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Etranges interactions entre Io et Jupiter

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L'énorme gravité de Jupiter génère sur son satellite Io un volcanisme actif, dont les émissions produisent de magnifiques aurores boréales sur la planète géante, visibles depuis la Terre. Grâce à la sonde New Horizons, en route vers Pluton, des astronomes viennent d'observer que cette empreinte de Io est complexe et composée de plusieurs taches, avec une étonnante symétrie entre les deux hémisphères de Jupiter.

Image en ultraviolet du pôle nord de Jupiter réalisée par le télescope spatial Hubble. Crédit : Nasa.

Le 28 février 2007, la sonde New Horizons survolait Jupiter puis poursuivait sa route vers la lointaine Pluton. Cette opportunité présentant l'avantage de pouvoir observer la planète à la fois depuis la sonde et depuis la Terre, le télescope spatial Hubble était alors mis à contribution dans le cadre d'une campagne d'observation. Les résultats viennent d'être publiés dans les Geophysical Research Letters.

Satellite de Jupiter, Io est surtout connu pour son volcanisme très actif dont l'énergie nécessaire provient vraisemblablement des interactions de marée entre Io, Europe, Ganymède et Jupiter. Les trois satellites sont en résonance orbitale 4-2-1, et Io présente toujours la même face à la planète. Mais cette immobilité théorique est perturbée par la présence d'Europe et Ganymède, qui font légèrement vaciller Io sur son axe. Cette oscillation entraîne un soulèvement régulier de sa surface d'une centaine de mètres, qui à son tour produit de la chaleur par friction interne et engendre le volcanisme observé.

Le volcan Tvashtar sur Io, vu par New Horizons. Crédit Nasa

Les particules électriquement chargées émises par les volcans sont relâchées dans la banlieue de Jupiter et entrent en rotation autour de la planète géante en formant un tore. Mais Io se trouve à l'intérieur de cette vaste formation et finit par constituer lui-même un obstacle. Dans ce flot de particules, un front d'ondes se forme, de la même manière qu'un rocher émergé produit des vagues dans le courant d'une rivière. Ces ondes atteignent l'atmosphère de Jupiter et y génèrent des aurores semblables à celles que l'on peut voir sur Terre. Ces émissions aurorales sont observées dans chaque hémisphère de Jupiter et étaient déjà connues sous le nom d'empreintes de Io.

Il est très probable que ce phénomène ne soit pas exceptionnel et se produise même fréquemment entre certaines exoplanètes et leur étoile. En revanche, la Lune est incapable de générer des aurores sur Terre en raison de son trop grand éloignement et de sa faible conductivité.

Des taches symétriques de part et d'autre de Jupiter

L'empreinte de Io, telle qu'elle était observée jusqu'ici, consistait en une tache blanche brillante, souvent suivie d'autres taches d'intensités décroissantes en aval par rapport au flux de particules. Mais pour la première fois, les chercheurs de l'Université de Liège, en collaboration avec une équipe de l'Université de Cologne (Allemagne), ont mis en évidence l'apparition systématique d'une autre tache, non plus en aval mais en amont de la tache principale. Mieux, ils ont aussi démontré que lorsque la tache principale était précédée d'une tache en amont dans un hémisphère, des taches apparaissaient toujours en aval de sa correspondante dans l'autre hémisphère.

Empreinte de Io dans l’hémisphère Nord (a) accompagnée d’une seconde empreinte dans l’hémisphère sud (b). Crédit : American Geophysical Union

« Avant, on n'avait observé que des taches en aval de la tache principale, mais seule la moitié des configurations possibles de Io dans le champ magnétique de Jupiter avait été étudiées. Maintenant, on a une vue complète du phénomène et le résultat est assez surprenant parce que cette tache en amont n'était pas du tout prévue par les modèles », s'étonne Bertrand Bonfond, doctorant au Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire de l'Université de Liège.

Une nouvelle théorie a été émise par les chercheurs, postulant l'existence de faisceaux d'électrons capables de voyager d'un hémisphère à l'autre.

Illustration en 3D du mécanisme proposé pour expliquer l’interaction entre les taches des hémisphères nord et sud de Jupiter. Crédit : LPAP/Université de Liège

Des aurores atypiques

Parallèlement à cette découverte, Aikaterini Radioti, une chercheuse grecque en séjour post-doctoral au Laboratoire de Physique atmosphérique et planétaire de l'Université de Liège, a démontré l'existence d'une discontinuité systématique dans l'ovale auroral observé autour de chaque pôle de Jupiter.

Image en ultraviolet du pôle nord de Jupiter réalisée par le télescope spatial Hubble. L’empreinte de Io est visible, ainsi qu’une discontinuité dans l’ovale auroral. Crédit : LPAP/Université de Liège

Cette observation, qui a été obtenue à partir des données transmises par le télescope spatial Hubble, prouve l'existence d'inhomogénéïtés dans la circulation des particules chargées autour de Jupiter ainsi que dans les processus physiques qui se produisent dans la magnétosphère. Ces résultats viennent d'être publiés dans le Journal of Geophysical Research.

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