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Des éruptions sur Io contrôleraient les aurores joviennes

La magnétosphère de Jupiter est couplée de façon complexe à Io, la plus proche des lunes de la géante. Depuis des décennies, on cherche à démêler l'écheveau de ces relations. Si de nombreuses zones d’ombre subsistent, un nouveau lien entre les aurores de Jupiter et l'activité volcanique sur Io vient d’être mis en évidence.

Sur cette image composite, on voit Jupiter, observée dans l'infrarouge par les instruments de New Horizons alors que cette sonde poursuivait son voyage en direction de Pluton. Io est en revanche observée en lumière presque visible. Notez l'éruption au pôle nord de Io, avec son panache bleuté. © Nasa Sur cette image composite, on voit Jupiter, observée dans l'infrarouge par les instruments de New Horizons alors que cette sonde poursuivait son voyage en direction de Pluton. Io est en revanche observée en lumière presque visible. Notez l'éruption au pôle nord de Io, avec son panache bleuté. © Nasa

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En 1955, Bernard Burke et Kenneth Franklin, membres du fameux Carnegie Institute à Washington, découvrent que Jupiter est une source puissante d’ondes radio dans le domaine décamétrique. Une découverte rapidement interprétée comme une preuve de l’existence d’une magnétosphère autour de Jupiter, où circulent des électrons. Cette hypothèse est ensuite confirmée dans les années 1970, avec les mesures in situ des sondes Pioneer 10 et 11, et bien sûr par Voyager 1 et Voyager 2.


Une vidéo de la Nasa célébrant les découvertes des missions Voyager 1 et Voyager 2. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales, en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © Nasa SpaceRip

Il faudra attendre 1979 pour que Linda Morabito découvre des preuves de l’existence d’un volcanisme sur Io, l’une des lunes de Jupiter, grâce aux observations de Voyager 1. Ce volcanisme, découlant d’effets de marée, avait été prédit théoriquement.

L'atmosphère et l'ionosphère de Io la volcanique

Les missions Pioneer et Voyager ont non seulement permis d’étudier la magnétosphère de Jupiter mais aussi l’atmosphère et l’ionosphère de Io. On sait ainsi que l'atmosphère de Io est composée à 90 % de dioxyde de soufre produit essentiellement par des éruptions volcaniques. Les 10 % restants sont constitués de divers composés présents à l'état de traces.

Io, la Lune de Jupiter, a été observée de près une première fois par une sonde Voyager. Ici, c'est une image prise par Galileo. © Nasa
Io, la Lune de Jupiter, a été observée de près une première fois par une sonde Voyager. Ici, c'est une image prise par Galileo. © Nasa

L'ionosphère de Io est constituée d’ions de soufre, d'oxygène et de sodium. Elle est située à 700 km de hauteur et est constamment renouvelée par l'activité volcanique, ce qui maintient son existence. En effet, Io fonçant à travers la magnétosphère de Jupiter, les lois de l’électromagnétisme imposent que cela génère des courants électriques, qui entraînent au loin ces ions provenant de Io, à un taux de une tonne par seconde. Un tore de plasma, détecté vers le milieu des années 1970, se forme ainsi autour de Jupiter. Sans des éruptions fréquentes sur Io, ce tore disparaîtrait.

Une image rapprochée de Io prise par la sonde Galileo en 2000. Elle montre une éruption à Tvashtar Catena, une chaîne de cuvettes volcaniques. © Nasa
Une image rapprochée de Io prise par la sonde Galileo en 2000. Elle montre une éruption à Tvashtar Catena, une chaîne de cuvettes volcaniques. © Nasa

Des aurores polaires avec des ondes radio hectométriques

On sait depuis un certain temps qu’une partie des ions arrachés à Io se retrouvent aux pôles de Jupiter et que des interactions électrodynamiques complexes entre Io, le tore de plasma et Jupiter y créent des aurores polaires. Un groupe de chercheurs, composé de Japonais et de Belges, vient de publier dans Geophysical Research Letters un article qui apporte de nouveaux éléments pour comprendre ces interactions entre Jupiter et Io.

Ces images d'aurores sur Jupiter (vues en ultraviolet), superposées à une photo en lumière visible de l'ensemble de la planète, ont été prises par Hubble. Ces aurores sont liées aux interactions entre Jupiter et le vent solaire, mais aussi à l'interaction de son champ magnétique avec sa lune Io, entourée d'une ionosphère conductrice d'électricité. © Nasa
Ces images d'aurores sur Jupiter (vues en ultraviolet), superposées à une photo en lumière visible de l'ensemble de la planète, ont été prises par Hubble. Ces aurores sont liées aux interactions entre Jupiter et le vent solaire, mais aussi à l'interaction de son champ magnétique avec sa lune Io, entourée d'une ionosphère conductrice d'électricité. © Nasa

On sait qu’en raison de l’activité volcanique de Io, il se forme, en plus du tore de plasma, des jets et des nuages de sodium qui alimentent une vaste région appelée la nébuleuse de sodium de Jupiter. Le groupe de chercheurs a observé, depuis le sol, cette nébuleuse entourant Jupiter et a constaté que, de fin mai à début juin 2007, elle s’était étoffée. Or, on sait que cela correspond à une augmentation de l’activité volcanique sur Io.

Parallèlement, les chercheurs ont étudié le rayonnement radio de Jupiter, émis dans la bande des ondes hectométriques. L’intensité de ce rayonnement est une mesure de l’activité aurorale sur Jupiter. Et ils ont constaté qu'elle avait diminué juste après le début de l’accroissement de la nébuleuse de sodium.

Déduction : l’activité volcanique de Io influence de façon non négligeable l’occurrence des aurores polaires de Jupiter.


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