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Jupiter
À l’heure où la sonde Juno de la Nasa entame sa descente pour approcher la planète Jupiter, regardons quelques faits intéressants sur cette planète géante, la plus grosse du système solaire.

Sa taille

On ne peut pas parler de Jupiter sans évoquer sa taille. Jupiter est la plus grande et la plus massive planète du système solaire.
Son diamètre est dix fois celui de la Terre et son volume est tel qu’il pourrait contenir 1 321 Terre. Il y a des tempêtes et des cyclones sur Jupiter qui sont plus grandes que notre planète entière.

Jupiter est également la plus massive des planètes : elle est plus massive que toutes les planètes réunies, et même plus que tous les autres lunes, astéroïdes, comètes qu’on ajouterait à tout ça.
Jupiter a une masse qui est loin d’être aussi importante que celle de notre Soleil, mais elle est en revanche suffisante pour que le barycentre Jupiter-Soleil soit situé à l’extérieur du Soleil. Ceci signifie que même si Jupiter tourne autour du Soleil, le Soleil tourne aussi un peu autour de Jupiter (en réalité, les deux tournent autour de leur barycentre).

Sa rotation

Jupiter est la planète à la rotation la plus rapide : elle fait un tour sur elle-même en moins de 10 heures. Avec sa taille, cette rotation importante a un effet non négligeable sur la forme de la planète : elle est clairement aplatie aux pôles et bombées sur l’équateur. La matière à l’équateur voyage donc tellement vite que la force centrifuge déforme la planète.

Son influence gravitationnelle

Toutes les planètes ont une influence gravitationnelle sur les autres astres, mais Jupiter, à cause de sa masse si importante, influe beaucoup plus. On pense que Jupiter a protégé et continue de protéger la vie sur Terre, en attirant vers lui les comètes et astéroïdes qui auraient autrement pu endommager la Terre (et la vie) et le reste du système solaire interne.

L’influence de Jupiter est également ce qui aurait attiré la planète Neptune dans le système solaire. Les planètes se sont formées à partir de restes de poussière et de gaz qui n’ont pas formé le Soleil. Sauf que pour Neptune, on pense que la quantité de gaz disponible sur son orbite n’aurait jamais été suffisante pour former une planète en plus d’Uranus. Neptune se serait donc formée bien plus loin et finalement dévié par Jupiter pour s’approcher du Soleil.

Jupiter est en résonance orbitale avec toutes les autres planètes géantes : quand Jupiter fait cinq révolutions, Saturne en fait deux, et quand Uranus et Neptune font une révolution, Jupiter en fait respectivement 7 et 14. Cette régularité permet de stabiliser certaines orbites autour du Soleil et est responsable de la précision de cette mécanique céleste. Elle a aussi d’autres effets, par exemple sur les astéroïdes.

les lacunes de Kirkwood

La ceinture d’astéroïde s’étend entre les orbites de Mars et de Jupiter. Ceci est une région très vaste qui s’étend sur presque 2 fois la distance Terre-Soleil. La distribution des astéroïdes sur cette plage de possibilité pourrait être uniforme, mais il y a Jupiter et son influence gravitationnelle.
Du coup, la distribution des astéroïdes se fait selon un schéma particulier :

les lacunes de Kirkwood
Les lacunes de Kirkwood, zones vides de la ceinture d’astéroïdes (image)

On constate des zones « vides » dans la ceinture d’astéroïdes à des endroits bien précis. Ces zones correspondent aux orbites qui sont en résonance avec l’orbite de Jupiter et sont appelées lacunes de Kirkwood.

À chaque passage d’un astéroïde au plus près de Jupiter, il est très légèrement dévié de sa position d’équilibre sur l’orbite. L’astre passera alors tout le reste de l’orbite à essayer de se recentrer dessus en oscillant. Sur certaines orbites, la période orbitale est un multiple entier de la période d’oscillation : les deux phénomènes entrent donc en résonance. Du coup, la déviation de l’astéroïde est accentuée à chaque passage devant Jupiter jusqu’à ce que l’astéroïde est éjecté de son orbite.
À terme, il y a des régions entières où les astéroïdes ont été éjectés, et on voit apparaître des lacunes très précisément localisées sur la ceinture d’astéroïdes.

Pour le dire autrement, la présence de ces lacunes indique sur la présence d’une planète très massive, et leur observation permet de déterminer la position de l’orbite de cette planète.

Toutes les planètes ont une influence sur les autres, et Mars a naturellement aussi une influence gravitationnelle sur les astéroïdes, mais comme cette planète est bien plus petite, cette influence est invisible et négligeable devant celle de Jupiter.

