Il semble que nous devions à l'astronomeastronome Giovanni Domenico Cassini la découverte de la structure en bandes de la surface de JupiterJupiter. Il est certain en tout cas qu'il a découvert -- avec Robert Hooke -- la Grande Tache rouge, ainsi que la rotation différentielle des bandes de Jupiter, vers la fin du XVII^e siècle. Voilà donc plus de trois siècles qu'est posée la question de la nature de ces structures formées par des ventsvents soufflant à des vitesses et des directions différentes selon la latitudelatitude. Leur étude fera un bond, aussi bien du point de vue des observations que de la théorie, à partir des années 1970 avec les missions Pioneer et surtout Voyager, puis avec les progrès des sciences de l'atmosphèreatmosphère rendus possibles par l'essor des ordinateursordinateurs et des simulations numériquessimulations numériques.

Nous pouvons considérer que c'est à partir de ces années-là que vont se mettre en place deux grandes interprétations de la structure en bandes nuageuses de Jupiter. Le géophysicien états-unien Gareth P. Williams va ainsi transposer en 1975 au cas de Jupiter un modèle numériquemodèle numérique de la circulation atmosphériquecirculation atmosphérique sur Terre, sous l'hypothèse que celle de la géante se produit uniquement dans une mince couche superficielle. Émerge alors effectivement la structure en bandes de la géante comme le montre un documentaire que la BBC a consacré au début des années 1980 aux missions Voyager.

Le géophysicien allemand Friedrich H. Busse s'appuie, lui, sur d'autres hypothèses, notamment sur celle de la convection dans une sphère fluide en rotation chauffée de l'intérieur, ce qui n'est pas sans rappeler la modélisation du noyau fluide de la Terre. Il en dérive l'existence de cylindres emboîtés à l'intérieur de Jupiter dont les limites externes correspondent aux bandes de la planète. Une expérience montrée dans la vidéo ci-dessus illustre ce phénomène.  

Les données fournies par la mission Juno ont finalement permis un progrès décisif dans la compréhension de l'origine de ces bandes, en permettant de trancher sur la question de leur profondeur. Proviennent-elles de structures qui s'étendent très profondément à l'intérieur de Jupiter, ou bien restent-elles superficielles, comme le montrent les publications de plusieurs équipes de chercheurs dans le journal Nature ?

La gravimétrie et l'intérieur de Jupiter

Les planétologues ont en effet joué au même jeu que leurs collègues géophysiciens étudiant la Terre qui ont cartographié précisément le champ de gravitation de notre planète en étudiant les mouvements des satellites. Cela permet de résoudre ce qu'il est convenu en physique mathématique un problème inverse. En l'occurrence, il s'agit de remonter à la distribution de la densité de matièrematière à l'intérieur d'un astreastre et éventuellement comment celle-ci varie au cours du temps. La performance est similaire à celle qui consisterait à déterminer la forme et la composition d'un instrument de musique à partir des sons qu'il peut produire (dans les deux cas, on fait intervenir l'analyse harmonique).

Les mouvements de Juno montrent alors une asymétrie entre les intensités du champ de gravitation dans l'hémisphère nordhémisphère nord et l'hémisphère sudhémisphère sud de Jupiter. L'effet est faible : pour le mettre en évidence, il a fallu des mesures 100 fois plus précises que celles fournies par les précédentes missions (par exemple GalileoGalileo). Mais il suffit pour faire le tri entre des centaines de milliers de modèles de l'intérieur de la planète. Les chercheurs ont alors démontré que les bandes nuageuses de Jupiter s'étendent bien en profondeur, mais à seulement 3.000 km sous la surface de la géante gazeusegéante gazeuse, dont le rayon moyen est d'environ 70.000 km.

Et il est possible d'aller encore un cran plus loin comme l'a montré une équipe menée par Tristan Guillot de l'Université Côte d'Azur, CNRS, Observatoire de la Côte d'Azur. Sous ces jet-streams, la rotation de Jupiter devient uniforme. La raison en est que les températures et les pressionspressions deviennent telles que l'hydrogènehydrogène se ionise. Il se forme alors un fluide chargé sensible à l'intense champ magnétiquechamp magnétique de Jupiter, dont il doit suivre les lignes de champ, lesquelles sont entraînées par la rotation de la planète.

On peut penser que ce qui est valable pour Jupiter l'est aussi pour SaturneSaturne, qui n'a pourtant pas de bandes. Mais la planète aux anneaux étant moins massive, les vents doivent y être beaucoup plus profonds, jusqu'à 9.000 km (pour un rayon moyen est de 58.000 km). Les astrophysiciensastrophysiciens pensent également que ce processus peut être transposé aux naines brunesnaines brunes et aux exoplanètesexoplanètes plus massives que Jupiter, qui devraient donc avoir des couches de jet-streams plus minces.

