Planète Jupiter
Astronomie > Planètes
Caractéristiques de la planète Jupiter
Jupiter est la plus grande planète de notre système solaire avec un diamètre d'environ 143 000 kilomètres, soit environ 11 fois celui de la Terre. Elle possède une masse plus de deux fois et demie supérieure à celle de toutes les autres planètes du système solaire combinées. Elle est située à une distance moyenne d'environ 778 millions de kilomètres du Soleil, ou 5,2 unités astronomiques (UA).
Une géante gazeuse
Jupiter s'est formée il y a environ 4,6 milliards d'années à partir d'un disque de gaz et de poussière entourant le jeune Soleil. Les matériaux du disque se sont agglomérés pour former un noyau solide, qui a ensuite capturé une grande quantité d'hydrogène et d'hélium gazeux, formant ainsi son atmosphère dense. Au fil du temps, Jupiter a continué à accumuler du gaz et des particules, devenant la plus grande planète du système solaire.
Sa formation s'est déroulée en parallèle avec celle des autres planètes, mais sa masse élevée et sa distance du Soleil ont contribué à son développement en tant que géante gazeuse.
Jupiter est principalement composée d'hydrogène et d'hélium comme le Soleil.
Jupiter possède également un système d'anneaux, bien qu'ils soient beaucoup moins spectaculaires que ceux de Saturne. Les anneaux joviens sont principalement composés de poussière fine.
Image de Jupiter prise par la sonde New Horizons le 24 janvier 2007. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Une planète à la rotation rapide et la révolution lente
Jupiter tourne sur elle-même en environ 9 heures et 55 minutes, cela en fait la planète à la rotation la plus rapide du système solaire avec pour conséquences une forme aplatie aux pôles et élargie à l'équateur. La rotation de Jupiter est rétrograde, cela signifie que son axe de rotation est incliné par rapport à son plan orbital. Elle se fait ainsi dans le sens opposé à celui de la plupart des autres planètes du système solaire.
Sa période de révolution, c'est-à-dire le temps qu'il faut à Jupiter pour effectuer une orbite complète autour du Soleil, est d'environ 11,86 années terrestres.
La combinaison de la rotation rapide et de la révolution plus lente de Jupiter joue un rôle important dans la génération de son champ magnétique particulièrement puissant. Cela contribue également à la formation des phénomènes atmosphériques caractéristiques de la géante gazeuse : les bandes nuageuses et les tempêtes.
Découverte de la planète Jupiter et de ses satellites
La découverte de la planète Jupiter remonte à l'Antiquité. Les premières observations de Jupiter ont été faites par des astronomes babyloniens, grecs et romains, qui l'ont souvent confondue avec une étoile en raison de sa brillance. Le nom de la planète Jupiter provient de la mythologie romaine. Jupiter est le nom latin du dieu suprême de la mythologie romaine, qui correspond au dieu Zeus dans la mythologie grecque. Jupiter était considéré comme le roi des dieux et des hommes, le dieu du ciel et de la foudre.
Cependant, ces observations étaient principalement limitées à la trajectoire apparente de Jupiter dans le ciel et ne révélaient pas la nature véritable de la planète. En effet, ce n'est qu'au XVIIe siècle que l'astronome italien Galilée révolutionna notre compréhension de Jupiter. En 1610, Galilée utilisa une nouvelle invention, la lunette astronomique, pour observer le ciel. À l'aide de cette lunette, il remarqua quatre objets brillants en orbite autour de Jupiter. Au fil des nuits, il constata que ces objets semblaient se déplacer par rapport à Jupiter, ce qui signifiait qu'ils étaient en réalité des lunes en orbite autour de la planète géante. Cette découverte des lunes de Jupiter a eu des implications majeures. Elle remettait en question le modèle géocentrique de l'Univers, qui considérait que tous les objets célestes tournaient autour de la Terre. Les observations de Galilée soutenaient plutôt le modèle héliocentrique de Copernic, qui plaçait le Soleil au centre du système solaire. Les lunes de Jupiter, désormais connues sous le nom de lunes galiléennes en l'honneur de leur découvreur, sont Io, Europe, Ganymède et Callisto.
La structure de Jupiter
On pense que Jupiter possède un noyau solide principalement composé de roches, de métaux et de glaces.
Au-dessus du noyau se trouve le manteau de Jupiter, qui est principalement composé d'hydrogène et d'hélium dans un état hautement compressé. Le manteau représente la majeure partie de la masse de la planète.
Sous des conditions de pression et de température extrêmes, l'hydrogène dans le manteau se comporte différemment, passant d'un état gazeux à un état liquide et potentiellement à un état métallique.
L'atmosphère de Jupiter est la couche externe bien connue de la planète.
