvait pas très bien se distinguer dans un petit télescope, on fit alors appel au Télescope Spatial Hubble qui révéla le phénomène. L e ch amp ØUn exemple de la force gravitationnelle de Jupiter

Le flash de lumière engendré par cette gigantesque collision dépassait de 50 fois la luminosité de ce dernier et les débris de cette collision furent visibles même un an après! A gauche vu de la Terre, au centre vu depuis Voyager 2 et à droite vu depuis la comète sous une inclinaison de quelque 15° degrés par rapport à l'axe de rotation autour du pôle sud de Jupiter. La distance entre les fragments a été très raccourcie pour plus d'esthétique. Documents David Seal/NASA JPL L e ch amp Les impacts en perspective ØUn exemple de la force magnétique de Jupiter