Jupiter : planète géante dépourvue de surface solide, protectrice du Système solaire

Un mini système solaire raté
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Jupiter : planète géante dépourvue de surface solide, protectrice du Système solaire
Crédits : 3quarks/iStock

Jupiter occupe une place à part dans notre Système solaire puisqu'il s‘agit de la première et de la plus imposante des quatre planètes gazeuses. Sa masse a d'ailleurs une influence sur l’ensemble des planètes. Elle aurait presque pu devenir un mini système à elle seule.

Jupiter tourne très vite sur elle-même et une « journée » n'y dure qu’un peu moins de dix heures. Plus on s’éloigne du Soleil, plus la période de révolution sidérale (c’est-à-dire le temps nécessaire pour faire le tour de l'étoile) est long : on passe ainsi d’un an sur la Terre à presque deux sur Mars et plus de onze pour Jupiter.

Sa masse est de 1,9 x 10^27 kg, soit 318 fois plus que celle de la Terre et « plus de deux fois supérieure à celle de la totalité des autres planètes du Système solaire », explique l’ESA (Agence spatiale européene). Sa masse est telle que le barycentre Jupiter-Soleil se trouve juste au-dessus de la surface de notre étoile.

Pour l’ensemble des autres planètes, il est dans le Soleil. Ce n'est pas la seule spécificité de Jupiter, loin de là.

Lire notre dossier sur le Système solaire :

Une planète sans surface solide… comment fixe-t-on le niveau 0 ?

S’agissant d’une géante gazeuse, elle ne possède pas de surface solide… ce qui n’est pas sans poser un problème lorsqu’il s’agit de parler d’altitude ou de profondeur.

« Par convention, on attribue l’altitude 0 m au niveau de pression 1 bar, soit à peu près la pression au niveau de la mer sur Terre », explique Doriann Blain dans sa thèse sur son atmosphère. Pierre Drossart (chercheur en planétologie à l’Observatoire de Paris), explique de son côté que lors d'une descente « on ne rencontrerait pas comme sur les planètes terrestres une surface solide, mais on s’enfonce dans un fluide de plus en plus épais ».

À défaut d’un plongeon dans Jupiter, la NASA propose une visualisation interactive en 3D de la planète.

Jupiter, une géante protectrice des huit « royaumes »

C’est la plus grande planète du Système solaire, avec un diamètre moyen de 142 984 km. Son volume est 1 317 fois plus important que la Terre. Dans la mythologie, son nom est donné au Dieu du ciel. C’est un peu le cas ici puisqu’il s’agit du plus grand et lourd corps céleste du Système solaire, après le Soleil bien évidemment.

Conséquence mathématique : la densité est près de cinq fois inférieure à celle de notre planète. Comparé à l’eau (densité 1), Jupiter est à 1,33 (la Terre à 5,515) ; il y a pire avec Saturne à 0,69 (elle flotterait donc sur l’eau). N’allez pour autant pas croire que la pesanteur y soit faible (elle dépend de la masse) : elle est 2,53 fois plus importante que sur Terre, une personne de 70 kg pèserait ainsi 177 kg.

En plus d’être très lourd, on aurait bien froid puisque la température moyenne est de -145°C à la « surface ».

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La Terre (et la Lune) à côté de Jupiter, avec une mise à l’échelle. Crédits : NASA / Public domain

Les importantes masse et gravité de Jupiter lui confèrent une position à part, avec une influence globale dans notre Système solaire, comme l’explique le National Geographic : « Au cours des premiers jours du Système solaire, Jupiter ayant été la première planète à se former, a attiré et détruit les débris spatiaux qui auraient permis aux autres planètes de grossir. Aujourd‘hui, cette force peut servir de bouclier en attirant les comètes et les astéroïdes sur la surface même de Jupiter, les empêchant de s’écraser sur les planètes intérieures, telles que la Terre ».

Un exemple en 1994 : des fragments de la comète Shoemaker-Levy 9 se sont écrasés sur Jupiter. 90 minutes après l’impact du plus gros morceau, une photo a été prise par une sonde spatiale. Le phénomène est cataclysmique à l’échelle de la Terre : il « libéra une énergie équivalente à six millions de mégatonnes de TNT (six cents fois l'arsenal nucléaire mondial) », explique le Palais de la Découverte.

De l’hydrogène métallique liquide « dans » Jupiter

Mais que trouve-t-on à « l’intérieur » de cette planète ? Le Palais de la Découverte donne des explications :

« En partant de l’extérieur, on trouve d’abord une épaisse coquille gazeuse d’hydrogène moléculaire (H2) et d’hélium (He) sous laquelle existerait une vaste zone où l’hydrogène présenterait un comportement bien singulier : sous l’effet d’une pression toujours plus forte, l’hydrogène moléculaire se dissocierait, s’ioniserait et deviendrait conducteur. Cette forme exotique de l’hydrogène, appelée hydrogène métallique, serait à l’origine du puissant champ magnétique jovien. Enfin, au centre de Jupiter existerait un noyau rocheux [pouvant dépasser les 20 000 °C, ndlr] entouré par de la glace, mais son existence n’est pas prouvée. »

Les recherches continuent afin de caractériser précisément le centre de Jupiter et de nouvelles découvertes sont régulièrement annoncées. Le laboratoire Lagrange (unité mixte de recherche de l’Observatoire de la Côte d’Azur, du CNRS et de l'Université Côte d'Azur), expliquait il y a trois ans que « Jupiter ne serait pas comme nous l'avions imaginé ». En fait, l’intérieur de la planète serait « plus complexe que ce qui était imaginé jusqu’à présent, avec un noyau qui pourrait être partiellement dilué dans l’enveloppe ».

