Jupiter

Jusqu’où les vents qui dessinent les bandes de Jupiter se prolongent-ils sous les nuages ?

Les bandes de Jupiter ne sont pas un motif formé par des nuages immobiles soigneusement alignés. De puissants vents d’est en ouest, soufflant en sens opposés, séparent les zones claires des ceintures sombres. Les mesures de la gravité réalisées par la sonde Juno montrent que ces vents se prolongent sur environ 3 000 km sous les nuages visibles.

Les bandes visibles sur les photographies correspondent à la couche nuageuse la plus externe de l’atmosphère de Jupiter. Comme la planète ne possède aucune surface solide sur laquelle on pourrait se tenir, les chercheurs prennent le sommet des nuages comme point de référence pour la profondeur. « 3 000 km sous les nuages » ne signifie donc pas que la couleur des bandes descend aussi loin, mais que le mouvement des vents qui les forment se poursuit jusqu’à cette profondeur.

• Environ 9 heures 56 minutes Le temps nécessaire à Jupiter pour effectuer une rotation
• Environ 3 000 km La profondeur atteinte sous les nuages par les vents est-ouest qui forment les bandes
• Environ 300 km La profondeur estimée de la Grande Tache rouge grâce aux observations en micro-ondes
• 8 au pôle Nord · 5 au pôle Sud Le nombre de cyclones géants entourant la tempête centrale de chaque pôle

Comment une rotation rapide produit-elle de longues bandes ?

Jupiter tourne plus vite que toutes les autres planètes du Système solaire. La chaleur qui remonte de l’intérieur fait monter les gaz de l’atmosphère, tandis que les gaz refroidis redescendent. Sous l’effet de la rotation rapide, les mouvements orientés vers le nord ou le sud se courbent vers l’est ou l’ouest. Des courants-jets soufflant en sens opposés s’installent alors côte à côte et forment de longues bandes. On ne comprend toutefois pas encore entièrement comment ces courants apparaissent et se maintiennent aussi longtemps.

Juno ne s’est pas contentée de photographier les nuages. Son instrument à micro-ondes a étudié l’ammoniac et la température sous leur sommet, tandis que les signaux radio échangés avec la Terre ont permis de mesurer d’infimes variations de la vitesse de la sonde. Les vents profonds déplacent légèrement la masse à l’intérieur de Jupiter et laissent une signature dans son champ de gravité. En calculant cette signature, les chercheurs ont conclu que les courants-jets descendent à environ 3 000 km sous les nuages.

Quelle est la profondeur de la Grande Tache rouge ?

La Grande Tache rouge est une immense tempête de haute pression observée au moins depuis les années 1830. Elle existe depuis très longtemps, sans pour autant rester figée. La comparaison d’observations réalisées à différentes époques montre que sa largeur a progressivement diminué et que son contour comme sa couleur continuent de varier. Ce n’est pas une tache fixée sur Jupiter, mais un phénomène météorologique toujours en évolution.

L’instrument à micro-ondes de Juno a suivi la structure des températures sous la Grande Tache rouge et estimé la profondeur de la tempête à environ 300 km. Lors d’autres survols rapprochés, la sonde a également mesuré les très faibles variations de gravité provoquées par la tache. Les chercheurs qui ont analysé ces données estiment que la différence de répartition de masse due à la tempête ne se prolonge probablement pas au-delà d’environ 500 km sous les nuages. La Grande Tache rouge est bien plus profonde que les océans terrestres, mais moins que les courants-jets qui atteignent environ 3 000 km.

Aux pôles de Jupiter, le spectacle est très différent. Au nord, huit cyclones géants entourent une tempête centrale ; au sud, ils sont cinq. Vues depuis la Terre, les régions polaires étaient difficiles à observer, car Jupiter se présentait de côté. En passant au-dessus des deux pôles, Juno a photographié pour la première fois cette disposition en détail. La raison pour laquelle ces énormes tempêtes conservent aussi longtemps leur espacement fait encore l’objet de recherches.

Les bandes et la Grande Tache rouge des photographies de Jupiter ne sont pas des motifs gravés sur une surface. Elles montrent, à un instant donné, une atmosphère qui se déplace dans différentes directions et à différentes profondeurs.