L'atmosphère de Jupiter
La planète possède une atmosphère épaisse composée à environ 75 % d'hydrogène moléculaire (H2) et 24 % d'hélium (He). Cependant, on trouve aussi d'autres composés présents en plus petites quantités, tels que le méthane (CH4), l'ammoniac (NH3), le sulfure d'hydrogène (H2S) et des traces d'eau (H2O), d'oxyde de carbone (CO), d'oxyde de soufre (SO2) et d'autres composés chimiques.
L'atmosphère présente des bandes nuageuses distinctes et colorées, formées par des courants atmosphériques puissants et des différences de composition chimique. La Grande Tache Rouge, une tempête anticyclonique massive, est une caractéristique notable de l'atmosphère de Jupiter. La planète présente des caractéristiques atmosphériques uniques et dynamiques.
Les couches atmosphériques de Jupiter
L'atmosphère de Jupiter comporte plusieurs couches : une troposphère, un stratosphère, une thermosphère et une exosphère. La planète géante ne possède pas de mésosphère.
La troposphère est la couche la plus basse et la plus dense de l'atmosphère de Jupiter, où se produisent les phénomènes météorologiques. Elle couvre une épaisseur d'environ 50 kilomètres à partir de la surface visible de la planète. La troposphère de Jupiter est caractérisée par des bandes nuageuses colorées et turbulentes, ainsi que par la Grande Tache Rouge, une tempête anticyclonique massive. Dans cette zone, les températures diminuent avec l'altitude et les vents peuvent atteindre des vitesses extrêmement élevées.
La stratosphère de Jupiter s'étend approximativement de 50 km à 300 km d'altitude. La stratosphère de Jupiter présente une augmentation de température avec l'altitude, contrairement à la stratosphère terrestre. Elle s'explique par la présence de gaz d'hydrogène qui absorbe l'énergie solaire.
La thermosphère de Jupiter s’étire à une altitude estimée entre 300 km à 1 000 km. Dans cette couche, l'énergie solaire est absorbée, ce qui provoque une augmentation significative de la température. La thermosphère de Jupiter est également caractérisée par des aurores polaires, assez semblables à celles de la Terre.
L'exosphère est la couche la plus externe de l'atmosphère de Jupiter. Elle se prolonge au-delà de la thermosphère et n'a pas de limite définie avec l'espace interplanétaire. L'exosphère est principalement composée de particules neutres et de plasma. Les particules s'échappent constamment de l'atmosphère de Jupiter, formant un vaste nuage de plasma autour de la planète. Il s'agit de la magnétosphère de Jupiter.
Les phénomènes atmosphériques joviens
Les bandes nuageuses
L'atmosphère de Jupiter présente des bandes nuageuses distinctes et colorées qui s'étendent horizontalement autour de la planète. Ces bandes sont le résultat de puissants courants atmosphériques, qui se déplacent dans des directions différentes et à différentes vitesses. Les bandes claires sont appelées zones, tandis que les bandes sombres sont appelées ceintures.
La Grande Tache Rouge
La Grande Tache Rouge, qui fait environ trois fois la taille de la Terre, est une caractéristique emblématique de l'atmosphère de Jupiter. Il s'agit d'une tempête anticyclonique massive, qui est observée depuis plus de 300 ans.
Au cours des dernières décennies, la Grande Tache Rouge a montré des signes de rétrécissement et de changement de couleur, devenant plus pâle et plus orangée.
Les tourbillons et tempêtes
Outre la Grande Tache Rouge, Jupiter abrite de nombreux autres tourbillons et tempêtes à travers son atmosphère.
Certains de ces systèmes atmosphériques peuvent être de grande taille et présenter des caractéristiques intéressantes, tels que les ovales blancs et les tempêtes blanches.
Image de la Grande Tache Rouge et des zones turbulentes environnantes par la sonde Juno. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran
Les éclairs et aurores
L'atmosphère de Jupiter est également le théâtre d'événements électriques. Des éclairs ont été détectés dans les nuages de Jupiter, générant des émissions radio et des sursauts d'énergie. De plus, Jupiter présente des aurores polaires lumineuses, semblables aux aurores boréales et australes de la Terre, qui sont créées par l'interaction des particules chargées du vent solaire avec l'atmosphère de la planète.
Le climat jovien
Jupiter a une inclinaison axiale très faible, ce qui signifie que son axe de rotation est presque perpendiculaire à son plan orbital. Par conséquent, il n'y a pas de variations saisonnières significatives sur Jupiter.
Image de Jupiter et d'Europe, prise par le télescope spatial Hubble le 25 août 2020. NASA/ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center)/M. H. Wong (University of California, Berkeley)/OPAL team
La température
La température sur la planète Jupiter varie considérablement en raison de sa composition atmosphérique et de son éloignement par rapport au Soleil. À la surface, la température moyenne de Jupiter est d'environ -145 degrés Celsius (128 Kelvin). Cependant, la majeure partie de la planète est constituée d'hydrogène et d'hélium en état gazeux, et la température augmente à mesure que l'on s'enfonce plus profondément dans son atmosphère.
