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Jupiter a-t-il un noyau solide?

Astronomie : Jupiter a-t-il un noyau solide?

Les géantes gazeuses ont toujours été un mystère pour nous. En raison de leurs nuages ​​denses et tourbillonnants, il est impossible de bien les regarder et de déterminer leur véritable structure. Étant donné leur distance par rapport à la Terre, leur envoyer un vaisseau spatial prend beaucoup de temps et coûte cher, ce qui rend les missions d’enquête rares et éloignées. Et en raison de leur rayonnement intense et de leur forte gravité, toute mission qui tente de les étudier doit le faire avec prudence.

Et pourtant, les scientifiques pensent depuis des décennies que ce géant gazier possède un noyau solide. Cela correspond à nos théories actuelles sur la manière dont le système solaire et ses planètes se sont formés et ont migré vers leurs positions actuelles. Alors que les couches extérieures de Jupiter sont composées principalement d’hydrogène et d’hélium, l’augmentation de la pression et de la densité suggèrent qu’à proximité du cœur, les choses se solidifient.

Structure et composition:

Jupiter est composé principalement de matières gazeuses et liquides, avec une matière plus dense en dessous. Sa haute atmosphère est composée d'environ 88 à 92% d'hydrogène et de 8 à 12% d'hélium par pourcentage de volume de molécules de gaz, et environ. 75% d'hydrogène et 24% d'hélium en masse, le pourcentage restant étant constitué d'autres éléments.

La structure et la composition de Jupiter. Crédit: Kelvinsong CC by SA 3.0

L'atmosphère contient des traces de méthane, de vapeur d'eau, d'ammoniac et de composés à base de silicium, ainsi que des traces de benzène et d'autres hydrocarbures. Il y a également des traces de carbone, d'éthane, d'hydrogène sulfuré, de néon, d'oxygène, de phosphine et de soufre. Des cristaux d'ammoniac gelé ont également été observés dans la couche la plus externe de l'atmosphère.

L'intérieur contient des matériaux plus denses, de sorte que la distribution est d'environ 71% d'hydrogène, 24% d'hélium et 5% d'autres éléments en masse. On pense que le noyau de Jupiter est un mélange dense d’éléments - une couche d’hydrogène métallique liquide entourant un peu d’hélium et une couche externe constituée principalement d’hydrogène moléculaire. Le noyau a également été décrit comme rocheux, mais cela reste également inconnu.

En 1997, l'existence du noyau a été suggérée par des mesures gravitationnelles indiquant une masse de 12 à 45 fois la masse de la Terre, soit environ 4% à 14% de la masse totale de Jupiter. La présence d'un noyau s'appuie également sur des modèles de formation planétaire qui indiquent à quel point un noyau rocheux ou glacé aurait été nécessaire à un moment donné de l'histoire de la planète. Sinon, il n'aurait pas été en mesure de recueillir la totalité de son hydrogène et de son hélium dans la nébuleuse protosolaire - du moins en théorie.

Cependant, il est possible que ce noyau ait depuis rétréci en raison des courants de convection de l’hydrogène métallique chaud et liquide se mélangeant au noyau en fusion. Ce noyau peut même être absent maintenant, mais une analyse détaillée est nécessaire avant que cela puisse être confirmé. La mission Juno, lancée en août 2011 (voir ci-dessous), devrait permettre de mieux comprendre ces questions et de faire ainsi progresser le problème du noyau.

Formation et migration:

Nos théories actuelles sur la formation du système solaire affirment que les planètes se sont formées il y a environ 4, 5 milliards d'années à partir d'une nébuleuse solaire (c'est-à-dire une hypothèse nébulaire). Conformément à cette théorie, on pense que Jupiter s'est formé à la suite de la gravité qui a rassemblé des nuages ​​tourbillonnants de gaz et de poussière.

Jupiter a acquis la plus grande partie de sa masse dans la matière laissée par la formation du Soleil et a fini par avoir plus de deux fois la masse combinée des autres planètes. En fait, on a supposé que si Jupiter avait accumulé plus de masse, il serait devenu une deuxième étoile. Ceci est basé sur le fait que sa composition est similaire à celle du Soleil étant constitué principalement d'hydrogène.