Cette avancée dans la compréhension des géantes gazeuses s'accompagne d'un nouveau mystère. Avant Juno, l'aspect des pôles de Jupiter restait inconnu. Aujourd'hui, les données fournies par l'instrument Jiram (Jovian Infrared Auroral Mapper) permettent de reconstituer sur ordinateur l'aspect de ces pôles dans cette bande de longueurs d'ondelongueurs d'onde et de sonder les couches nuageuses de Jupiter jusqu'à une profondeur de 50 à 70 kilomètres.

Il apparaît que son pôle nord est dominé par un cyclonecyclone central entouré de huit cyclones circumpolairescircumpolaires dont les diamètres varient de 4.000 à 4.600 km alors que le pôle sud, qui contient également un grand cyclone principal, est entouré par cinq cyclones dont les diamètres varient de 5.600 à 7.000 km. Or, les planétologues ne comprennent pas comment ces tourbillonstourbillons peuvent rester stables et pourquoi ces cortèges n'existent pas autour des vortex uniques des pôles de Saturne.

Jupiter : la sonde Juno transmet des images de cyclones jusque-là insoupçonnés

Article de Jean-Luc GoudetJean-Luc Goudet, publié le 26/05/2017

Le dernier portrait du pôle sud de Jupiter construit avec les images de la sonde Junosonde Juno, de la NasaNasa, montre un extraordinaire paysage de cyclones géants. On savait la grande planète gazeuseplanète gazeuse agitée mais elle l'est encore plus que prévu. Traversant à basse altitude la puissante magnétosphèremagnétosphère, l'engin spatial a découvert un secret jusque-là bien gardé : les aurores polairesaurores polaires sont alimentées depuis les profondeurs de l'atmosphère.

La sonde Juno en est à sa cinquième orbiteorbite autour de Jupiter et ses observations continuent de bousculer nos connaissances sur la géante gazeuse. Aujourd'hui, ce sont les régions polaires qui occupent le devant de la scène. La dernière image publiée par la Nasa (une composition de clichés pris par l'instrument JunoCam) montre le pôle sud.

Même en n'oubliant pas que le contrastecontraste des couleurscouleurs a été renforcé, ce portrait apparaît visuellement superbe et scientifiquement instructif. Elle donne à voir des cyclones en évolution, sans que l'on en connaisse bien la stabilité. Comme les autres observations, elle dessine un portrait de Jupiter bien plus complexe que ce que l'on imaginait, comme nous l'expliquions après les premiers résultats (voir l'article ci-dessous), avec des surprises sur le fonctionnement de son atmosphère, la nature de son noyau interne et la structure de son champ magnétique.

Le pôle sud de Jupiter observé par la sonde Juno alors qu'elle se trouvait à 52.000 km du sommet de l'atmosphère. Les structures ovales sont des cyclones, larges d'un millier de kilomètres pour les plus grands. Cette image est une mosaïque construite avec les photographies réalisées par l'instrument JunoCam lors de trois orbites (pour montrer toutes les régions éclairées par le Soleil). Les couleurs ont été contrastées. Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Betsy Asher Hall et Gervasio Robles

Des cyclones énormes et des aurores polaires dantesques 

Les survolssurvols des pôles de Jupiter ont été riches en surprises (les pôles sont très mal connus puisqu'ils sont peu visibles depuis la Terre), notamment celui du 27 août 2016, à seulement 4.200 km de la planète (des couches supérieures de son atmosphère plus précisément). Ils ont montré un monde chaotique, dominé par l'ammoniacammoniac et très différent des régions polaires de Saturne. Des cyclones y atteignent 1.400 km de diamètre.

Les aurores polaires, dantesques, sont entretenues par de puissants courants d'électronsélectrons qui proviennent non pas de l'espace, comme sur Terre, mais des profondeurs de Jupiter. C'est ce qu'a vu Juno lorsqu'elle a frôlé l'atmosphère. Ces observations viennent de faire l'objet de deux publications dans la revue Science et on en attend 44 dans la revue Geophysical Letters. Les résultats vont donc s'accumuler dans les prochains mois et la Nasa entretient le suspense en rappelant que Juno survolera la Grande Tache rougeGrande Tache rouge le 27 juillet prochain.

