Jupiter la géante : du Système solaire aux exoplanètes géantes

En 2023, l’agence spatiale européenne (ESA) lancera la mission spatiale Juice (Jupiter and icy moons explorer) en direction de Jupiter et ses satellites. Voilà un demi-siècle que les sondes de la NASA tentent d’en dévoiler les secrets. Alors pourquoi une nouvelle mission ?

Jupiter n’a pas été choisie par hasard. La planète la plus massive et la plus volumineuse du Système solaire a joué, dès sa formation, un rôle majeur sur l’architecture globale du système. Formée juste au-delà de la ligne de condensation de l’eau, elle s’est constituée à partir d’un noyau de glaces suffisamment massif pour capturer, par gravité, la matière environnante, principalement constituée d’hydrogène et d’hélium. C’est le modèle de nucléation, généralement accepté aujourd’hui. Son intense champ de gravité a empêché la formation d’une planète entre elle et Mars, créant ainsi la ceinture principale des astéroïdes. Jupiter continue de protéger le Système solaire interne d’éventuelles collisions avec des astéroïdes en maintenant la plupart d’entre eux dans cette ceinture.

L’exploration de Jupiter débute en 1610, quand Galilée découvre ses quatre principaux satellites : Io, Europe, Ganymède et Callisto. À l’aube de l’ère spatiale, on sait que la planète est riche en hydrogène et présente un système de zones et de bandes longitudinales alternées, ainsi qu’une mystérieuse grande tache rouge, phénomène météorologique dont la nature est mal comprise. Viennent alors les survols par les sondes Pioneer puis Voyager dans les années 1970, la mission Galileo à la fin du siècle et enfin Juno, en opération depuis 2016. Ces missions nous ont dévoilé la composition de l’atmosphère jovienne, sa structure nuageuse, ses aurores, ainsi que la nature du champ magnétique de la planète. Elles nous ont aussi fait découvrir le volcanisme actif d’Io et la présence d’un océan d’eau liquide sous la surface glacée des trois autres satellites galiléens. En parallèle, le développement des simulations numériques a permis de retracer l’histoire dynamique du Système solaire depuis sa formation avec, en particulier, la migration de Jupiter et de Saturne.

À la veille du lancement de la mission Juice, quelles sont les énigmes que nous pose encore Jupiter ? La circulation atmosphérique, très complexe, est toujours mal comprise ; les modèles peinent, notamment, à expliquer la stabilité de la grande tache rouge depuis trois siècles, ainsi que la diminution de sa taille depuis un siècle. Les mesures de Juno attestent d’une structure interne de la planète plus complexe que prévue. Un autre mystère concerne la formation de la planète : si le modèle de nucléation décrit ci-dessus semble satisfaisant, il reste à comprendre la nature et l’origine des fragments de matière qui ont formé Jupiter.

Enfin, l’étude des planètes du Système solaire permet de faire progresser les connaissances sur les exoplanètes. Il existe, en effet, une interaction très forte entre les modèles de formation et d’évolution des planètes géantes et ceux décrivant la formation et la migration des exoplanètes au sein d’un disque protoplanétaire¹.  De même, les modèles utilisés pour décrire l’atmosphère des exoplanètes et pour calculer le rayonnement qu’elles émettent sont directement dérivés des modèles développés pour les atmosphères planétaires. L’exploration de Jupiter ouvre ainsi une fenêtre vers l’exploration des milliers d’exoplanètes géantes découvertes au cours des 25 dernières années.

¹ Un disque protoplanétaire est un disque de gaz et de poussières, tournant autour d’une étoile et à partir duquel se forment les corps (planètes, planètes naines, petits corps et leurs satellites).