Dans les couches supérieures de l'atmosphère de Jupiter, la température peut atteindre environ -108 °C (165 K). Cependant, à mesure que l'on descend plus bas dans l'atmosphère, la pression et la température augmentent considérablement. À des profondeurs plus élevées, la chaleur provenant de l'intérieur de la planète contribue à des températures beaucoup plus élevées.
Dans le noyau de Jupiter, où les pressions sont extrêmement élevées, il est estimé que la température atteint plusieurs milliers de degrés Celsius. Cependant, étant donné que le noyau est profondément enfoui sous les couches atmosphériques épaisses, il est difficile de déterminer avec précision la température exacte.
Les vents
Les vents sur Jupiter sont extrêmement rapides. Le vent le plus puissant se trouve dans la ceinture équatoriale, où des vitesses de plus de 500 kilomètres par heure ont été observées. Ces vents forts sont générés par la rotation rapide de la planète et par des mécanismes complexes liés à la convection atmosphérique. La célèbre Grande Tache Rouge est une tempête anticyclonique qui fait rage depuis des centaines d'années.
Nuages joviens pris par la sonde spatiale Juno le 24 octobre 2017. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran
Les nuages joviens
Les nuages sur Jupiter sont divisés en bandes horizontales colorées, connues sous le nom de "bandes équatoriales". Les bandes claires sont appelées "zones", tandis que les bandes plus sombres sont appelées "ceintures".
Ces bandes sont formées par des courants atmosphériques puissants et se déplacent à des vitesses différentes, créant des motifs complexes et changeants.
Les couleurs des nuages joviens sont principalement dues à des composés chimiques présents dans l'atmosphère de Jupiter.
Les nuages supérieurs sont constitués de cristaux d'ammoniac, qui apparaissent blancs ou gris.
Les nuages plus bas sont composés de composés d'hydrocarbures tels que le méthane, qui peuvent donner une teinte rougeâtre, brune ou orangée aux ceintures sombres.
Aurores boréales joviennes capturées par le télescope spatial Hubble le 30 juin 2106. NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester)
Le champ magnétique de Jupiter
Jupiter possède l'un des champs magnétiques les plus puissants de toutes les planètes, environ 20 000 fois plus intense que celui de la Terre. Ce champ magnétique génère des aurores polaires lumineuses près de ses pôles.
Ce champ magnétique est généré par la dynamo présente à l'intérieur de la planète, où des courants électriques se forment dans la couche externe de l'hydrogène métallique liquide qui compose une grande partie de Jupiter.
Le champ magnétique de Jupiter est asymétrique et présente des variations significatives en fonction de la latitude. Il est incliné par rapport à l'axe de rotation de la planète et son centre est décalé par rapport au centre géométrique de Jupiter. Cette disposition complexe est due à l'interaction entre le champ magnétique et l'énorme courant électrique qui circule à l'intérieur de la planète.
Le champ magnétique de Jupiter a des effets importants sur son environnement. Il crée une vaste magnétosphère autour de la planète, qui est une région remplie de particules chargées provenant du vent solaire et des lunes de Jupiter. Cette magnétosphère génère de puissantes aurores polaires sur Jupiter, similaires aux aurores boréales et australes sur Terre.
Les satellites (lunes) de Jupiter
Le système lunaire de Jupiter est également remarquable, avec 79 lunes répertoriées à ce jour.
Les quatre lunes galiléennes de Jupiter
Les quatre lunes galiléennes, Io, Europe, Ganymède et Callisto, sont parmi les objets les plus fascinants de notre système solaire, présentant des caractéristiques géologiques uniques.
Io
Io (3 642 km de diamètre) est la lune la plus proche de Jupiter et la quatrième plus grande lune du système solaire. Elle est connue pour sa surface volcanique très active. Les volcans sur Io projettent régulièrement des panaches de matière en fusion dans l'espace. Io possède également une atmosphère mince composée principalement de dioxyde de soufre. Les éruptions volcaniques sur Io sont provoquées par les forces de marée exercées parJupiter.
Europe
Europe est la deuxième lune galiléenne en partant de Jupiter. La surface d'Europe est recouverte d'une couche de glace, et des indices suggèrent l'existence d'un océan souterrain d'eau liquide sous cette couche. La lune, d'un diamètre de 3 122 km, pourrait même abriter des formes de vie primitives. On soupçonne une possibilité d'activité hydrothermale au fond de l'océan.
