Lever le voile sur l'intérieur des planètes géantes

Publié par Redbran le 31/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INSU

Vue rapprochée de l'équateur de Jupiter © NASA / JUN
Quelques-unes des clés de la compréhension de l'origine du système solaire se trouvent à l'intérieur des planètes géantes. Si la sonde spatiale Juno a récemment permis de détecter pour la première fois de la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dans l'atmosphère de Jupiter (L’atmosphère de Jupiter est la plus importante des atmosphères des planètes...) (Li et al. 2020), une mission vers Uranus et Neptune (Guillot & Fletcher 2020) sera nécessaire pour mieux comprendre la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de ces planètes géantes et réellement sonder leur intérieur.

D'après la légende, Zeus (Jupiter) cachait ses méfaits sous un voile nuageux mais sa femme Héra (Juno) dissipa les nuages pour le confronter. La sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) Juno, en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de Jupiter depuis 2016 a réussi à lever une partie du voile que constitue la couche nuageuse de Jupiter pour nous permettre de mesurer l'abondance d'un élément capital pour notre compréhension de cette planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...): l'eau. Juno a ainsi mesuré que l'eau dans Jupiter est au moins aussi abondante que l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) dans le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), et au maximum 5 fois plus abondant.

Ce résultat a été possible grâce aux mesures de l'instrument MWR (MicroWave Radiometer) de Juno, une série d'antennes permettant de mesurer la brillance de Jupiter provenant des couches profondes de son atmosphère, plusieurs centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) en dessous de la couche visible des nuages (Fig. 1). Mais la mesure était difficile: contrairement à ce qui était attendu, l'atmosphère profonde de Jupiter voit son abondance en ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des...) varier très significativement. Or l'ammoniac (NH3), masque l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) dû à la vapeur d'eau (H2O) présente en profondeur. L'équipe Juno s'est concentrée sur la mesure du signal provenant d'une zone équatoriale, où l'abondance d'ammoniac est relativement uniforme verticalement pour pouvoir en déduire cette abondance d'eau.


Vues des nuages de méthane sur Uranus et Neptune
Uranus: HST, crédits: NASA/Sromovsky ;
Pic du Midi et images amateur d'après la base PVOL ;
Neptune: HST
© NASA/Karksoshka

La contrainte sur l'abondance d'eau est importante, mais elle reste imprécise. En effet, nous ne comprenons pas comment la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) change dans l'intérieur de la planète, pourquoi l'ammoniac est si variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), quel est le rôle des tempêtes dans le transfert de chaleur (Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est...) depuis l'intérieur planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...). Les planètes géantes, de par leur atmosphère faite d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) et de par l'absence d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...), ont une météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques...) très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de celle de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).

Pour comprendre ce qui se passe non seulement à l'intérieur de Jupiter, mais aussi dans les atmosphères des exoplanètes (dont de nombreuses semblent composées d'hydrogène et d'hélium), il paraît indispensable d'explorer les 2 dernières planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...), Uranus et Neptune. En effet, ces planètes possèdent des atmosphères actives (Fig. 2) dont les orages et tempêtes peuvent être étudiés précisément car ils ne proviennent pas des couches profondes de l'atmosphère. Contrairement à toutes les autres planètes du système solaire, Uranus et Neptune n'ont jamais été visitées par un orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète....) (un satellite (Satellite peut faire référence à :) en orbite autour de la planète). Une mission internationale vers l'une de ces planètes incluant un orbiteur et une sonde atmosphérique permettrait de comprendre ce qui se passe dans les entrailles de ces planètes.

Référence:
Li, C., A. Ingersoll, S. Bolton, S. Levin, M. Janssen, S. Atreya, J. Lunine, P. Steffes, S. Brown, T. Guillot, M. Allison, J. Arballo, A. Bellotti, V. Adumitroaie, S. Gulkis, A. Hodges, L. Li, S. Misra, G. Orton, F. Oyafuso, D. Santos-Costa, H. Waite, and Z. Zhang, The water abundance in Jupiter's equatorial zone. Nature Astronomy (Advanced Online Publication, Feb 2020).

Guillot T., Fletcher N. L., Revealing giant planet (Un Planet est un site Web dynamique qui agrège le plus souvent sur une seule page, le contenu...) interiors beneath the cloudy veil. Nature Communications (Publication on 25 Mars 2020)
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15431-5

Contact:
Tristan Guillot, Observatoire de la Côte d'Azur - tristan.guillot at oca.eu
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