Sans surface solide, comment connaître l’intérieur de Jupiter ?

Plus on s’enfonce dans Jupiter, plus la pression et la température augmentent, ce qui modifie les propriétés de l’hydrogène. À l’extérieur, il se comporte comme un gaz ; plus en profondeur, il s’écoule davantage comme un liquide et devient de l’hydrogène métallique conducteur d’électricité. Il n’existe pas de plancher net où le gaz s’arrêterait pour laisser place au liquide. Depuis la couche nuageuse visible jusqu’au centre, l’état de la matière change progressivement.

Lorsque Juno passe près de Jupiter, elle mesure avec précision l’accélération et le ralentissement de la sonde. Si la masse n’est pas répartie uniformément à l’intérieur de la planète, la force qui attire Juno varie très légèrement selon sa position. Le calcul de ces variations permet d’estimer où les éléments lourds sont concentrés.

Les mesures indiquent que les matériaux constituant les roches et les glaces ne sont peut-être pas rassemblés uniquement au centre sous la forme d’une petite sphère dure. Une partie des éléments lourds pourrait être largement mélangée à l’hydrogène environnant, ce qui brouillerait la limite entre le noyau et les couches externes. Les chercheurs parlent de « noyau dilué » ou de « noyau flou ». Cela ne signifie pas que Jupiter n’a pas de noyau, mais que sa région centrale est plus complexe que la succession de couches simples présentée dans les manuels.

La structure interne de Jupiter n’est pas une coupe photographiée directement. Elle est déduite de modèles qui doivent expliquer à la fois le champ gravitationnel, le champ magnétique et la composition de l’atmosphère. Plusieurs interprétations de la taille du noyau et de la répartition des éléments lourds restent donc possibles.

Comment le champ magnétique de Jupiter a-t-il modifié la trajectoire de Juno ?

L’hydrogène métallique des profondeurs conduit l’électricité. Lorsque cette matière se déplace pendant la rotation rapide de Jupiter, elle agit comme une immense génératrice qui produit des courants électriques et un champ magnétique. Les mesures de Juno montrent que ce champ ne ressemble pas à celui d’un simple aimant droit : son intensité et sa direction varient fortement d’une région à l’autre.

Ce puissant champ piège les particules chargées et crée de dangereuses ceintures de rayonnement autour de Jupiter. Pour ne pas y rester trop longtemps, Juno suit une orbite très allongée : elle s’éloigne fortement de la planète avant de s’en rapprocher brièvement au-dessus des pôles Nord et Sud. Ses équipements électroniques sont protégés dans une épaisse chambre en titane. Cette trajectoire particulière lui permet d’observer les tempêtes polaires et de mesurer la gravité et le magnétisme au cours des mêmes passages rapprochés.

Que montrent réellement les photographies de Jupiter ?

Si l’on prend les zones claires et les ceintures sombres d’une photographie pour les couleurs d’une surface solide, on passe à côté des mouvements de Jupiter. Des vents de sens opposés soufflent de part et d’autre des limites entre les bandes, tandis que la taille et la forme de la Grande Tache rouge évoluent avec le temps. Les différences entre les nuages d’une image à l’autre prouvent que Jupiter est un monde atmosphérique en perpétuelle transformation.

Plutôt qu’une caméra éclairant directement le dessous des nuages, Juno a réuni trois indices distincts : les micro-ondes, la gravité et le magnétisme. Ils ont révélé que les vents à l’origine des bandes s’enfoncent sur des milliers de kilomètres, que la Grande Tache rouge est moins profonde et que les éléments lourds pourraient être largement mélangés dans la région centrale. Apprendre à lire l’apparence de Jupiter, c’est aussi découvrir l’intérieur que nous ne pouvons pas voir.

Sources

• NASA Science — Jupiter Facts
• NASA Science — Juno Mission
• NASA Science — Juno Probes the Great Red Spot
• Nature — Jupiter’s Atmospheric Jet Streams Extend Thousands of Kilometres Deep
• Science — Microwave Observations of Jupiter’s Atmospheric Vortices
• Science — The Depth of Jupiter’s Great Red Spot
• Nature — Clusters of Cyclones Encircling Jupiter’s Poles