Ce composite comprend les quatre plus grandes lunes de Jupiter, connues sous le nom de satellites galiléens. Ils ont été observés pour la première fois par l'astronome italien Galileo Galilei en 1610. De gauche à droite par ordre croissant de distance à Jupiter, Io est le plus proche, suivi d'Europe, Ganymède et Callisto.
Ganymède
Ganymède est la plus grande lune du système solaire et la troisième lune galiléenne en partant de Jupiter. Elle a un diamètre de 5 268 km, plus grand que celui de la planète Mercure. Sa structure interne est complexe, avec un noyau métallique entouré d'un manteau de roche et d'une couche de glace. Ganymède est également le seul satellite naturel de notre système solaire doté d'un champ magnétique significatif. Ganymède a une surface variée avec des cratères, des montagnes et des vallées, ainsi qu'une fine atmosphère de vapeur d'eau. Ganymède possède également un océan d'eau liquide sous sa surface glacée.
Callisto
Callisto est la deuxième plus grande lune du système solaire et la lune galiléenne la plus éloignée de Jupiter. Elle possède une surface cratérisée et présente moins d'activité géologique que les autres lunes galiléennes. Callisto, d'un diamètre de 4 820 km, est composée principalement de glace et de roches. Des études suggèrent également la présence d'un océan d'eau salée sous sa surface. Callisto a une atmosphère extrêmement mince et est particulièrement exposée au rayonnement intense de Jupiter.
En plus de ces lunes galiléennes, Jupiter possède de nombreuses autres lunes plus petites et moins connues qui orbitent à des distances plus éloignées.
L'influence de la géante Jupiter sur Terre
Jupiter, la plus grande planète de notre système solaire, exerce une influence sur la Terre malgré sa grande distance.
Son immense masse génère une force gravitationnelle puissante qui joue un rôle important dans la stabilité de notre système solaire. En tant que géant gazeux, Jupiter agit comme un bouclier protecteur pour la Terre en attirant et déviant de nombreux objets spatiaux dangereux, tels que des comètes et des astéroïdes, qui pourraient autrement menacer notre planète.
De plus, l'orbite elliptique de Jupiter a un effet gravitationnel sur les autres planètes, y compris la Terre, contribuant à l'équilibre orbital général. Bien que nous ne puissions pas ressentir directement son influence, Jupiter exerce une influence indéniable sur la Terre en jouant un rôle crucial dans la préservation de la stabilité et de la sécurité de notre environnement spatial.
Exploration de la planète Jupiter et de ses lunes
Les sondes Pioneer 10 et Pionner 11 de la NASA, lancées respectivement en 1972 et 1973, ont effectué des survols de Jupiter en 1973 et 1974, fournissant les premières images rapprochées de la planète. Voyager 1 et Voyager 2 de la NASA, lancées en 1977, ont survolés Jupiter en 1979. les deux sondes ont fourni des images détaillées de la planète, notamment la Grande Tache Rouge et d'autres caractéristiques de son atmosphère. Voyager 2 a également survolé les lunes galiléennes de Jupiter, fournissant des données précieuses sur ces satellites naturels.
La mission la plus notable est la sonde spatiale Galileo de la NASA, qui a été lancée en 1989 et a atteint Jupiter en 1995. Galileo a passé près de huit ans à explorer la planète géante et ses lunes. Elle a fourni des données précieuses sur l'atmosphère de Jupiter, sa magnétosphère, son système d'anneaux et ses lunes, notamment Europa, Ganymède, Callisto et Io.
Une autre mission importante est la mission Juno de la NASA, lancée en 2011 et arrivée à Jupiter en 2016. Juno est en orbite polaire autour de Jupiter et étudie en détail son atmosphère, sa structure interne et son champ magnétique. La mission Juno a fourni des informations fascinantes sur la grande tache rouge de Jupiter, les tempêtes atmosphériques, la composition de l'atmosphère et les caractéristiques magnétiques de la planète.
La mission JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) de l'ESA, lancée en 2023, étudiera principalement les lunes glacées de Jupiter : Ganymède, Callisto et Europa. Elle vise à comprendre leur composition, leur structure interne, leur activité géologique, ainsi que leur potentiel d'abriter des océans d'eau liquide et des conditions propices à la vie. JUICE permettra également d'observer Jupiter elle-même, en étudiant son atmosphère, son champ magnétique et son environnement magnétosphérique. La mission fournira des données cruciales pour mieux comprendre l'évolution de ces lunes et de la planète Jupiter. La sonde spatiale doit se placer en orbite autour de Jupiter en juillet 2031.
La NASA prévoit de lancer une mission appelée Europa Clipper en 2024. Elle se concentrera principalement sur l'étude de la lune Europa, soupçonnée d'abriter un océan souterrain liquide et potentiellement des conditions propices à la vie. La mission Europa Clipper effectuera plusieurs survols rapprochés d'Europa pour cartographier sa surface, étudier son atmosphère et analyser sa composition.