Mise
à jour 8 Novembre 2022
CONFÉRENCE de Florian DEBRAS
De l’IRAP et de l’école Polytechnique sur :
« JUPITER VUE PAR LA
SONDE JUNO »
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 29 Octobre 2022 à 15H00
À l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent
m'être demandées directement)
Les
photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
Voir les crédits des autres photos et des animations.
Le
conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est
disponible sur
ma liaison ftp et
se nomme :
Juno_FDebras_SAF.pdf,
qui se trouve dans le dossier
PLANETOLOGIE-SAF/ saison 2022-2023. C’est une version pdf qui ne contient pas
les animations. Animations que j’essaierais le plus possible d’inclure dans mon
CR.
Ceux
qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
La
vidéo se trouve ici :
https://youtu.be/NAAAsU0H_Z4
Elle
est classée dans la playlist commission Planétologie de la SAF :
https://www.youtube.com/watch?v=NAAAsU0H_Z4&ab_channel=Soci%C3%A9t%C3%A9AstronomiquedeFrance
Florian Debras sort de Polytechnique où il s’est spécialisé en physique et
astrophysique, sa dernière année s’étant effectuée à l’Observatoire de Paris.
Post
doc d’abord à l’ENS Lyon où il commence à travailler sur les données de Juno et
ensuite à
l’IRAP
(Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie) de Toulouse.
Où il
est finalement engagé de façon permanente en 2020.
Il
travaille principalement sur les exoplanètes et les planètes géantes.
Il
nous parle ce soir de la mission JUNO vers la planète Jupiter.
Tout
d’abord, pourquoi étudier Jupiter ?
C’est
la plus grosse planète de notre système solaire : 317 masses terrestres, 1300 en
volume
Elle
a participé activement à la formation et à l’évolution du système solaire
C’est
un laboratoire parfait pour étudier la physique des hautes pressions
On
aimerait connaitre la concentration en eau de son atmosphère.
LA
MISSION JUNO.
Je
reprends un texte déjà écrit à propos de cette mission :
Le
5 Août 2011, la NASA lance à bord d’une fusée Atlas Centaur, la nouvelle sonde
jovienne, baptisée JUNO (Junon en français, l’épouse et la sœur de Jupiter ou
Zeus).
Le
chemin sera comme toujours tortueux à
cause du volume de carburant nécessaire pour un vol direct, on aura besoin
d’assistance gravitationnelle comme d’habitude et Jupiter sera atteint seulement
le 4 Juillet 2016.
La
sonde, construite par Lockheed Martin, devait rester en orbite autour de la
planète géante pendant un an, avant d’être précipitée (comme sa précédente,
Galileo) dans l’atmosphère de Jupiter en Octobre 2017. On verra qu’il en a été
autrement
Illustration : NASA
La
sonde de structure hexagonale, est de belle taille : 3,5m de haut, 3,5m de
diamètre ; elle emporte des panneaux solaires de grande dimension, pour son
alimentation, chacun des panneaux faisant 9m de long par 2,65m ; pour une
surface totale de 60m2. Ils produisent au niveau de l’orbite terrestre 14kW et
au niveau de l’orbite de Jupiter, seulement 400W. Ces panneaux sont couplés à
deux batteries au Li-Ion de 55A/h chacune.
Les panneaux solaires sont une première pour une mission vers Jupiter.
Cette sonde sera en rotation permanente (2 t/min) afin d’assurer un pointage
extrêmement stable et un pilotage facile
C’est aussi une sonde fortement blindée contre les radiations de toutes sortes.
L’électronique est protégée par une enceinte de Titane, chaque paroi, de 18kg,
faisant 1m2 et ayant une épaisseur d’un centimètre !
Le
PI de la mission est Scott Bolton du renommé SwRI (Southwest
Research Institute)
situé à San Antonio Texas.
Une soixantaine de co-investigateurs dont quelques français.
Pour limiter le problème de la ceinture de radiations ; orbites astucieuses
passant dans une région moins dense en particules et au raz de la planète.
