Planète géante gazeuse la plus massive du système solaire

Symbole
Découvreur / Date de découverte Inconnu / Antiquité
Rayon(équatorial) 71 492 km (11,21 Terres)
Masse 1,8986×1027 kg (317,80 Terres)
Période de rotation (jour sidéral) 0,41351 jour (~ 9 h 55 min)
Période de révolution 4 335,3545 jours (11,862 ans)
Aphélie 816 620 000 km (5,46 ua)
Périhélie 740 520 000 km (4,95 ua)
Température moyenne (surface) 152°K = - 121°C
Satellites connus 63
Approfondir avec WIKIPEDIA Photojournal NASA
Planète géante gazeuse la plus massive du système solaire
Sa masse, 1,9x1027 kg (c'est-à-dire un millième de la masse du Soleil ou 318 fois celle de la Terre), représente 70 % de la masse
totale du cortège planétaire. Dans l'ordre d'éloignement croissant par rapport au Soleil, cette planète vient au 5e rang, après les 4
planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre, Mars).
Le rayon planétaire, défini au niveau de pression de 1 atm (environ 100 000 pascals), est de 71 400 km. À cause de la rotation
rapide (le noyau planétaire tourne sur lui-même en 9 h 55 min), le rayon polaire est de 6,5 % inférieur au rayon équatorial. Le
champ gravitationnel est 2,5 fois plus intense que sur Terre. L'orbite de Jupiter est quasi circulaire (excentricité de 0,047), de rayon
égal à 5,2 unités astronomiques (soit 5,2 fois le demi-grand axe de l'orbite terrestre), parcourue en 11 ans et 314 jours, très peu
inclinée sur l'écliptique.
Observation
À l'œil nu, Jupiter apparaît comme un point très lumineux (magnitude moyenne de - 2,2) qui, contrairement aux étoiles, ne scintille
pas. Une paire de jumelles suffit pour distinguer le disque planétaire (en moyenne 40” d'arc de diamètre), entouré du ballet des 4
satellites galiléens. Un télescope ou une lunette de bonne qualité sont nécessaires pour bien observer les bandes parallèles à
l'équateur, ainsi que la grande tache rouge. Les anneaux de la planète ne sont visibles qu'avec les plus grands des télescopes
professionnels, et uniquement en lumière infrarouge.
Exploration par des sondes
Pioneer 10 (vue d'artiste)
Les sondes interplanétaires Pioneer 10 et 11, dans les années 1970, Voyager 1 et 2, en 1979 et 1980, Galileo, depuis 1995 et
jusque fin 1997, ont fourni des observations d'une précision inégalable depuis la Terre. La sonde Voyager 1 a découvert l'anneau ;
ce sont les mesures du champ gravitationnel ressenti par les sondes qui ont révélé la présence du noyau planétaire. Contrairement
aux sondes précédentes, qui ont survolé très rapidement la planète et le cortège de satellites, Galileo a été satellisé autour de
Jupiter, et un module a plongé dans l'atmosphère, mesurant pour la première fois in situ le profil de température et la composition,
jusque vers le niveau de pression 22 bar (ou 22x105 pascals), inaccessible à l'observation directe depuis la Terre.
Structure et composition
Jupiter a une immense atmosphère, principalement constituée d'hydrogène et d'hélium. Seule une petite région centrale, d'un
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rayon approximativement égal au dixième du rayon total, est constituée d'éléments plus denses.
Parler de surface planétaire est donc un abus de langage, d'autant plus que l'aspect de la planète dépend de façon essentielle de
la longueur d'onde d'observation. Les couches accessibles à l'observation peuvent être divisées en plusieurs niveaux : par altitude
croissante, on rencontre dans la troposphère, où la température décroît avec l'altitude, les nuages d'eau, d'hydrogénosulfure
d'ammonium et d'ammoniac, entre les niveaux de pression 3 et 0,3 bar. La température est minimale à la tropopause (120 K, pour
environ 0,1 bar), puis réaugmente dans la stratosphère.
Les observations spectroscopiques à haute résolution menées depuis la Terre ont permis l'identification de nombreux éléments
présents dans l'atmosphère jovienne. Les éléments les plus abondants, après l'hydrogène et l'hélium, apparaissent sous forme de
molécules de méthane CH4, d'ammoniac NH3 et d'eau H2O. Le germane GeH4 et la phosphine PH3 ont également été repérés.
Les gaz rares (néon, argon, krypton) sont présents. L'abondance en deutérium (hydrogène lourd, dont le noyau est constitué d'un
neutron en plus du proton) est environ d'un atome de deutérium pour 20 000 atomes d'hydrogène : sa mesure est un facteur
cosmogonique extrêmement précieux.