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Crédits : Palais de la Découverte

Une atmosphère « animée », avec une Grande Tache Rouge

L’atmosphère est principalement composée de deux gaz : 86 % de dihydrogène et 13 % l’hélium. D‘un point de vue thermique, elle comprend trois couches principales : troposphère, stratosphère et thermosphère.

Doriann Blain les détaille à la 14e page de sa thèse. L’atmosphère s’élève « vers le haut sur près de 5 000 km jusqu’à se fondre dans l’espace interplanétaire ». On y retrouve d’épais nuages qui « forment des bandes de couleurs différentes qui présentent des circulations alternées. De plus, les vents sont très violents et atteignent fréquemment la vitesse de 360 km/h ». Il y a également une « tache » qui fait couler beaucoup d’encre.

Se démarquant nettement sur les photos, elle est simplement baptisée « la Grande Tache Rouge ». Il s’agit d’une gigantesque tempête où les vents peuvent dépasser les 700 km/h. Elle dure depuis plus de 300 ans et sa taille fait deux fois celle de la Terre. Une animation de ce phénomène est disponible ici.

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Crédits : NASA, ESA, A. Simon et M.H. Wong 

Des anneaux de poussière sombres comme du charbon

Largement moins connu que ceux de Saturne, Jupiter possède néanmoins « un anneau de poussières invisible depuis la Terre, de plus de 100 000 km de largeur, qui a été découvert par la sonde spatiale Voyager » il y a plus de 40 ans, explique l’Agence spatiale européenne. Ils sont « sombres comme du charbon », ce qui explique qu’il est si difficile de les détecter, contrairement à ceux de Saturne constitués de glace.

Ils sont composés de particules « dont les tailles sont comparables à celles des particules composant la fumée de cigarette ». Cet anneau perdrait continuellement de la matière, mais serait réapprovisionné « par des poussières issues de collisions entre des météorites et les quatre satellites les plus internes de Jupiter ».

Il serait d’ailleurs plus juste de parler des anneaux de Jupiter, car ils sont quatre. Il y a tout d’abord halo, le plus proche de la planète, avec une forme de tore et une épaisseur d'environ 30 000 km. Vient ensuite l’anneau principal de 6 500 km de large pour moins de 30 km d’épaisseur. Enfin, l’anneau Gossamer (qui signifie léger en anglais) est ténu et très large : il est « constitué de deux anneaux [parfois appelé intérieur et extérieur, ndlr] composés de particules minuscules, sans doute des débris des satellites Amalthée et Thébé ».

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79 lunes, qui tournent dans tous les sens

Jupiter dispose de plusieurs dizaines de lunes, dont les quatre principales – appelés satellites galiléens – ont été découvertes par Galilée en 1610. Elles sont très différentes les unes des autres : « Io est parsemée de volcans sur une surface sulfureuse jaune orangé. Europa a une surface lisse, couverte de glace, qui ressemble à une coquille d'œuf fêlée. Ganymède présente des taches brillantes et sombres avec des sillons et des cratères. Callisto possède une surface très ancienne entièrement couverte de cratères ».

Avec un diamètre de plus de 5 200 km, Ganymède – la plus grande des lunes de Jupiter – se paye même le luxe d’être un peu plus grosse que Mercure – la plus petite des planètes avec 4 880 km de diamètre. Elle dispose d’une particularité intéressante pour les scientifiques qui veulent donc l’étudier de près : il s’agit de « l'un des seuls corps solides du système solaire possédant un champ magnétique, à part Mercure et la Terre ».

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Crédits : Palais de la Découverte

Au dernier décompte de mi-2018, Jupiter comptait officiellement 79 lunes, ce qui la place en seconde position juste derrière Saturne et ses 82 satellites naturels. Les chiffres évoluent rapidement ces dernières années et Jupiter était sur la première marche du podium il y a encore moins d’un an.

Les quatre satellites galiléens sont les plus proches, puis viennent les lunes progrades (elles orbitent dans le sens de rotation de la planète) et les rétrogrades (en sens inverse)... à quelques exceptions près évidemment.

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Un mini système solaire « raté » ?

Cette planète et ses satellites naturels, pourraient nous donner de précieuses informations : « Essayez d’imaginer un Système solaire miniature, des lunes avec plus d’eau sous la surface que la Terre : c’est le système de Jupiter que va étudier JUICE [JUpiter ICy moons Explorer, ndlr], la future mission de l’Agence spatiale européenne ».

Jupiter aurait en effet pu devenir une étoile, mais elle a « raté sa chance » ; pourtant sa composition était presque la même, explique l’ESA. Pour Pierre Drossart, Jupiter est en fait « intermédiaire entre la Terre et les étoiles : elle n’a pas une masse suffisante pour enclencher les réactions thermonucléaires qui donnent aux étoiles leurs énergies ».

Le lancement est prévu pour 2022, mais il faudra ensuite être patient : l’arrivée dans l’environnement de Jupiter est programmée pour… 2030 (oui, il faut compter huit ans de voyage). « Les objectifs sont l’exploration de l’environnement jovien et des trois lunes galiléennes : Europe, Callisto et Ganymède. Une attention particulière est portée sur Ganymède en raison de ses similitudes avec la terre : présence d’un champ magnétique fort, d’une ionosphère et d’un océan », explique le LPC2E du CNRS, un des partenaires de l’ESA pour cette mission.

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