Astrophysique

L’origine profonde des bandes de Jupiter

Des chercheurs ont enfin réussi à trancher un vieux débat en astrophysique. Les bandes de Jupiter trouveraient naissance 3000 kilomètres au-dessous de la surface de la planète

Monde surdimensionné d’un rayon de 71 000 km et d'une masse représentant, à elle seule, les deux tiers de celle de tous les objets célestes gravitant autour du Soleil, Jupiter est constituée à 90% d’hydrogène et d’hélium. Les images des sondes spatiales montrent que sa surface est organisée: on y distingue facilement une succession de «bandes» sombres et de «zones» claires correspondant à des régions de vents de régimes différents et de sens opposés. Ces structures colorées sont-elles superficielles, cantonnées aux plus hautes couches de l’atmosphère, ou s’étendent-elles en profondeur, loin dans le cœur de l’astre géant?

Des chercheurs auraient réussi à trancher ce vieux débat de l’astrophysique dont l’enjeu est une meilleure compréhension des mécanismes à l’œuvre à l’intérieur des planètes géantes et gazeuses, des corps dont les conditions de formation et l’évolution sont encore mal connues. En effet, dans une série d’articles parus le 7 mars dans la revue Nature, ces scientifiques expliquent avoir établi que les «bandes» et «zones» de Jupiter se prolongent au-dessous de la surface de l’astre, jusqu’à une profondeur de 3000 km. Ils affirment qu’au-delà de cette limite, le cœur de la planète tourne sur lui-même, à la manière d’un corps solide, alors qu’il est de nature fluide!

Ballet cosmique

Pour aboutir à ces conclusions, l’équipe a exploité des données de Juno. Arrivée sur place le 4 juillet 2016 au terme de cinq années de voyage, cette sonde de la NASA se consacre exclusivement à l’étude de Jupiter. Elle est surtout, si l’on excepte un bref survol effectué en 1992, le premier engin spatial de l’histoire à scruter la planète d’aussi près et hors de son plan équatorial.

Lancé dans un lancinant ballet cosmique, le vaisseau parcourt actuellement une série de 34 orbites qui le font passer, tous les 53 jours, à 10 000 kilomètres au-dessus de chaque pôle. La planète tournant sur elle-même en dix heures environ, ces révolutions successives lui ont permis de balayer toute la surface de l’astre. Et même de scruter, en se faufilant entre la surface et les dangereuses «ceintures» de radiation de Jupiter – où circulent des particules hautement énergétiques –, ses régions équatoriales à moins de 5000 km d’altitude.

Cartes cent fois plus précises

En plus de préciser sa composition, d’établir sa teneur en eau et de révéler les caractéristiques de son champ magnétique, Juno a pour tâche de mesurer le champ gravitationnel de Jupiter. Pour cela, les scientifiques relèvent en permanence les accélérations et décélérations subies par la sonde, en analysant les variations de fréquence que ces dernières provoquent sur son signal radio. Ces changements de vitesse étant entre autres liés à la distribution des masses à l’intérieur de la planète, ils peuvent, au terme d’un calcul complexe, en déduire des cartes cent fois plus précises du champ de gravité de l’astre que celles disponibles jusqu’ici.

Le résultat? Il serait surprenant. En effet, explique l’un des auteurs des articles de Nature, Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS à l’Observatoire de la Côte d’Azur et co-investigateur de la mission Juno: «Ces cartes montrent une certaine asymétrie du champ de gravité entre l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud.» Jupiter n’étant qu’une énorme boule de gaz en rotation sur elle-même, et étant donc dépourvue de structures massives et permanentes comme un océan ou une montagne, la seule explication possible est que cette anomalie est due à des différences dans les régimes de vents entre le nord et le sud de l’astre. Or, pour que ces bourrasques aient mis en mouvement des masses de gaz suffisantes pour modifier l’attraction gravitationnelle de la planète, il faut qu’elles aient soufflé dans un volume très important de son atmosphère. Et par conséquent qu’elles aient été présentes en profondeur.

Toupie de bois

En étudiant le champ de gravité de Jupiter par deux méthodes différentes, puis en confrontant ces observations à des milliers de modèles mathématiques, les chercheurs ont découvert que la vitesse de ces vents passe progressivement, dans certaines régions, de 3600 km/h en surface à 0 km/h à 3000 km de profondeur. Au-delà de cette limite, l’hydrogène, soumis à des pressions infernales 100 000 fois supérieures à celle de l’atmosphère terrestre, serait ionisé, provoquant l’apparition d’électrons et de protons qui, par des effets de friction, agiraient pour empêcher tout mouvement du gaz. La conséquence de ce phénomène serait que le reste du cœur de Jupiter tournerait sur lui-même de manière uniforme, un peu comme une toupie de bois.

«Cette étude est admirable, non seulement par ce qu’elle apporte à la connaissance de Jupiter, mais également en raison de ce qu’elle nous apprend sur les planètes géantes en général, estime Pierre Drossart, de l’Observatoire de Paris. Elle ouvre la voie à de nouveaux modèles qui nous permettront peut-être un jour de remonter l’histoire de la circulation de l’atmosphère à l’intérieur de ces astres. Et qui sait quelles nouvelles révélations nous apportera encore la mission Juno?»

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