Les cristaux de glace
Les impressionnants contrastes de couleurs de la troposphère jovienne proviennent sûrement de cristaux de glace présents dans
les nuages (glaces d'ammoniac et d'hydrogénosulfure d'ammonium), qui réfléchissent la lumière solaire différemment selon la
longueur d'onde. Il faut néanmoins garder à l'esprit que la plupart des images de Jupiter sont présentées avec un traitement des
couleurs accentuant très fortement les contrastes.
L'hydrogène
L'idée que Jupiter est une " étoile ratée " doit définitivement être abandonnée. Sa masse est trop petite (treize fois) pour que le
deutérium puisse être " brûlé " ou, plus exactement, qu'il puisse fusionner pour donner de l'hélium et de l'énergie. La combustion
du deutérium correspond à l'état d'étoile " naine brune ". Il faudrait que la masse de Jupiter soit 80 fois plus importante pour que
l'hydrogène fusionne, propriété des étoiles. En revanche, l'hydrogène moléculaire H2 ne peut pas rester stable aux très hautes
pressions qui règnent au sein de la planète (jusque 100 millions de fois la pression atmosphérique terrestre). Les modèles
théoriques prévoient la dissociation de l'hydrogène moléculaire en hydrogène métallique à 1,3 million de bar, vers 0,85 rayon
jovien du centre. L'hydrogène devient conducteur, d'où cette dénomination métallique, chaque électron n'étant plus fortement lié au
noyau de l'atome. Cet état de la matière est appelé couramment un plasma.
L'hélium
Il est le deuxième constituant principal de la planète. On a longtemps cru, jusqu'aux mesures in situ de la sonde Galileo, que
l'hélium était proportionnellement moins abondant dans Jupiter que dans le Soleil. Mais la mesure de Galileo est à peine inférieure
à l'abondance de l'hélium solaire, soit 24 % par masse. Une telle abondance est en accord avec les prédictions cosmogoniques qui
favorisent le scénario de nucléation pour la formation de Jupiter. Initialement, la proto-planète jovienne s'est constituée par
accrétion autour d'un noyau composé d'éléments lourds (fer, silicium, eau, méthane, ammoniac). En une deuxième étape, le
noyau, ayant atteint une masse critique, a provoqué l'effondrement des éléments légers de la nébuleuse primitive, qui ont alors
constitué l'enveloppe fluide.
De profonds mouvements animent l'enveloppe fluide de la planète.
La tache rouge et les bandes
La grande tache rouge reste une structure atmosphérique inexpliquée. Il s'agit d'un anticyclone dont la durée de vie dépasse 300
ans (sa forme n'a guère varié depuis sa première observation). L'explication d'une telle longévité trouve sûrement sa source dans
un profond enracinement au sein de l'atmosphère jovienne. Comme l'indique la structure en bandes, visible depuis la Terre et
mieux documentée par les sondes, des vents zonaux, circulant parallèlement à l'équateur, et allant jusqu'à 200 km/h, dominent la
circulation globale. La circulation méridienne permet toutefois des échanges thermiques conséquents, car les températures polaire
et équatoriale sont très semblables.
Son énergie et son magnétisme
Jupiter émet 70 % d'énergie en plus de celle reçue du Soleil. Cet excès d'énergie provient essentiellement des origines du système
solaire : Jupiter n'a pas encore eu le temps de se refroidir depuis sa formation, il y a 4,5 milliards d'années. Ce sont les
mouvements de convection qui extraient cette énergie vers l'extérieur de la planète.
Un effet dynamo au sein de la structure interne, fluide et conductrice, crée un champ magnétique puissant (environ 20 fois celui de
la Terre), de structure dipolaire. Ce champ est à l'origine des émissions en onde radio de la magnétosphère jovienne.
On observe également sur Jupiter des aurores polaires, créées par la chute d'ions et d'électrons qui tourbillonnent autour des
lignes de champs.
Jupiter
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La ceinture d'astéroïde et les comètes
Par sa masse, Jupiter gouverne la ceinture des astéroïdes qui errent entre l'orbite de Mars et la sienne : la planète géante a
empêché leur agrégation, qui aurait pu conduire à une cinquième planète tellurique. Les petites planètes troyennes
l'accompagnent sur son orbite, en avance ou en retard de 60 degrés. Enfin, Jupiter intercepte, voire capture, des comètes dans
leur mouvement autour du Soleil. La fréquence des collisions est estimée à environ un événement par siècle. Le dernier remonte à
juillet 1994 : une vingtaine de fragments de la comète Shoemaker-Lévy 9, découverte en mars 1993, se sont écrasés dans la
troposphère jovienne. L'étude de sa trajectoire de mars 1993 à juillet 1994 a permis de retracer l'histoire de la comète : la capture
par Jupiter a eu lieu vers les années 1930 et la fragmentation remonte à juillet 1992, lors de son passage au périjove (lieu de la
trajectoire le plus proche de la planète).
