Jupiter, le Maître des dieux

Profil de l'atmosphère (II)

L'analyse de la trajectoire des sondes spatiales Pioneer 10 et surtout Galileo qui plongea jusqu'à 150 km sous la couche supérieure de nuages confirme qu'il n'existe aucune inhomogénéité dans l'atmosphère jovienne. Celle-ci ne présente donc pas de surface solide mais bien une gradation constante vers un état solide central.

Selon le Dr Hubbard de l'Université d'Arizona qui analysa le profil de la température intérieure de Jupiter, les zones claires qui forment la partie supérieure de la couche nuageuse se situent au niveau 100 mb et présentent une température de -160°C. Les zones claires sont 9° plus froides que les bandes sombres et se situent à une altitude supérieure d'environ 20 km à celle des bandes colorées, phénomène qui peut s'expliquer par des courants ascendants.

Le sommet de l'atmosphère de Jupiter est constitué de trois couches nuageuses de composition différentes entrecoupées de zones "d'éclaircies". Une première couche de nuages s'étend sur 8 km et se compose de cristaux d'ammoniac, semblables à nos cirrus. Après avoir traversé une zone plus claire la sonde Galileo découvrit juste sous celle-ci la couche sombre des bandes, composée en surface d'hydrogène moléculaire et d'hélium mêlés à de l'ammoniac. Cette couche s'étend sur 40 kilomètres et se compose en profondeur de cristaux d'hydrosulfide d'ammonium (NH₄SH). Elle laisse entrevoir de temps en temps une couche inférieure claire qui se compose d'une quantité plus importante de cristaux de glaces et d'eau.

Plus bas, vers 80 km de profondeur, où la température est celle d'une agréable pièce de séjour, des gouttelettes d'eau se trouvent en suspension. A 150 km de profondeur la NASA perdit le signal de la sonde Galileo.

L'altitude des nuages A gauche, l'altitude des couches nuageuses supérieures est corrélée avec la couleur des nuages : les nuages rouges sont les plus élevés suivis par les nuages bruns et blancs tandis que les nuages bleus sont les plus profonds. A droite photographiée dans le proche infrarouge par la sonde spatiale Galileo, nous pouvons évaluer la hauteur des formations dans la région de la Grande Tache Rouge. En fonction de l'absorption sélective de la lumière, les couleurs ont été arbitrairement attribuées. Les nuages de méthane de haute altitude sont représentés en rouge (886 nm), les nuages moyens en vert (732 nm) et les nuages bas en bleu (757 nm). Leur couleur détermine leur altitude : les régions roses sont des brumes de haute altitude, les zones blanches des nuages épais élevés tandis que les zones bleues ou noires sont les plus profondes. La Grande Tache Rouge apparaît ainsi surélevée par rapport au milieu ambiant de même que certains petits nuages situés au nord-est et au nord-ouest à l'instar des nuages d'orage que l'on connaît sur Terre. Des mesures préliminaires indiquent que ces nuages isolés culminent à plus de 30 km au-dessus de la couche nuageuse. Photographies réalisées par Galileo respectivement le 10 février 1997 et le 26 juin 1996. Cliquer sur ces magnifiques images pour les agrandir (max. 800x650). Documents NASA/JPL.

Les nuages d'altitude ont une température 20° plus élevée que celle de l'atmosphère en équilibre du modèle théorique, -148°C au lieu de -168°C et augmente avec l'altitude. Sur Terre la température diminue à mesure que l'on monte dans l'atmosphère. Cette variation adiabatique inversée de la température s'explique par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz et est lié à la libération d'énergie du noyau. Il se contracte à raison de quelques millimètres par an, en libérant de l'énergie gravitationnelle sous forme de chaleur. A l'inverse de la Terre dont la chaleur et les vents sont induits par le Soleil, c'est la chaleur interne dégagée par Jupiter qui est à l'origine des courants atmosphériques. C’est ainsi que Jupiter libère 2.5 fois plus d'énergie qu'il n'en reçoit du Soleil. Ceci explique aussi les courants ascendants chauds qui existent en permanence dans la troposphère. Cette découverte mérite un mot d'explication.

En traversant les couches denses de l'atmosphère en direction du noyau, l’hydrogène passe graduellement de la phase gazeuse à celle liquide et sous la pression change progressivement d'état pour devenir métallique. Un processus similaire se produit dans le noyau de Saturne.

L'hydrogène métallique liquide est constitué de protons ionisés et d'électrons (à l'image de l'intérieur du Soleil, mais à un niveau de température bien moins élevé). Cette matière est conductrice d'électricité et est à la source du champ magnétique de Jupiter.

Jupiter présente un albédo de 0.52 (il réfléchit 52% de la lumière solaire) et il reçoit moins de 4% de l'énergie solaire qui tombe sur Terre. La nucléosynthèse stipule que si sa masse avait été au moins 60 fois supérieure, il aurait brillé comme une étoile. Mais son noyau n'est porté qu'à 30000°C, loin des millions de degrés indispensables aux réactions thermonucléaires et supporte une pression d'environ 100 millions d'atmosphères. Il est en fait une pseudo-étoile, une étoile "ratée" qui n'a pas trouvé la matière nécessaire pour amorcer les réactions thermonucléaires de fusion.

Des vents très turbulents

Contrairement à ce qui se produit sur Terre, la face obscure de Jupiter présente la même température que sa face ensoleillée. Ce phénomène s'explique par la rotation élevée de Jupiter qui entraîne les courants chauds d'une hémisphère à l'autre, plus rapidement que le temps nécessaire à la dissipation de la chaleur dans l'espace.