Pendant des siècles, les astronomes ont observé la surface tourbillonnante de Jupiter et ont été impressionnés et mystifiés par son apparence. Le mystère ne s’est creusé que lorsque, en 1995, Galileo le vaisseau spatial a atteint Jupiter et a commencé à étudier son atmosphère en profondeur. Depuis ce temps, les astronomes se sont interrogés sur ses bandes colorées et se sont demandé s'il ne s'agissait que d'un phénomène de surface ou de quelque chose qui va plus loin.
Grace à Juno vaisseau spatial, qui orbite autour de Jupiter depuis juillet 2016, les scientifiques sont maintenant beaucoup plus près de répondre à cette question. La semaine dernière, trois nouvelles études ont été publiées sur la base de Juno des données qui ont présenté de nouvelles découvertes sur le champ magnétique de Jupiter, sa rotation intérieure et la profondeur de ses ceintures. Toutes ces découvertes révisent ce que les scientifiques pensent de l’atmosphère de Jupiter et de ses couches internes.
Les études étaient intitulées «Mesure du champ de gravité asymétrique de Jupiter», «Les jets atmosphériques de Jupiter s'étendent sur des milliers de kilomètres de profondeur» et «Une suppression de la rotation différentielle dans l'intérieur profond de Jupiter», tous publiés dans La nature le 7 mars 2018. Les études ont été dirigées par le professeur Luciano Iess de l'Université Sapienza de Rome, la deuxième par le professeur Yohai Kaspi et le Dr Eli Galanti de l'Institut Weizmann des sciences, et la troisième par le professeur Tristan Guillot du Observatoire de la Côte d'Azur.
L'effort de recherche a été dirigé par le professeur Kaspi et le Dr Galanti, qui en plus d'être les principaux auteurs de la deuxième étude étaient co-auteurs des deux autres. Le couple se préparait à cette analyse avant même Juno lancés en 2011, au cours desquels ils ont construit des outils mathématiques pour analyser les données du champ gravitationnel et mieux comprendre l'atmosphère de Jupiter et sa dynamique.
Les trois études étaient basées sur des données recueillies par Juno comme il passait d'un des pôles de Jupiter à l'autre tous les 53 jours - une manœuvre connue sous le nom de «perijove». À chaque passage, la sonde a utilisé sa suite avancée d'instruments pour scruter sous les couches superficielles de l'atmosphère. De plus, les ondes radio émises par la sonde ont été mesurées pour déterminer comment elles étaient déplacées par le champ gravitationnel de la planète à chaque orbite.
Comme les astronomes l'ont compris depuis un certain temps, les jets de Jupiter coulent en bandes d'est en ouest et d'ouest en est. Dans le processus, ils perturbent la distribution uniforme de la masse sur la planète. En mesurant les changements dans le champ de gravité de la planète (et donc ce déséquilibre de masse), les outils analytiques du Dr Kaspi et du Dr Galanti ont pu calculer la profondeur des tempêtes sous la surface et à quoi ressemble la dynamique intérieure.
Surtout, l'équipe s'attendait à trouver des anomalies en raison de la façon dont la planète s'écarte d'être une sphère parfaite - ce qui est dû à la façon dont sa rotation rapide l'écrase légèrement. Cependant, ils ont également recherché des anomalies supplémentaires qui pourraient s'expliquer par la présence de vents puissants dans l'atmosphère.
Dans la première étude, le Dr Iess et ses collègues ont utilisé un suivi Doppler précis du Juno vaisseau spatial pour effectuer des mesures des harmoniques de gravité de Jupiter - à la fois paires et impaires. Ce qu’ils ont déterminé, c’est que le champ magnétique de Jupiter a une asymétrie nord-sud, ce qui indique les flux intérieurs dans l’atmosphère.
L'analyse de cette asymétrie a été suivie dans la deuxième étude, où le Dr Kaspi, le Dr Galanti et leurs collègues ont utilisé les variations du champ de gravité de la planète pour calculer la profondeur des jets est-ouest de Jupiter. En mesurant comment ces jets provoquent un déséquilibre dans le champ de gravité de Jupiter, et même perturbent la masse de la planète, ils ont conclu qu'ils s'étendent jusqu'à une profondeur de 3000 km (1864 mi).
À partir de tout cela, le professeur Guillot et ses collègues ont mené la troisième étude, où ils ont utilisé les résultats précédents sur le champ gravitationnel et les courants-jets de la planète et comparé les résultats aux prédictions des modèles intérieurs. À partir de cela, ils ont déterminé que l'intérieur de la planète tourne presque comme un corps rigide et que la rotation différentielle diminue plus bas.
En outre, ils ont constaté que les zones de flux atmosphérique s'étendaient entre 2000 km (1243 mi) et 3500 km (2175 mi) de profondeur, ce qui était cohérent avec les contraintes obtenues à partir des harmoniques gravitationnelles impaires. Cette profondeur correspond également au point où la conductivité électrique deviendrait suffisamment grande pour que la traînée magnétique supprime la rotation différentielle.
Sur la base de leurs résultats, l'équipe a également calculé que l'atmosphère de Jupiter constitue 1% de sa masse totale. À titre de comparaison, l'atmosphère terrestre représente moins d'un millionième de sa masse totale. Pourtant, comme l'expliquait le Dr Kaspi dans le communiqué de presse de l'Institut Weizzmann, c'était plutôt surprenant:
«C'est beaucoup plus que quiconque ne le pensait et plus que ce qui a été connu des autres planètes du système solaire. C'est essentiellement une masse égale à trois Terres se déplaçant à des vitesses de dizaines de mètres par seconde. »
Tout compte fait, ces études ont jeté un nouvel éclairage sur la dynamique atmosphérique et la structure intérieure de Jupiter. À l'heure actuelle, le sujet de ce qui réside au cœur de Jupiter n'est toujours pas résolu. Mais les chercheurs espèrent analyser de nouvelles mesures effectuées par Juno pour voir si Jupiter a un noyau solide et (si oui) pour déterminer sa masse. Cela, à son tour, aidera les astronomes à en apprendre beaucoup sur l'histoire et la formation du système solaire.
En outre, Kaspi et Galanti cherchent à utiliser certaines des mêmes méthodes développées pour caractériser les jets de Jupiter pour s'attaquer à sa caractéristique la plus emblématique - le Great Red Spot de Jupiter. En plus de déterminer la profondeur de cette tempête, ils espèrent également savoir pourquoi cette tempête a persisté pendant tant de siècles et pourquoi elle a sensiblement diminué ces dernières années.
La mission Juno devrait se terminer en juillet 2018. À moins de prolongation, la sonde effectuera une désorbitation contrôlée dans l'atmosphère de Jupiter après avoir effectué le périjove 14. Cependant, même après la fin de la mission, les scientifiques analyseront les données collectées. pour les années à venir. Ce que cela révèle sur la plus grande planète du système solaire contribuera également beaucoup à mieux comprendre le système solaire.