Son cortège de satellites et son anneau
C'est en 1610 que Galilée découvre les quatre plus gros satellites, dits galiléens. Cette observation concourt à ôter au Soleil son
statut de centre du monde. En 1675, l'observateur danois Olaüs Rømer propose une première mesure de la vitesse de la lumière
dans le vide : il a mesuré les avances ou retards des éclipses des satellites en fonction de la position de Jupiter par rapport à la
Terre et en a déduit que la propagation de la lumière ne pouvait pas être infiniment rapide.
Aujourd'hui, les principales données concernant les satellites proviennent des sondes interplanétaires. Des mesures accessibles
depuis la Terre définissent les grandes lignes de leur morphologie : la densité moyenne révèle, selon qu'elle est plus ou moins
grande, les parts relatives de roches et de glaces dans la constitution interne ; l'albédo indique la nature de la surface. Par leur
taille, Io et Europe sont semblables à la Lune, Ganymède et Callisto à la planète Mercure. Exprimées en fonction du rayon de
Jupiter, leurs distances moyennes à Jupiter valent respectivement 5,8 - 9,4 - 15,0 et 26,3.
Io
Des quatre satellites galiléens, Io se distingue par son activité volcanique, propriété qu'il ne partage à l'heure actuelle qu'avec la
Terre (mais d'autres corps, Mars, par exemple, présentent des traces de volcanisme ancien). Cette activité est due au
réchauffement permanent de l'intérieur de Io, provoqué par les effets de marée dans le champ gravitationnel de Jupiter. En effet,
l'orbite de Io est perturbée par celles d'Europe et de Ganymède, qui orbitent autour de Jupiter avec des périodes respectivement
très proches du double et du quadruple de celle de Io (1,77 jour). Plusieurs volcans émaillent la surface de Io. Leur morphologie
est comparable à celle des volcans terrestres (cône montagneux, caldeira, coulées, etc.). La comparaison des images prises par
Galileo avec celles des Voyager 1 et 2 montre combien la topographie des cônes volcaniques a changé en un laps de temps d'à
peine 16 ans. L'activité volcanique intense projette de la matière, essentiellement du soufre, de l'oxygène et du sodium, à plus d'un
millier de kilomètres d'altitude, matière qui se retrouve le long de l'orbite du satellite et interagit avec le champ magnétique
planétaire.
Enfin, l'activité volcanique a effacé toute trace de cratère à la surface de Io.
Europe
Ce satellite est constitué d'un noyau rocheux entouré d'une gangue de glace, très réfléchissante. La surface est dominée par un
enchevêtrement de fractures étroites et sombres. Le très faible nombre de cratères indique la relative jeunesse de cette surface.
Les analyses des images prises par Galileo vont permettre une étude détaillée, les plus petits détails visibles ayant une taille de
quelques dizaines de mètres.
Ganymède
La surface de Ganymède présente deux types de terrains, sombres et morcelés de cratères d'impacts météoritiques ou clairs et
cannelés. Ces cannelures sont sûrement dues à des plissements et à des extensions de la croûte de glace. En 1996, le survol
rapproché effectué par Galileo a permis d'acquérir des images de la surface de Ganymède avec une résolution de 10 m, révélant
des champs de blocs de glace.
Callisto
La surface de Callisto est criblée d'impacts, mais sans grand cratère. La croûte de glace subissant un gros impact a certainement
fondu et n'en a donc pas gardé la mémoire, contrairement à la surface lunaire, rocheuse, par exemple. L'albédo est bien inférieur à
celui d'Europe et de Ganymède : la surface de Callisto est de loin la plus primitive parmi celles des satellites galiléens.
Ses autres satellites
Hormis les 4 satellites galiléens, 59 autres satellites connus orbitent autour de Jupiter. Seul Amalthée présente des dimensions
supérieures à 100 km. Sa masse est trop petite pour que sa forme soit sphérique.
Son anneau
Il n'a pas le caractère majestueux de celui de Saturne. Il comprend trois éléments : un anneau lumineux, un disque diffus et un
halo. L'anneau lumineux a une largeur d'environ 6 000 km, son bord extérieur, aux contours nets, est environ 57 000 km au-dessus
des nuages. Dans sa zone la plus externe, on distingue une bande plus lumineuse d'environ 600 km de large. Extrêmement ténue,
son épaisseur est inférieure à 30 km. L'anneau est composé de particules d'une taille allant du micromètre au centimètre, qui ne
réfléchissent pas plus du millionième de la lumière incidente. Le disque diffus s'étend du bord intérieur de l'anneau jusque vers
l'atmosphère de la planète et est entouré par un halo plus épais.
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