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De quoi est faite Jupiter et a-t-elle un noyau solide ?

Crédits : NASA

Le 21 décembre prochain, Jupiter et Saturne apparaîtront depuis la Terre plus proches l’une de l’autre qu’elles ne l’ont été depuis le Moyen Âge. Il s’agit de l’occasion idéale de sortir les télescopes, naturellement, mais également de nous concentrer sur la plus grande de ces deux géantes. De quoi est composée Jupiter ?

Une gigantesque boule de gaz

Jupiter est de loin la plus grande planète de notre système. Elle est principalement composée de gaz, à savoir de l’hydrogène (environ 90% de son atmosphère) et de l’hélium (environ 10% de l’atmosphère). Des traces de vapeur d’eau, de méthane, de sulfure d’hydrogène, de néon, d’oxygène, de phosphine, de carbone, d’éthane, de soufre et d’ammoniac sont également présentes, selon les analyses spectrales de la planète.

Cette atmosphère, par ailleurs, n’est pas uniforme. Tous ces gaz sont en effet « empilés les uns sur les autres », formant plusieurs couches qui s’étendent vers le bas.

Notez que ces couches ne sont pas nécessairement liées aux célèbres « bandes » visibles sur la surface de Jupiter. Celles-ci sont en réalité le fruit de la rotation ultra rapide de la planète combinée à d’importantes fluctuations de température. Notre planète tourne par exemple sur elle-même à environ 1700 km/h au niveau de l’équateur, contre plus de 45 000 km/h pour Jupiter, qui de fait effectue une rotation sur son axe en un peu moins de 10 h (contre environ 24 h pour la Terre). En outre, la zone équatoriale de Jupiter est également plus chaude qu’aux pôles.

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Sur cette image de Voyager 1, la lune Europe est visible au premier plan de Jupiter. Vous remarquerez aussi l’ombre projetée de Io, une autre lune de Jupiter. Crédits : NASA, Voyager 1, JPL, Caltech; Processing & License: Alexis Tranchandon / Solaris @nasa

Noyau ou pas noyau ?

Jupiter se présente ainsi comme une sorte de gigantesque boule de gaz très hétérogène. Est-elle pour autant exempte de surface solide ? Autrement dit, si vous aviez la possibilité de pénétrer dans l’atmosphère de la planète à bord d’un vaisseau spatial, pourrez-vous ressortir de l’autre côté sans rencontrer le moindre obstacle solide ? La réponse est non. En effet, à un moment donné, vous vous écraseriez contre le noyau de Jupiter.

Il y a encore quelques années, certains pensaient que Jupiter, comme le Soleil, résultait de l’effondrement sur elle-même il y a 4,6 milliards d’années d’une poche de gaz, créant ainsi un monde d’hydrogène-hélium plus ou moins pur. Toutefois, nous savons désormais que ce n’est pas vrai, notamment grâce à la mission américaine Juno, lancée en août 2011.

En mesurant comment la vitesse de cette sonde était accélérée ou ralentie par le champ gravitationnel de Jupiter, les chercheurs ont en effet pu en déduire la répartition de la masse dans les profondeurs de la planète. Grâce à cette méthode, ils ont ainsi confirmé que Jupiter contenait bel et bien un noyau.

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Modèle en coupe de l’intérieur de Jupiter dont le noyau rocheux est entouré d’hydrogène métallique. Crédits : Jean-Christophe Benoist

Les spécialistes ne savent encore pas exactement à quoi ressemble ce noyau, tant il est difficile de percer les nuages de la géante.

Beaucoup imaginent toutefois un centre rocheux dense enrobé de glace fondue, d’une couche d’hydrogène métallique (une phase d’hydrogène dans laquelle il se comporte comme un conducteur électrique), elle-même enrobée d’une autre couche d’hydrogène moléculaire sur le dessus (image ci-dessus). On estime que ce noyau de Jupiter pourrait avoir une masse de 12 à 45 masses terrestres . Autrement dit, il représenterait entre 4% à 14% de la masse totale de Jupiter.