Jupiter, le Maître des dieux

Les anneaux de Jupiter (IV)

Le 5 mars 1979, au grand étonnement des astronomes, la sonde spatiale Voyager 1 découvrait près du satellite Amalthée l'existence d'un système d'anneaux autour de Jupiter. Il est infime vis-à-vis des anneaux qui encerclent Saturne (65000 x 1.5 km), avec une largeur moyenne de 6500 km et une épaisseur de l'ordre de 30 km.

Ce système d'anneaux se divise en plusieurs éléments :

- L'anneau de halo qui commence 20500 km (comptés à partir du sommet des nuages supérieurs) et présente une largeur de 30500 km avec une épaisseur estimée à 20000 km. C'est la partie la plus pâle et diffuse de l'anneau. 

- L'anneau principal situé à 51000 km, large de 6440 km pour moins de 30 km d'épaisseur. Sa masse est estimée à 10¹³ kg.

- L'anneau de Gossamer intérieur qui commence à 57440 km et présente une largeur de 52060 km.

- L'anneau de Gossamer extérieur qui commence à 109500 km et présente une largeur de 40000 km.

Ces anneaux sont très sombres avec un albédo proche de 0.05. Ils doivent être composés de particules solides sans glace contrairement à ceux de Saturne. Ils se composent de particules si fines qu'elles sont invisibles à l'oeil nu et se présentent comme une masse unique lorsqu'ils sont éclairés à contre-jour. Leur concentration est probablement 100000 fois plus faible que celle des anneaux de Saturne. La partie intérieur des anneaux (l'orbite de halo) est élargie en raison de l'intense champ magnétique de Jupiter.

La sonde Galileo permit de confirmer que la structure des anneaux était très fragile, impliquant qu'il s'agit d'une formation, ou très récente ou qui se régénère en permanence à partir de la poussière micrométéoritique soulevée par les impacts sur les satellites galiléens. L'attraction de Jupiter est en effet telle qu'il doit exister un processus de régénération continu des anneaux qui subissent par ailleurs une forte altération en raison de la résistance atmosphérique et des effets magnétiques. D'après leur composition, il peut s'agir de débris expulsés par l'activité volcanique du satellite Io qui se trouve pratiquement à la même distance que la Lune de la Terre.

Les anneaux de Jupiter Au moins 15 fois plus épais que ceux de Saturne, les anneaux de Jupiter sont cependant 10 fois moins larges et mesurent quelque 6500 x 30 km. Bien que Jupiter soit deux fois plus proche du Soleil que Saturne, les anneaux sont tellement minces qu'il faut user de techniques infrarouges pour les mettre en évidence. Document NASA/Calvin J.Hamilton.

Un cortège de 63 satellites et quelque

Au tournant du XVII^eme siècle, Galilée et Marius découvrirent indépendamment l'une l'autre au moyen d'une lunette qui grossissait à peine 30 fois les quatre principaux satellites de Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto dans l'ordre de leur éloignement à Jupiter. Une lunette de 50 mm d'ouverture permet déjà de les observer comme de petites étoiles brillants autour de Jupiter. En hommage à son créancier, le Grand-Duc de Toscane, Come II de Médicis, Galilée baptisa les quatre objets les "étoiles Médicéennes". Toutefois ce sont les noms proposés par Marius que l'Histoire retenut.

Ainsi que Galilée l'avait compris, Jupiter représente un véritable système solaire en miniature. Les satellites galiléens circulent entre 421000 km et 1880000 km du centre de Jupiter. Jusqu'à présent, on a découvert 63 lunes dont voici les éléments orbitaux. 54 d'entre elles ont une forme irrégulière et sont visiblement des astéroïdes capturés par Jupiter dans un lointain passé, lorsqu'il se condensait encore pour trouver sa taille d'équilibre. 53 satellites gravitent à plus de 10 millions de kilomètres de distance (la majorité à plus de 20 millions de km) et 15 parmi eux ont un mouvement rétrograde (ils orbitent dans la direction opposée au sens de la rotation de Jupiter).

Les satellites galiléens

Avant toute chose il faut savoir que Io, Europe et Ganymède sont gravitationnellement liés entre eux par des forces de marée qui maintiennent leur période orbitale dans une résonance 1:2:4, les forçant tous trois à évoluer de concert. Mais on peut dire que Callisto fait partie du groupe car d'ici quelques centaines de millions d'années il sera pris dans ce système, forcé de graviter avec une période double de celle de Ganymède et de huit fois celle d'Io (résonance 1:2:8).

Les satellites galiléens De gauche à droite les satellites Callisto, Ganymède, Europe et Io. A titre de comparaison le point rouge est le petit satellite Amalthée. Document NASA/STSCI.

Io : toujours en activité

Dans tout le système solaire hormis la Terre, seuls Io, Titan et Encélade (satellites de Saturne) ainsi que Triton (satellite de Neptune) présentent encore une activité volcanique, mais l'activité d'Io est la plus intense.

Situé à 421600 km de Jupiter, Io présente la même densité et aussi gros que la Lune. Il fut survolé en 1979 par Voyager 1 qui renvoya des images d'un astre orange tellement tacheté et mouvementé que certains membres du JPL l’ont surnommé la "pizza". De fait, avec ses 3640 km de diamètre, sa surface est couverte d'environ 300 calderae ou cratères volcaniques d'environ 40 km de diamètre. Sur les huit volcans en activité lors du survol de Voyager 1, un seul est apparu au repos cinq mois plus tard, lors du survol de Voyager 2. L'un d'eux, Ra Patera, forme une base de 250 km, sur laquelle s'écoule des laves soufrées sur plus de 150 km.