Les astéroïdes Troyens

Parmi les astéroïdes déviés, certains sont totalement éjectés de la ceinture d’astéroïdes, et finissent ailleurs dans le système solaire. On peut les voir s’écraser sur une planète, ou simplement capturées dans leur force de gravité : une grande partie des ~70 lunes de Jupiter sont des débris rocheux de forme « patatoïde » qui seraient d’anciens astéroïdes.

D’autres astres se retrouvent sur la même orbite que la planète, généralement décalés d’un angle de 60° avec le Soleil, avant ou après avec la planète. On parlent alors d’astéroïdes troyens : Jupiter en dénombre pas loin de 6 000 (presque la totalité des astéroïdes troyens) et la Terre en possède un également.

astéroïdes troyens de Jupiter
Vue d’artiste des astéroïdes troyens de Jupiter (source : Nasa/JPL)

Ces astéroïdes troyens se trouvent en fait dans une région gravitationnellement stable, appelé « point de Lagrange » : l’attraction du Soleil et de la planète se stabilise et l’astéroïde reste où il est : il existe 5 points de Lagrange pour chaque doublet de corps célestes (nommés L1, L2, L3, L4 et L5) mais seuls les points L4 et L5 sont stables et ce sont eux qui accueillent les astéroïdes troyens.

Le tore de plasma d’Io

Jupiter, comme la Terre présente une magnétosphère : le cœur métallique (et donc conducteur) de la planète est en rotation et génère un champ magnétique. Celui de Jupiter est 14 fois plus puissant que celui de la Terre.
La magnétosphère est la région où cette influence magnétique est prépondérante sur les autres forces et influences : c’est elle qui dévie les particules chargées qui seraient autrement attirées par gravité vers la planète.

Une des lunes de Jupiter, Io, se trouve au milieu de cette magnétosphères, et cette configuration est responsable de plusieurs structures des plus spectaculaires du système solaire. L’une est le tore de plasma d’Io.
Le champ magnétique de Jupiter, en rotation de 10 h avec la planète tourne beaucoup plus vite que la lune Io. Il en résulte que ce champ magnétique arrache environ 1 tonne de matière ionisé de l’atmosphère d’Io chaque seconde. Une ceinture de ces ions apparaît alors autour de Jupiter, piégé dans la magnétosphère et en rotation avec elle.
Ces ions chargés voyagent à des vitesses indécentes de 45 000 km/h et quand ils repassent à proximité de l’Io, provoquent une énorme différence de potentiel électrique avec Jupiter, de l’ordre de 400 000 V. Cette différence de potentiel est alors responsable d’un déplacement de charges (d’ions) entre la lune et la planète. Ce flux chargé suit les lignes de champ magnétique jovien entre les deux astres, formant un courant électrique de plusieurs millions d’ampères dont la puissance émise est de l’ordre de 2,5 térawatt (soit environ toute la puissance électrique installée dans le monde) :

tore de plasma d’Io
Le tore de plasma est en rouge, et le flux d’ions entre Io et les pôles de Jupiter est matérialisé en vert (image)

La sonde Juno, qui va passer au plus près de Jupiter, va analyser, entre autre, cette magnétosphère. Les sondes précédentes avaient déjà fait des mesures d’un important champ magnétique, mais leurs instruments n’étaient pas prévus pour résister à l’importance de celle-ci.
On attend de Juno tout un tas d’informations qui nous en apprendra beaucoup sur Jupiter, le système solaire en général et également la Terre.

Image d’en-tête de la Nasa

2 commentaires

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Kevin V. a dit :
Article très intéressant, merci !

Ma question va sembler un peu délirante, mais est-il possible de capter le courant électrique produit par ce tore de plasma entre Jupiter et Io ? Pas pour l'envoyer sur Terre, mais par exemple pour alimenter une station spatiale qui serait placée dans la banlieue jovienne ? :p
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Le Hollandais Volant a dit :
@Kevin V. : je pense que oui, mais ça va dépendre de la densité de courant.
L'intensité est énorme, mais la section du tore d'ions l'est également. Le courant passant dans un fil de section habituelle est alors faible.

Si on place une énorme plaque conductrice face au sens du courant (comme un miroir face au soleil) et une autre plaque, parallèle au premier et relié par un câble, on a un condensateur,constamment chargé par le flux d'ions d'Io et alimentant le circuit qu'on met sur le câble.

On observe ceci sur Terre : en cas de forte tempête solaire, les particules chargées compressent le bouclier magnétique terrestre et une partie du magnétisme entre en conflit avec les installations électriques humaines, en particulier les plus grandes (les fils électrique de plusieurs milliers de kilomètres de long, servant à transporter le courant aux endroits reculés, par exemple).

Je crois que c'est en 1989 que c'était arrivé au Canada : un fort épisode d'activité solaire a produit un surtensions trop importante dans les installations et le courant a été coupé, mettant des dizaines de milliers de personnes dans le noir.


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