Lancée en août 2011, la sonde Juno est arrivée le 4 juillet en orbite autour de Jupiter pour une mission de 12 à 18 mois. Elle ouvre la voie à ses deux futurs successeurs, Europa Clipper et Juice. À elles trois, elles relancent l'exploration du système jovien, quinze ans après la fin de la mission Galileo. © Nasa

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Découvrez les secrets méconnus de la mission Juno autour de Jupiter

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Bousculée par le puissant champ magnétique de Jupiter, la sonde Juno ne survivra que 12 à 18 mois. Mais ses observations inédites nous apporteront des connaissances toutes nouvelles sur son histoire et sur la nôtre, et nous permettront de mieux chercher la vie sur les exoplanètes. Découvrez ces aspects méconnus, expliqués par Philippe Zarka, chercheur au Leisa et co-investigateur de la mission.

Une semaine après son arrivée autour de Jupiter, tous les voyants sont au vert pour la sonde Juno de la Nasa. Philippe Zarka, chercheur CNRS au Lesia (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique) et co-investigateur de la mission, nous explique les quatre grands thèmes scientifiques de la mission : « l'origine de Jupiter, la structure de l'intérieur de la planète, l'étude de son atmosphère et celle de sa magnétosphère ».

Mais avant de débuter son programme scientifique, la sonde Juno doit raccourcir son orbite. Depuis son arrivée autour de Jupiter, elle est de 53 jours. « Des corrections de trajectoires doivent la placer sur son orbite définitive, qui est de 14 jours ». Contrairement aux sondes précédentes envoyées dans le système jovien, Juno est la « première qui a pour seul objectif la planète géante. Elle ne s'aventurera donc pas autour d'une de ses lunes ».

Ce sera la première fois que les régions polaires de la planète seront étudiées. « Jusqu'à Juno, et excepté l'unique survol par Ulysse, les trajectoires des sondes étaient quasi-équatoriales ». Pour cette mission, la Nasa a mis en place une stratégie d'observation inédite « avec une trajectoire inclinée à 90° par rapport au plan équatorial qui amène la sonde à plonger au-dessus des pôles et raser l'équateur de la planète ». La proximité avec la planète est un record. Alors que la sonde Galileo ne s'était « jamais approchée à moins de 350.000 km de la planète (à part l'insertion et le plongeon final) », Juno survolera « les pôles à seulement 10.000 kilomètres d'altitude et la sonde fera du rase-motte au-dessus de l'équateur à moins de 4.000 km ». La distance est très faible si on la compare au diamètre de Jupiter, qui est de 140.000 kilomètres.

Juno lors de ses essais de compatibilité électromagnétique et de radio, en mars 2011. Il fallait en effet s'assurer que les équipements électriques et électroniques fonctionnent correctement dans l'environnement électromagnétique sévère de Jupiter. © Nasa, JPL, Lockheed Martin

Une année entière d’observation

Ces passages au plus près de la planète n'ont pas seulement pour but de favoriser les observations de la sonde. Il s'agit surtout de la protéger le mieux possible des ceintures de radiations — régions emplies de particules chargées très énergétiques — qui entourent la planète. Et pour les éviter, il n'y a que deux solutions : « soit, comme pour Galileo, vous restez à l'extérieur à plus de 350.000 kilomètres, soit vous passez en dessous et vous évoluez très près de la planète ». Cependant, avec une telle proximité, la sonde n'évite pas totalement les ceintures de radiations et plongera régulièrement dans un environnement dommageable pour l'électronique de la sonde, « ce qui va restreindre sa durée de vie à seulement 12 ou 18 mois, contre 7 ans pour Galileo ».

Le premier thème de recherche visera à améliorer nos connaissances de l'histoire de la formation de Jupiter en se « focalisant sur la mesure de sa composition profonde, en particulier sa teneur en eau et en ammoniac », ce qui va donner aux astronomes des informations sur la concentration de l'eau dans la nébuleuse primitive, là où se sont formées les planètes du Système solaire, et sur le mode de condensation de Jupiter.

Le deuxième objectif de la mission est de mieux comprendre la structure interne de Jupiter, qui n'a pas de surface solide nettement séparée d'une atmosphère, comme c'est le cas des planètes telluriques. Les scientifiques veulent savoir à quelle profondeur l'hydrogène, sous l'effet de la pression et la température, devient métallique. À une certaine profondeur, « on passe d'un état fluide à un état métallique ». Les atomes d'hydrogène et d'hélium perdent alors leurs électrons, et les noyaux s'arrangent en une structure qui s'apparente à celle d'un métal. La mesure très précise du champ de gravité et du champ magnétique de Jupiter fournira des informations sur la répartition des masses et devrait aussi permettre de savoir si, plus profondément encore, se trouve une graine rocheuse.