L'aspect de Io mérite bien son surnom de "pizza". Cliquer sur l'image pour lancer une animation faite à partir des images prises par la sonde Galileo (MPEG de 889 KB). La formation en arc de cercle noir à droite du centre est Loki Patera. A droite, la région volcanique active de Ra Patera et son réseau de coulées de laves peut-être soufrées. Cette formation en bouclier ressemble à nos volcans hawaiiens, présentant une forme bombée avec des pentes douces. Ra Patera n'était pas actif en 1979 mais changea de physionomie en 1995 et 1996 probablement suite à de nouvelles éruptions volcaniques. Documents NASA/JSDC/LPI.

Des clichés d'Io traités sur ordinateur permirent à Linda Morabito du JPL de découvrir par hasard en 1979 des projections volcaniques (plumes) en très haute altitude au-dessus du volcan Prométhée. De la hauteur des plumes on en a déduit que les gaz étaient éjectés à environ 3600 km/h, une vitesse dix fois supérieure à celle des volcans terrestres. Ces projections se font à intervalles plus ou moins réguliers mais rarement de façon explosive, confirmant le caractère intense et constant du volcanisme d’Io. Toutes ces projections recouvrent annuellement la surface d’Io d’une couche d’un centième de millimètre, une épaisseur qui est élevée.

En fait Io est dans une phase éruptive similaire à celle que connu la Terre voici plusieurs milliards d'années. Tout récemment une nouvelle caldera entra en éruption. Mais contrairement à ce qui passe dans la relation Terre-Lune, Io est sous l'emprise gravitationnelle et magnétique de Jupiter et les mouvements des masses perturbent gravement le petit satellite au point que sa surface se déforme, poussée par le magma sous-jacent. Ainsi le 19 février 2001 un volcan se réveilla en expulsant une fontaine de soufre à 1500 m d'altitude et des projections jusqu'à 500 km au-dessus de la surface. A ce jour cette éruption est la plus intense observée sur Io. Elle équivalait à 6500 fois l'éruption de l'Etna de 1992. En deux jours les rejets couvrirent une superficie équivalente à la région parisienne !

L' atmosphère d'Io est inférieure au dix millionième de celle de la Terre et ne peut donc jouer aucun rôle éolien qui éroderait ou transporterait ces projections. Les plumes d'anhydride sulfureux sont éjectées à des centaines de kilomètres d'altitude, se transforment en nuages de dioxyde de soufre puis retombent, modelant la surface en permanence. Des volcans s'éveillent puis s'assoupissent, déversant des flots de matière soufrée sur le sol très froid (-150 à -200°C), donnant à la surface d'Io une gamme de colorations tout en nuances de beiges et d'oranges. Si ce volcanisme existe depuis quelques milliards d'années, son écorce peut-être épaisse d’environ 20 km et se composerait de matière soufrée mêlée d’un peu d’eau.

Voyager et plus récemment Galileo ont également découvert des régions accidentées sur Io, mais aucun cratère de moins d'un kilomètre de diamètre. Les impacts météoritiques les plus récents remontent à plus d'un million d'années. Les autres ont probablement été engloutis dans les écoulements soufrés suintant des fractures de la croûte. D'autres formations culminent jusqu'à 10 km d'altitude, plus haut que l'Everest (8.9 km) telle Haemus Montes. Ces reliefs très élevés couvrent  environ 2% de la surface d'Io mais leur origine demeure incertaine. Selon certains indices il s'agirait de déformations tectoniques, ultimes témoins de l'ancienne croûte. La plupart des volcans se concentrent sur une bande de 30° de part et d'autre de l'équateur et sur une seule hémisphère.  

Selon les géologues attachés au projet Voyager, l'activité volcanique d'Io implique qu'il existe une matière en fusion sous l'écorce. Avec une densité de 3.5, Io est un corps rocheux comme la Terre ou la Lune, mais principalement composé de silicate (Si, AlO₄) que certains pensent enrichi en soufre. Le manteau est recouvert d'une écorce de silicate à laquelle se mêle du soufre et du dioxyde de soufre. Ci et là des lacs de soufre en fusion alimenteraient les volcans et combleraient les fractures en dioxyde de soufre. Les vallées polaires, très froides, sont probablement recouvertes de neige de cristaux d'oxyde de soufre, tandis qu'en altitude du dioxyde de soufre gazeux stagne, donnant à Io une odeur d'oeufs pourris très irritante. Selon le physicien américain Stanton Peale de l'Université de Californie à Santa Barbara qui prédit l'existence des volcans sur Io avant même les découvertes de Voyager, cette chaleur interne atypique est probablement entretenue par un phénomène de marées provoquée par l’attraction de Jupiter sur son satellite, conjuguée aux perturbations induites par Europe et Ganymède, produisant des déformations de la croûte qui entraîneraient une friction interne de la matière et une dissipation de chaleur.

Enfin, Io traîne à sa suite un nuage de plasma, riche en soufre et en hydrogène ionisés provenant des éjections volcaniques. Nous avons noté que Io gravitait dans les ceintures de radiations de Jupiter. Voyager 1 a également découvert l'existence d'un tore qui relie Io à l'ionosphère de Jupiter par un circuit fermé. Son intensité atteint 5 millions d'ampères et produit des aurores polaires dans la haute atmosphère jovienne. Son origine demeure inexpliquée mais est liée aux lignes de force du champ magnétique de Jupiter. On a aussi détecté un nuage de sodium autour d'Io, vraisemblablement composé de particules arrachées du sol par le bombardement cosmique.

Prochain chapitre

Europe, Ganymède et la mission Galileo