Astronomie : la sonde Juno s’est mise en orbite autour de Jupiter

C’est la fin du voyage pour Juno. La sonde de la NASA chargée d’explorer Jupiter est arrivée à destination pendant la nuit du 4 au 5 juillet. Presque cinq ans après avoir quitté la Terre, l’engin spatial s’est satellisé autour de la planète. Avant de réaliser, durant les prochaines semaines, une série de manœuvres qui lui permettront de se placer, fin octobre, sur l’orbite où il pourra commencer ses observations. Celles-ci ont pour but de préciser l’origine de l’astre et sa composition, ainsi que les caractéristiques de son atmosphère et de sa magnétosphère.

Si tout se déroule comme prévu – ce qui n’est pas garanti, tant l’environnement dans lequel va circuler la sonde est hostile –, Juno devrait, au terme de sa mission d’une année, fournir aux astronomes assez de données pour résoudre nombre des mystères joviens. Monde surdimensionné dont la masse représente, à elle seule, les deux tiers de celle qui est cumulée de tous les objets célestes gravitant autour de notre étoile, Jupiter est la clé de l’évolution du Système solaire.

Apparu avant la Terre dans le disque de gaz et de poussières qui entourait alors notre jeune Soleil, l’astre a joué un rôle prépondérant dans la formation et les mouvements des autres planètes. Sa composition ayant peu évolué, il pourrait livrer des informations sur les conditions qui régnaient dans le milieu interstellaire à cette époque reculée. Et donc, expliquait le 16 juin Scott Bolton, le principal investigateur de Juno, « en définitive, permettre de comprendre comment naissent les systèmes solaires en général ».

Ballet cosmique

Malgré les multiples missions spatiales qui, des sondes Pioneer et Voyager à Cassini et Galileo en passant par Ulysses, l’ont visitée, la plus grande des planètes du Système solaire reste mal connue. « Sa structure interne, sa genèse ou encore les mécanismes à l’origine de son champ magnétique intense ou des tempêtes qui surviennent, de temps à autre, à sa surface sont amplement ignorés », indique Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS à l’Observatoire de la Côte d’Azur, et co-investigateur de la mission.

Juno a la prétention de combler les plus grosses de ces lacunes. A la différence des missions précédentes, qui ont consacré une partie de leur temps à l’étude des lunes joviennes, la sonde aura l’avantage de s’intéresser exclusivement à Jupiter. « Elle sera surtout, si l’on excepte le bref survol effectué en 1992 par la sonde Ulysses de la NASA et l’ESA [l’Agence spatiale européenne], le premier engin spatial de l’Histoire à scruter la planète hors de son plan équatorial, et d’aussi près », précise Philippe Zarka, directeur de recherche du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Lesia).

En effet, à partir d’octobre, le satellite artificiel se lancera dans un lancinant ballet cosmique consistant à parcourir une série de 34 orbites qui le feront passer, tous les quatorze jours, à 10 000 kilomètres au-dessus de chaque pôle. Jupiter tournant sur elle-même en dix heures environ, ces révolutions successives lui permettront non seulement de balayer, en un an, l’ensemble de la surface de l’astre, mais aussi d’en avoir un aperçu détaillé. Se faufilant entre la planète et les dangereuses « ceintures de radiation » de Jupiter où circulent des particules hautement énergétiques susceptibles de détruire son électronique de bord, la sonde survolera les régions équatoriales à moins de 5 000 kilomètres d’altitude.

Un noyau probablement liquide

Juno profitera de ces conditions idéales pour réaliser des mesures inédites. Elle dressera, notamment, des cartes cent fois plus précises que celles du champ gravitationnel et du champ magnétique joviens qui sont disponibles aujourd’hui. Associées les unes aux autres, ces données aideront les astronomes à révéler ce qui se cache sous la couche la plus superficielle de la planète.

La théorie la plus couramment admise, qu’il s’agira de préciser, suggère que, la température et la pression augmentant à mesure que l’on descend en profondeur, l’hélium et l’hydrogène moléculaires, dont est essentiellement constitué Jupiter, prennent une forme liquide. Ce dernier composé, lorsque la pression atteint un million de fois celle de l’atmosphère de la Terre, se transformerait en un fluide métallique dont les mouvements, générateurs de courants électriques, seraient à l’origine du formidable champ magnétique jovien, vingt fois plus intense en surface que celui de la Terre.

Enfin, enfermé dans cette enveloppe, un « noyau », peut-être solide mais plus probablement liquide, occuperait la partie centrale de la planète. Correspondant au reliquat du corps primitif de glaces et de silicates à partir duquel Jupiter se serait formée en captant l’hydrogène et l’hélium présents dans son environnement, cette structure focalise l’attention des chercheurs. Ils voudraient établir si elle a jamais réellement existé, si elle existe encore et, le cas échéant, en déterminer la masse.

Juno tentera par ailleurs de préciser la composition de Jupiter. La planète géante, 318 fois plus massive que la Terre, est constituée d’environ 90 % d’hydrogène et d’hélium, auxquels s’ajoute un pourcentage d’éléments autres (oxygène, azote, carbone…). Leurs quantités ne sont pas précisément connues. « Grâce aux deux spectromètres et au radiomètre dont elle est équipée, la sonde pourra dresser une carte des divers composés présents en surface. Et même sonder pour la première fois en profondeur l’atmosphère de Jupiter, pour tenter d’en déduire les teneurs en eau », explique Pierre Drossart, le directeur du Lesia, associé à l’instrument Jiram (Jovian InfraRed Auroral Mapper) de Juno.

Aurores permanentes

Diverses observations ont montré que les brumes d’ammoniac qui recouvrent la planète, et qui sont à l’origine de ses structures colorées les plus apparentes – les fameuses « bandes », « zones » et « vortex » –, cachent par endroits des nuages d’eau circulant à des altitudes plus basses. Ceux-ci pourraient jouer un rôle important dans l’étrange « météorologie » de Jupiter, laquelle est radicalement différente de celle de la Terre. Ils seraient en particulier impliqués dans la formation des violentes tempêtes joviennes.

En plus de déterminer si les mouvements de l’atmosphère, visibles en surface, trouvent leur origine en profondeur, l’un des enjeux de la mission Juno est d’établir le volume de cette eau. Les mesures réalisées en 2003 par Galileo juste avant sa désintégration ont montré que celui-ci est faible. Mais la sonde, dont la mission s’était terminée par une plongée vers Jupiter, était peut-être tombée dans une région aride.

Enfin, Juno s’intéressera à la magnétosphère. Cette « bulle », formée par le champ magnétique de Jupiter dans le flux de particules chargées émis en permanence par le Soleil, a des caractéristiques différentes de celle qui entoure la Terre. Dus à l’activité des anneaux et de certaines lunes joviennes, comme le satellite Io, des phénomènes géophysiques complexes encore mal compris ont lieu dans cette zone de l’espace où circulent des nuages de plasma faits d’électrons, de protons et d’ions. Ils se manifestent par l’apparition, au-dessus des pôles de Jupiter, d’immenses aurores, permanentes par endroits et intermittentes ailleurs.

Juno sera la première mission à observer depuis les hautes latitudes ces structures détectables uniquement dans le domaine de l’ultraviolet. Fournissant, là encore, aux astronomes de quoi travailler et réfléchir durant plusieurs décennies.