Une vue du pôle sud de Jupiter prise par la sonde Juno. Le traitement de Gabriel Fiset, citizen scientist (scientifique citoyen), accentue le contraste entre les différents motifs dans la haute atmosphère. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Gabriel Fiset

Sciences

Jupiter a trois pôles magnétiques : une belle découverte de la sonde Juno

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Le champ magnétique de Jupiter est le plus grand du Système solaire, après celui du Soleil lui-même. Sa cartographie, précisée par la sonde Juno, en orbite autour de la géante, a révélé plusieurs surprises. Bien différent de celui de la Terre actuelle, il possède par exemple un second pôle sud juste sous l'équateur de Jupiter.

La sonde spatiale Juno a pris le relais de Galileo lorsque la Nasa a réussi sa mise en orbite autour de Jupiter le 4 juillet 2016. Ses prédécesseurs, comme les sondes Voyager, avaient déjà permis de sonder et de commencer à cartographier le champ de gravité et le champ magnétique de Jupiter. Mais sur son orbite polaire elliptique lui faisant survoler la surface de la géante gazeuse à seulement 4.000 km tous les 53 jours environ, Juno permet de faire beaucoup mieux.

Tout comme pour la Terre, la mesure précise des caractéristiques de ces champs permet de remonter à la structure interne de la planète, ce qui, en retour, donne des informations et des contraintes sur la formation et donc l'origine de Jupiter, indirectement aussi sur l'origine du Système solaire. En bonus et en complément, Juno permet aussi d'étudier la dynamique et la composition de l'atmosphère de Jupiter et son évolution.

Les astrophysiciens et planétologues attelés à l'étude du champ magnétique de Jupiter viennent de publier les derniers résultats de leurs travaux dans un article de Nature. Ils annoncent que ce champ est très particulier, ne ressemblant pas à celui produit par la Terre.

Juno et l'étude du champ magnétique de Jupiter. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NASA Goddard

Juno révèle le champ magnétique complexe et asymétrique de Jupiter

De manière générale, de la même façon qu'un son est une composition de plusieurs ondes simples, chacune d'une fréquence et d'une amplitude données, le champ magnétique d'une planète peut être décomposé en ce que l'on appelle une somme d'harmoniques sphériques. Le premier terme de cette somme représente l'équivalent du champ d'un aimant simple avec deux pôles. Il existe donc des champs plus complexes avec une structure qui peut être très variable. Par analogie, on peut prendre l'exemple de la surface de la Terre qui n'est pas celle d'un simple ellipsoïde de rotation du fait de la topographie.

Dans le cas de Jupiter, les mesures de Juno révèlent un hémisphère nord avec un champ magnétique assez tourmenté, avec des harmoniques différentes de celles d'un aimant plus importantes que celui de la Terre. Surtout, les survols rapprochés ont permis d'établir la présence d'une sorte de second pôle sud juste au-dessous de l'équateur.

Les planétologues s'interrogent sur la signification de ces caractéristiques asymétriques du champ magnétique de Jupiter. Sur Terre, le champ est beaucoup plus symétrique et il est produit par une dynamo auto-excitée, qui est reproduite dans l'expérience VKS ou à l'aide de simulations numériques gourmandes en calculs. Cette dynamo repose sur l'existence de courants de convection turbulents affectés par la rotation de notre planète dans la partie liquide du noyau composé d'un alliage de fer et de nickel.

Bien sûr, Jupiter n'est pas la Terre. La géante gazeuse est composée très majoritairement d'hydrogène et d'hélium, qui ne sont pas des fluides censément conducteurs. Cependant, tout change à grandes profondeurs et à hautes pressions. L'hydrogène se comporte alors comme un métal qui peut rester fluide dans certaines conditions. Il devient donc conducteur et peut être entraîné dans des courants de convection, animés par la chaleur d'accrétion laissée par la formation de Jupiter et qui ne se dissipe qu'en un temps très long, se mesurant en milliards d'années.

Pour rendre compte de la complexité du champ magnétique de Jupiter, plusieurs explications ont été avancées, de la présence d'un noyau rocheux, suspecté depuis quelque temps, jusqu'à l'existence de régions sans convection du fait de leurs compositions particulières en hélium. Juno va poursuivre sa collecte de données qui nourriront des simulations numériques de plus en plus performantes avec la montée en puissance des ordinateurs. Il sera peut-être possible, dans un avenir proche, de départager les différents modèles de l'intérieur de Jupiter.

  • Sur une orbite elliptique polaire la faisant passer à seulement 4.000 km de la surface de Jupiter tous les 53 jours environ, la sonde Juno permet une cartographie précise du champ magnétique.
  • Elle vient de révéler un champ magnétique plus complexe que prévu, asymétrique avec un hémisphère nord complexe et un troisième pôle magnétique sud juste sous l'équateur de Jupiter.
  • Ces données vont nourrir des simulations de l'intérieur de Jupiter en posant des contraintes sur son éventuelle dynamo auto-excitée engendrant un champ né des courants de convection de l'hydrogène métallique fluide au centre de la planète.
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