Mais un problème sur le moteur de mise en orbite (ré allumable mais douteux donc
non réallumé) a conduit à demeurer sur des orbites
de 53 jours ce
qui a permis de prolonger la mission (plus coûteuse mais plus riche).
Cette découverte d’une zone très proche de la planète avec moins de particules
est jugée importante
Périjove à 4200 km, pôle à pôle en 2h, orbites en « filet » permettant de
couvrir toute la planète à terme.
Le
problème précédent conduit les scientifiques à augmenter la durée de la mission
à 7 ans et 76 orbites
au lieu des 35 prévues.
La
fin de mission a été repoussée à 2025.
La
sonde est équipée de 8 instruments scientifiques et une caméra HR.
Les
principaux sont :
· MAG, pour étudier le champ magnétique, qui après le Soleil est le plus
puissant du système solaire.
· MWR, radiomètre micro-ondes
· Gravity Science, étude complète de la gravité jovienne
· Waves, JEDI, JADE, UVS, étude de la magnétosphère polaire
· JIRAM pour cartographier les aurores polaires
· Et finalement JunoCam la caméra à bord de la sonde.
Signalons que la JunoCam n’était pas prévue dès le départ (quelle erreur !!!)
heureusement certains ont insisté !
Sensibilité : 1600 pixels.
Et
c’est elle qui va nous fournir les plus belles images de Jupiter, surtout au
moment du périjove (le point le plus près), voir les différentes images des archives
du site de
la mission (comme par exemple le
périjove 20),
je ne les reprends pas ici.
Les
objectifs principaux.
Déterminer la concentration en eau dans Jupiter,
ceci devant
valider quelle théorie de formation des planètes est valable ou pas.
Améliorer nos connaissances de l’intérieur de Jupiter
Étudier l’atmosphère et les vents profonds
Étudier les émissions aurorales de Jupiter
Mieux
comprendre son champ magnétique.
Les
orbites.
Animation de l’arrivée à Jupiter :
Une
vidéo fournie par la NASA que nous passe Florian Debras.
Cette
animation (datant de 2011 donc avant le fait que l’on modifia la longueur de la
période orbitale) dépeint les orbites de Juno sur une période de 15 mois (de
2016 à 2017). Pendant cette période Juno effectue 33 orbites passant à 5000 km
au-dessus des pôles.
Les
passages répétés montrent comment on peut ainsi cartographier toute la surface.
Les
lignes vertes et bleues indiquent les différentes périodes scientifiques. Étude
de la gravité en bleu,, priorité au radiomètre MWR en vert, jaune dernière
orbite et rouge désorbitation.
Du
moins c’est ce qui était prévu.
LES
OBSERVATIONS.
Les
images les plus impressionnantes viennent des pôles de la planète géante, où
l’on détecte des orages monstrueux, ayant des formes bizarres.
Voici
les dernières images de la caméra infrarouge JIRAM (Jovian InfraRed Auroral
Mapper) sensible jusqu’à 50 à 70km de profondeur sous la couche externe de
nuages.
On y
voit lors du survol du pôle N, l’énorme cyclone polaire très stable, entouré de
8 autres cyclones. Ils font tous approx 4500 km de diamètre.
Le
pôle Sud a une structure similaire : un cyclone central entouré de de 5 cyclones
(5.500 à 7.000km de diamètre). Pourquoi une telle différence ?
Vidéo du survol du
pôle N de
Jupiter.
Juno
entame donc sa cinquième orbite autour de Jupiter, et sa caméra Junocam fait
merveille, ainsi que tous ses instruments de bord (8). Prochain survol des
pôles : le 19 Mai 2017.
Lors
du dernier survol, voici une photo du pôle Sud de Jupiter colorisée et traitée
par un passionné, Gervasio Robles.
A
nécessité l’assemblage de trois photos.
Une autre
photo partielle du
pôle Sud.
NASA/SwRI/MSSS/Gervasio Robles
La
grande tache rouge dont les couleurs ont été exagérées.
Image
prise le 10 Juillet 2017 durant le 7ème passage au dessus de Jupiter,
d’une altitude de 13.000km.
