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 organismes vivants connus.) dans l'atmosphère de Jupiter (L’atmosphère de Jupiter est la plus importante des atmosphères des planètes du système solaire. Elle est composée principalement d'hydrogène et d'hélium ; les autres composants chimiques sont...) (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 exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en...) 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 objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les...) Juno, en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) 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'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...): 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 symbole O et de numéro atomique 8.) dans le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...), 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 international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) 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 nitrures d'hydrogène). C'est une molécule...) 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 par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. ...) 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 étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert...) 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 est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...), 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 un transit d'énergie sous forme microscopie désordonnée.) depuis l'intérieur planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont...). 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 ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point...) et de par l'absence d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...), ont une météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de...) très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des...) de celle de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

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 Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement...), 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. Plus précisément, il est utilisé pour désigner :) (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 de notes, d'articles ou de billets publiés sur des blogs ou...) 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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