Une vue du pôle sud de Jupiter prise par la sonde Juno. Le traitement de Gabriel Fiset, citizen scientist (scientifique citoyen), accentue le contraste entre les différents motifs dans la haute atmosphère. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Gabriel Fiset

Juno transmet des images et des données étonnantes de Jupiter

Article de Xavier DemeersmanXavier Demeersman, publié le 10 mai 2017

Des chercheurs de la mission Juno, autour de Jupiter, ont levé le voile sur les premiers résultats basés sur les quatre orbites accomplis en 300 jours. Ce qui a été observé et mesuré les a plutôt déroutés : la planète géanteplanète géante n'est pas aussi uniforme qu'ils le pensaient. Parallèlement à ces données, les images prises par la sonde nous régalent.

Ces dernières semaines, nous avons beaucoup parlé des plongeons inédits de la sonde Cassini entre Saturne et ses anneaux, une série de passages qui sont réalisés dans le cadre du dernier volet de sa mission, le « Grand Final ». Mais il ne faut pas oublier, quasiment deux fois plus près de nous, à quelque 650 millions de km, la sonde Juno qui, régulièrement, passe au plus près de la planète géante.

Voilà 300 jours que ce vaisseau de la Nasa tourne autour de Jupiter, ce qui lui a laissé le temps de boucler quatre orbites, sur 33. Lors de chacune d'elles, qui lui prennent actuellement 53 jours terrestres, la sonde a pu effectuer des survols rapprochés de la haute atmosphère et l'observer durant six heures. Les images prises avec la JunoCam sont, comme promis et comme vous pouvez vous le constater, magnifiques, la géante gazeuse nous dévoilant son visage avec un niveau de détails sans équivalent.

Quant aux données collectées jusqu'ici par les instruments, elles n'ont pas manqué d'étonner les chercheurs qui travaillent dessus. Plusieurs d'entre eux ont fait le déplacement jusqu'à Vienne, entre le 23 et le 28 avril, pour offrir un premier aperçu des résultats à l'assemblée annuelleannuelle de l'European Geosciences Union.

Superbe ! La lune volcanique Io projette son ombre sur la Grande tache rouge de Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech, Liroma-52

Un monde plus complexe que prévu

« Tout l'intérieur de Jupiter fonctionne différemment de nos modèles » témoigne le directeur scientifique de la mission, Scott Bolton du Southwest Research Institute (SwRI). Beaucoup de surprises, donc, et ce n'est qu'un début. La plus grosse planète du Système solaireSystème solaire, qui fut, par ailleurs, la première à se former il y a près de 4,6 milliards d'années, a encore beaucoup de choses à nous dire.

L'une des découvertes dont ils ont rendu compte concerne l'ammoniac. Ce gazgaz est présent partout dans la haute atmosphère mais les relevés de Juno ont révélé qu'un nuagenuage plus dense ceinture l'équateuréquateur de la planète tandis que dans d'autres régions, les quantités sont bien moindres. D'après les chercheurs, cette hétérogénéité suggère l'existence d'un système météorologique dont le moteur est justement l'ammoniac. « Nous savions qu'il y a un pic à l'équateur, a expliqué Leigh Fletcher (université de Leicester). Mais les nouvelles mesures dans les micro-ondes montrent qu'il plonge vers les abîmes à 300 kilomètres sous le nuage ». Il pourrait donc y avoir un processus météorologique qui s'enfonce et agit plus profondément que prévu.

En outre, les premières données de la sonde laissent entrevoir une structure interne différente de celle, plutôt uniforme, jusqu'ici proposée par les modèles. Tout semble plus complexe. Pour le chercheur, les irrégularités observées trahissent un noyau (sa taille est estimée à 70.000 km) aux contours qui ne seraient pas solidessolides mais mélangés à la couche supérieure, supposée d'hydrogène métallique.

Une grande tempête dans la partie droite, aux latitudes moyennes, se frotte à une zone dominée par d’autres conditions atmosphériques. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Roman Tkachenko

Une planète très tourmentée

Des irrégularités, l'équipe en a vu aussi dans le domaine du champ magnétique, plus puissant que prévu. Une complexité déroutante qu'ils interprètent comme une dynamodynamo à l'œuvre dans des couches moins profondes, peut-être celle, supposée, d'hydrogène métallique, et non au niveau du noyau. « Le champ magnétique de Jupiter est spatialement complexe et il y a des déficits allant jusqu'à 2 gauss ailleurs, a indiqué Jack Connerney, qui travaille pour le Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center de la Nasa. Nous pourrions avoir besoin de beaucoup plus d'orbites pour résoudre ce problème. »

Jupiter est un monde très tourmenté, où les cyclones en mouvement dessinent des motifs fascinants. Certains de ces tourbillons ont la taille de la Terre. Glenn Orton a présenté plusieurs vidéos les montrant avec des détails fins, mais ces images n'ont pas encore été diffusées. Les ovales blancs au niveau des bandes équatoriales australes, peut-être constituées d'un mélange d'ammoniac et d'hydrazinehydrazine, y figurent aussi.