Bryan
Holland/ NASA / SwRI / MSSS © PUBLIC DOMAIN
Et
après
le 45ème
périjove,
on survole finalement Europe.
Le
satellite Europe revisité par Juno en sept 2022.
NASA/SWRI/MSSS
Le champ magnétique.
Il
est 30 fois plus fort que sur Terre.
Il a
une structure dipolaire. Mais différente de celle de notre planète. Si les
lignes de champ émergent de l’hémisphère N et rentrent au niveau de l’hémisphère
S, une région est très intense au sud de l’équateur (appelée la grande tache
bleue).
Grâce
aux données acquises par la sonde Juno, on a pu établir une
carte
extrêmement détaillée
du champ magnétique jovien, révélant la structure inédite
Les aurores.
Si
sur Terre le mécanisme des aurores est provoqué par le vent solaire, celui-ci
est trop faible arrivé au niveau de la planète géante.
Les
aurores joviennes sont dues à l’influence de Io qui émet des particules de forte
intensité.
C’est donc le satellite le plus proche, Io,
qui envoie ses ions puissants (notamment ions Oxygène et Soufre) dus à ses
éruptions volcaniques intenses. Jupiter accumule toute cette énergie, et quand
le point de rupture est dépassé, une tempête apparait.
Ces
tempêtes deviennent encore plus fortes et émettent d’énormes quantité de
puissance en UV.
Comparaison entre les aurores polaires sur Jupiter (à gauche) et sur Terre (à
droite).
Celles sur Jupiter sont beaucoup plus importantes que les terrestres.
Toutes observations dans l’Ultra-Violet.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/UVS/STScI/MODIS/WIC/IMAGE/ULiège
Voici
quelques vidéos expliquant les divers phénomènes :
Tout
d’abord sur Jupiter et sa magnétosphère : Exploring Jupiter's Magnetic Field
publiée par le GSFC.
et
aussi
Une
étude menée par des chercheurs du Laboratoire de Physique Atmosphérique et
Planétaire de l’Université de Liège, montre pour la première fois des vues
globales d’une tempête de l’aube, un phénomène auroral spectaculaire qui se
produit sur Jupiter. En savoir + www.star.uliege.be © Université de Liège
Video :
La météo jovienne.
Il
semblerait bien que les violents orages qui animent cette planète génèrent des
grêlons d’ammoniaque (appelés mushballs par les Américains). On se souvient des
cours de chimie : l’ammoniaC est gazeux (NH3), l’ammoniaQUE est liquide, c’est
de l’ammoniac dissous dans l’eau (NH4OH)
Nos
amis de l’OCA
ont travaillé le sujet, voici un extrait :
Illustration :
Représentation d’un orage intense dans Jupiter, prenant naissance environ 50km
sous les nuages visibles par la condensation de l’eau. Des courants ascendants
transportent des cristaux de glace vers le haut. Quand ceux-ci traversent une
région située environ 25km sous les nuages supérieurs, à des températures
comprises entre -85°C et -100°C (zone hachurée en vert), la vapeur d’ammoniac
fait fondre les cristaux de glace qui grossissent pour devenir de la
grêle d’ammoniaque.
Cette grêle tombe vers les profondeurs, grossit pour inclure une croûte de glace
solide puis s’évapore, transportant ainsi à la fois l’ammoniac et l’eau dans
l’atmosphère profonde de Jupiter. La détection par la sonde Juno d’éclairs peu
profonds, provenant d’une région où les températures sont inférieures à -66°C
indique que le liquide d’ammoniac-eau ainsi que des grosses particules doivent
effectivement être présentes à ces altitudes.
©
NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS
Le champ gravitationnel.
C’est
le principal travail de notre conférencier.
Ce
champ n’est pas homogène. On s’en est aperçu en remarquant l’irrégularité des
orbites de Juno.
Désolé, je n’ai pas suivi les explications à ce moment-là.
NOUVEAUX MODÈLES DE L’INTÉRIEUR DE JUPITER.
Lors
de la formation par accrétion, la planète est devenue trop graosse, beaucoup de
gaz a été accrété ce qui a induit un chauffage des couches internes.