Le concept artistique d’une jeune étoile entourée d’un disque de gaz et de poussière appelé disque protoplanétaire. Crédit: NASA / JPL-Caltech

En outre, les modèles actuels de formation du système solaire indiquent également que Jupiter s'est formé plus loin de sa position actuelle. Dans ce que l’on appelle l’hypothèse du «grand jeu», Jupiter a migré vers le Soleil et a retrouvé sa position actuelle il ya environ 4 milliards d’années. Cette migration aurait pu entraîner la destruction des premières planètes de notre système solaire, ce qui aurait pu inclure les super-terres plus proches du Soleil.

Exploration:

Bien que ce ne soit pas la première sonde spatiale à avoir visité Jupiter, ni la première à l'étudier en orbite (ceci a été effectué par la sonde Galileo entre 1995 et 2003), la mission Juno a été conçue pour enquêter sur les mystères les plus profonds du géant jovien. Ceux-ci incluent l'intérieur de Jupiter, l'atmosphère, la magnétosphère, le champ gravitationnel et l'histoire de la formation de la planète.

La mission a été lancée en août 2011 et a atteint l'orbite autour de Jupiter le 4 juillet 2016. La sonde est entrée dans son orbite elliptique polaire après avoir effectué un tir de 35 minutes de la machine principale, connue sous le nom de Jupiter Orbital Insertion (ou JOI). Lorsque la sonde a approché Jupiter par le haut de son pôle nord, elle a eu une vue du système jovien, dont elle a pris une photo finale avant de commencer le lancement du JOI.

Depuis ce temps, le satellite Juno effectue des manœuvres de type perijove - entre la région polaire nord et la région polaire sud - avec une période d’environ 53 jours. Depuis son arrivée en juin 2016, il a effectué 5 inspections par périple et il est prévu d'en effectuer 12 au total avant février 2018. À ce stade, à moins d'une prolongation de la mission, la sonde se désorbitera et brûlera dans l'atmosphère extérieure de Jupiter. .

Au fur et à mesure de ses dernières passes, Juno recueillera plus d'informations sur la gravité, les champs magnétiques, l'atmosphère et la composition de Jupiter. On espère que ces informations nous apprendront beaucoup sur la manière dont l'interaction entre l'intérieur de Jupiter, son atmosphère et sa magnétosphère conduit l'évolution de la planète. Et bien sûr, on espère pouvoir fournir des données concluantes sur la structure intérieure de la planète.

Jupiter a-t-il un noyau solide? La réponse courte est, nous ne savons pas… pour le moment. En vérité, il pourrait très bien avoir un noyau solide composé de fer et de quartz, entouré d’une épaisse couche d’hydrogène métallique. Il est également possible que l'interaction entre cet hydrogène métallique et le noyau solide ait entraîné la perte de la planète il y a quelque temps.

Le pôle Sud de Jupiter, pris lors de la troisième orbite de la mission Juno (Perijove 3). Crédits: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Luca Fornaciari © cc nc sa

À ce stade, tout ce que nous pouvons faire est d’espérer que les enquêtes et les missions en cours apporteront davantage de preuves. Celles-ci nous aideront non seulement à affiner notre compréhension de la structure interne de Jupiter et de sa formation, mais également à affiner notre compréhension de l’histoire du système solaire et de son évolution.

Nous avons écrit de nombreux articles sur Jupiter pour Universe Today. Voici dix faits intéressants sur Jupiter, quelle est la taille de Jupiter ?, Combien de temps faut-il pour se rendre à Jupiter?, Quel temps fait-il à Jupiter ?, À quelle distance se trouve Jupiter du soleil? Et The Orbit of Jupiter. Combien de temps dure une année sur Jupiter?

Pour plus d'informations sur Jupiter, consultez les communiqués de presse de Hubblesite sur Jupiter et un lien vers le Guide d'exploration du système solaire de Jupiter de la NASA.

Nous avons également enregistré un épisode de Astronomy Cast à propos de Jupiter. Écoute ici, épisode 56: Jupiter.

Sources:

  • Exploration du système solaire de la NASA - Jupiter
  • Wikipedia - Jupiter
  • Vues solaires - Jupiter
  • Espace Faits - Jupiter
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