Les aurores polaires enfin vues de près

Enfin, les aurores jupitériennes étaient également à l'honneur. Des images infrarougesinfrarouges ont pu régaler les spécialistes. Grâce à Juno, les chercheurs ont appris qu'elles prennent naissance, aux pôles, dans les régions riches en méthane et d'un ionion contenant trois atomesatomes d'hydrogène (H₃⁺) et où la température se situe entre 500 et 950 kelvinskelvins (environ 230 à 680 °C). Là aussi, on attend avec impatience les vidéos qui ont été réalisées.

Junon, qui avait fait le vœu de voir à travers les nuages de son époux, Jupiter, devrait parvenir à ses fins. Ou presque.

• Les images de cet article ont été traitées par différents contributeurs citoyens. Explorez la galerie ici.

Juno commence à percer les secrets de Jupiter

Article de Xavier Demeersman publié le 08/09/2016

Premiers regards de Juno sur la plus grande planète du Système solaire. Les huit instruments de la sonde spatiale ont commencé à la déshabiller. Pour le directeur de la mission, c'est à peine si on reconnaît Jupiter !

Venue de la Terre pour découvrir ce que la plus grosse planète du Système solaire, Jupiter, a dans le ventre, Juno vient de transmettre sa première moisson de données scientifiques. Arrivée le 4 juillet 2016, elle a bouclé la première des 36 orbites polaires et elliptiques programmées le 27 août. Ce jour-là, elle a survolé le pôle nord de la géante gazeuse à seulement 4.200 km. C'est la première fois que les scientifiques, et aussi le grand public, le découvrent grâce à des images capturées par la caméra dédiée, JunoCam.

Les huit instruments de la sonde spatiale étaient grands ouverts durant les six heures qu'a duré le survol de la planète de son pôle nord à son pôle sud. La totalité des six mégaoctets de données collectées a été transférée jusqu'aux bureaux de l'équipe scientifique, à environ 800 millions de kilomètres de là (40 minutes-lumièrelumière) en l'espace de 36 heures. Bien qu'elles soient en cours d'analyse et de traitement, les chercheurs sont déjà très heureux des premières découvertes.

En terre inconnue : les pôles de Jupiter

« Premier aperçu du pôle nord de Jupiter et il ne ressemble à rien de ce que nous avions vu ou imaginé auparavant, commente le directeur scientifique de la mission, Scott Bolton (Southwest Research Institute). C'est plus bleu là-haut que dans les autres parties de la planète, il y a beaucoup de tempêtestempêtes, ajoute-t-il. Il n'y a aucun signe des bandes latitudinales et de ceintures auxquelles nous sommes habitués ». Pour le chercheur, c'est à peine si on reconnaît Jupiter ! En outre, « nous voyons des signes que les nuages ont des ombres, ce qui indique peut-être qu'ils sont à une altitude plus élevée que d'autres traits caractéristiques ».

L'une des découvertes les plus importantes qui a frappé l'équipe est l'absence d'une structure hexagonale coiffant le pôle de la géante, au contraire de Saturne, deuxième plus grande planète du Système solaire. Jupiter est « vraiment unique », ont-ils insisté.

Sous la peau de Jupiter

Au cours du survol, l'instrument Jiram (Jovian Infrared Auroral Mapper), conçu par l'Agence spatiale italienne, a scanné la planète géante dans l'infrarouge, regardant « sous la peau de Jupiter » comme l'a illustré l'un de ses co-investigateurs, Alberto Adriani, de l'Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali à Rome.

Plusieurs points chaudspoints chauds, jamais vus auparavant, ont ainsi été révélés. Et cerisecerise sur le gâteau : une aurore jovienne australe a enfin été observée. « Maintenant, avec Jiram, nous voyons qu'elle est très lumineuse et bien structurée. Le haut niveau de détails dans les images nous en dira plus sur la morphologiemorphologie des aurores et de la dynamique. »

À l'occasion de ce premier tour, Juno a aussi enregistré les émissionsémissions radio internes de la géante gazeuse. « Jupiter nous parle de la façon dont seuls les mondes géants et gazeux peuvent le faire » résume Bill Kurth, coresponsable de Waves, instrument chargé de détecter la signature des particules énergétiques générant les aurores, les plus puissantes du Système solaire, qui couronnent le pôle nord de Jupiter. « Maintenant, nous allons essayer de comprendre d'où viennent les électrons. »