Vue de Jupiter capturée par la sonde Juno le 25 février 2022. L'ombre sur la gauche de l'image est causée par l'un de ses satellites, Ganymède. © Nasa / JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Sciences

Jupiter aurait dévoré des planétésimaux au cours de sa jeunesse

ActualitéClassé sous :Jupiter , structure interne de Jupiter , Planète géante gazeuse

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Bien qu'essentiellement composée d'hydrogène et d'hélium, Jupiter contient également des éléments plus lourds en plus faibles concentrations, appelés métalliques ; une nouvelle étude suggère que la jeune Jupiter aurait accrété des planétésimaux rocheux pour atteindre les concentrations en éléments métalliques qu'on lui connait aujourd'hui. 

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Cinquième planète de notre Système solaire par ordre de distance à notre étoile, Jupiter en est en revanche la plus grande (près de 140.000 kilomètres de diamètre) et la plus massive (plus de 300 fois la masse de la Terre). D'une composition similaire à celle du Soleil, essentiellement constituée d'hydrogène et d'hélium, la géante gazeuse s'est vraisemblablement formée par accrétion de matériaux dans la nébuleuse solaire. Mais la présence d'éléments dits métalliques, plus lourds que l'hélium, semble indiquer que Jupiter n'aurait pas seulement accrété des matériaux gazeux lors de ses premières phases d'existence, mais également des éléments métalliques, provenant potentiellement de proto-planètes solides, appelées planétésimaux. 

De nombreuses sondes pour étudier la géante du Système solaire

Malgré la visite de plusieurs sondes depuis le début des années 1970, Jupiter regorge toujours de mystères : les belles volutes de gaz que l'on lui connait ne sont représentatifs que des 50 kilomètres supérieurs de l'atmosphère de la planète, obstruant ainsi toute vision que l'on pourrait avoir de sa structure et de sa composition interne.

En 1995, la sonde Galileo se place en orbite autour de Jupiter et y largue une petite sonde atmosphérique, nous apportant ainsi de précieuses informations sur la composition des couches supérieures de son atmosphère, avant d'être écrasée par la forte pression qui y règne. Il a alors fallu attendre 2016 pour que la sonde Juno de la Nasa se place en orbite autour de Jupiter avec, pour objectif, de collecter des données sur les couches internes de la planète, notamment grâce à l'étude de son champs gravitationnel. Elle est aujourd'hui encore en fonctionnement, et la Nasa prévoit l'arrêt de la mission courant 2025. 

Vue simplifiée de la structure interne de Jupiter. © Encyclopedia Britannica

Des processus de formation encore débattus

Bien que l'idée que Jupiter se soit formée par accrétion de gaz dans le nuage protosolaire soit communément acceptée, la période et les processus d'accrétion d'éléments métalliques sont encore sujets à débat. La majorité de la communauté scientifique s'accorde à affirmer qu'au cours de sa formation, la planète aurait d'abord accrété des matériaux rocheux, puis aurait suivi une rapide période d'accrétion gazeuse, lui donnant ses dimensions actuelles. Mais la période d'accrétion de matériaux rocheux demeure très floue : la planète aurait-elle pu accréter de larges corps rocheux -- des planétésimaux -- lors de ses premières phases d'existence, ou bien se serait-elle cantonnée à capturer des débris ? 

Une nouvelle étude prétend pouvoir trancher, grâce à l'exploitation des données gravitationnelles recueillies par Juno : d'après les auteurs, les indices sur la formation et l'évolution de Jupiter résident dans les profondeurs de son atmosphère. En cartographiant la présence d'éléments métalliques au cœur de la planète, dérivée des mesures réalisées par l'instrument Gravity Science monté sur la sonde, les scientifiques sont parvenus à mettre en évidence le caractère fortement inhomogène de son atmosphère : la majorité des éléments métalliques sont concentrés vers le centre, pour une masse totale variant entre 11 et 30 fois la masse terrestre.

Ainsi, Jupiter aurait continué à accréter de grandes quantités d'éléments métalliques au cours de l'extension de son enveloppe gazeuse

D'après les auteurs de l'étude, lorsqu'une protoplanète est assez massive, elle commencerait à expulser les débris environnants, du fait de leur trop faible masse ; pourtant, la richesse en éléments métalliques observée dans la géante gazeuse n'aurait pas pu être atteinte avant que Jupiter ne soit trop massive pour repousser tous les débris, impliquant alors le rôle de corps rocheux plus massifs dans les premières phases d'accrétions de la planète.

Ainsi, Jupiter aurait continué à accréter de grandes quantités d'éléments métalliques au cours de l'extension de son enveloppe gazeuse, remettant en cause l'hypothèse de deux périodes d'accrétion distinctes. De plus, le caractère inhomogène de l'atmosphère de Jupiter semble au passage démontrer l'absence de processus convectifs efficaces dans ses couches internes, que les scientifiques pensaient auparavant présents. 

En plus d'une vision bien plus précise de la composition interne de Jupiter et de ses processus d'évolution, cette étude pourrait également avoir des répercussions sur l'étude des exoplanètes gazeuses et de leur métallicité

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