L'étude de l’atmosphère, en particulier autour des deux pôles, est le troisième thème de la mission. En résumé, Juno devrait aider à mieux comprendre l'origine des bandes atmosphériques, réaliser un inventaire des composants de l'atmosphère et effectuer des mesures de la vitesse des vents« On aimerait bien savoir quelles sont les bases de la grande tache rouge, observée depuis trois siècles, et ce qui lui vaut sa stabilité ».

Enfin, Juno s'intéressera à la magnétosphère de Jupiter, cette région dominée par le champ magnétique de la planète. « Elle est à l'origine de plusieurs phénomènes, dont les aurores qu'on aperçoit à la surface de son atmosphère, et des émissions radio très intenses ». Cette bulle magnétique qui entoure la planète et la protège du vent solaire est énorme et varie en taille en fonction de l'activité du Soleil. Si on pouvait la voir depuis la Terre, elle serait plus grosse que la pleine Lune. Dans la direction du Soleil, elle s'étend jusqu'à 5 à 7 millions de kilomètres, et dans sa direction opposée, « sans la pression du vent solaire, elle s'allonge en une queue qui peut aller jusqu'à 750 millions de kilomètres, et donc dépasser l'orbite de Saturne ».

Ces connaissances acquises sur Jupiter vont bien au-delà de sa propre histoire. « Jupiter est le prototype de planète géante dont les connaissances sont directement transposables à l'étude des exoplanètes. » Par exemple pour déterminer et mesurer la présence d'un champ magnétique autour d'une exoplanète, « qui, rappelons-le, par son effet protecteur, peut favoriser l'apparition de la vie », les scientifiques tenteront de repérer des aurores et surtout des émissions radio, le meilleur espoir, voire le seul, de mesurer les champs magnétiques des exoplanètes.

Schéma de l'environnement magnétique de Jupiter et de ses quatre satellites galiléens. Les lignes du champ sont en bleu, le tore de plasma (gaz ionisé) généré par Io (satellite le plus proche) est en rouge. L'anneau de couleur jaune figure le mouvement du sodium neutre. Tout près de Jupiter, la sonde Juno est aux premières loges et sera relativement protégée du puissant champ magnétique. Sur son orbite polaire, cependant, elle y plongera tout de même deux fois par orbite, ce dont souffriront ses systèmes électroniques. Les ingénieurs espèrent qu'ils tiendront, au plus, dix-huit mois... © Dessin créé par John Spencer, licence GNU 1.2

Un plongeon final pour préserver les lunes galiléennes

En fin de mission, Juno sera désorbitée dans l'atmosphère de Jupiter. Une décision surprenante mais qui s'explique par la volonté de la Nasa qui ne souhaite pas que la sonde demeure en orbite autour de la géante gazeuse. En effet, « il y a une très forte probabilité qu'elle puisse s'écraser un jour ou l'autre sur une des lunes de Jupiter ». Or, certaines de ces lunes sont d'un « très grand intérêt scientifique, notamment pour la recherche d'une forme de vie primitive ». D'où la nécessité de ne pas risquer de les polluer. Les 67 lunes connues de Jupiter ne sont pas toutes concernées par ce risque, mais c'est notamment vrai pour les satellites galiléens que sont Europe, Ganymède, Callisto et Io.

Ainsi, Europe pourrait abriter sous sa couche de glace un environnement favorable à la vie, dont un océan d’eau à l’état liquide, voire des lacs géants à seulement trois petits kilomètres sous la surface. Pour un grand nombre de scientifiques, Europe est la meilleure chance de trouver de la vie dans le Système solaire ailleurs que sur Terre. Dans le courant de la décennie 2020, une sonde de la Nasa, Europa Clipper, sera envoyée pour déterminer l'habitabilité de cette lune, voire chercher des traces de vie.

Quant à Callisto et Ganymède, la possibilité que ces deux satellites soient habitables n'est pas écartée. « On soupçonne fortement qu'ils abritent tous les deux des océans salés souterrains. » C'est notamment vrai pour Ganymède, une hypothèse confirmée par le télescope Hubble en mars 2015. En 2022, l'Agence spatiale européenne lancera le satellite Juice à destination de Jupiter pour une mission de plusieurs années qui prévoit des survols d'Europe, Ganymède et Callisto. Enfin Io, l'objet le plus volcanique du système solaire, est peu propice à l'émergence d'une forme de vie. Son volcanisme est si actif qu'on estime qu'il se retourne « comme un gant en quelques centaines de millions d'années, l'intérieur de Io ayant été éjecté en surface tandis que la surface s'est progressivement effondrée ».

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