Les
vents vont jusqu’à 100 à 3000 km de profondeur.
C’est
une casserole géante et la température au centre est de 20.000 K.
Tout
est mélangé en permanence d’où une excellente homogénéité.
Problème : il manque de l’Hélium. (Contrairement à ce qui est indiqué sur la
slide).
Il
devrait y avoir 28% d’He (comme le Soleil) mais on n’en mesure que 23%. Où est
le reste ?
La
structure de Jupiter :
On
pensait avant,
qu’il y avait une masse centrale rocheuse entourée d’Hydrogène métallique.
Après
cette couche on trouve de l’H moléculaire, puis finalement les nuages et les
vents joviens.
Les
mesures de Juno ont indiqué que :
·
La densité est
plus faible à l’extérieur
·
La densité est
plus forte à l’intérieur.
À
l’intérieur, il y a des petites enveloppes convectives
Le
cœur de Jupiter est « diffus »
Pour
plus de détails, voir l’article de R. Moll et al de 2017 :
Double-diffusive Erosion of the Core of Jupiter
L’hydrogène métallique et l’Hélium sont similaires à un mélange d’eau et
d’huile.
Si la
température est forte, les deux se mélangent, lorsque la température diminue, il
y a séparation de phase. L’He plus lourd se trouve en dessous de H.
On
imagine qu’il y a de la pluie d’Hélium dans Jupiter. (Comme dans Saturne).
En
résumé concernant le nouveau modèle.
·
Anciens modèles
: extérieur trop dense, intérieur pas assez
·
Le cœur ne peut
pas survivre s’il n’est pas diffus
·
L’abondance
d’hélium observée en surface est trop faible
·
Pluies
d’hélium, amenant éventuellement de la convection stratifiée.
Le
nouveau modèle :
Cœur
compact : inférieur à 5 masses terrestres. De 71.000 à 68.000 km de la surface
Cœur
diffus (convectif) très étendu jusqu’à 25.000 km
Couche intermédiaire de plusieurs milliers de km. De 25.000 à 4.000 km.
D’après F Debras.
CONCLUSION :
La
sonde JUNO a changé notre compréhension de Jupiter
On a
amélioré nos connaissances sur Turbulence, ammoniac, champ magnétique, vents
profonds, champ gravitationnel
Nombreux résultats encore à venir et de mystères à résoudre !!!!
POUR ALLER PLUS LOIN :
Dossier JUNO dans
les archives du site.
Toutes les images de Juno à
la NASA.
La
mission Juno à
la NASA.
Le
site de la mission Juno au SwRI.
Le mieux !
New
Models of Jupiter in the Context of Juno and Galileo
par F Debras et al.
Interior Of Jupiter In The Context Of Juno And Galileo
par F Debras.
New
models of Jupiter in the context of Juno and Galileo
Les résultats de
la mission JUNO : CR
de la conf IAP de Ph Zarka du 3 Mars 2020
JUICE mission vers Jupiter :
CR conf SAF d'Olivier Witasse du 14 dec 2018
Du
nouveau sur la météo jovienne.
Les
mystères de l’atmosphère de Jupiter dévoilés
Un
pas de plus vers la compréhension de Jupiter
Jupiter : la sonde Juno découvre des changements de son champ magnétique
Juno
et l’inégalable champ magnétique de Jupiter
Jupiter : son champ magnétique se révèle unique et extrêmement complexe
NASA's Juno Probes the Depths of Jupiter's Great Red Spot,
article de la NASA
Un
grand coeur dilué pour Jupiter (aussi)
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 9 Novembre 2022 à 19H00 au CNAM amphi Grégoire (220 places).
Paola di Matteo Astronome GEPI Obs de Paris
La mission GAIA et notre Galaxie
Résa > 13 Octobre
. Réservation
comme d’habitude ou
à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF
Sinon à suivre en direct :
https://youtu.be/dEYzUxHXLIg
La suivante : le 14 décembre sur les astrolabes avec B Alix.
Bon
ciel à tous
Jean
Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
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