La Formation du Système Solaire (3)

1) - Les planètes Gazeuses

2) - Jupiter

3) - La magnétosphère et les émissions radioélectriques de Jupiter

4) - Les Satellites

Les planètes Gazeuses

Les Planètes Géantes se sont formées en deux temps.
Dans une première phase, un noyau s'est formé par concentraction des grains flottant dans la nébuleuse primitive. Ces grains étaient composés de fer et de silicates, mais aussi par les basses températures exitant dans l'extrémité de la nébuleuse, des glaces d'eau, d'ammoniac et de méthane.
Le noyau grossit jusqu'à atteindre la masse critique. La chaleur dégagée durant ce processus a permis de revaporiser les glaces, et a attiré les matériaux qui constituaient la nébuleuse l'hydrogène et l'hélium, mais qui n'ont pu se condenser à cause d'une température relativement élevée, ce qui a constitué la deuxième phase, à savoir la formation d'une atmosphère, dans lesquelles le carbone, l'azote et l'oxigène se seraient enrichis, à la suite de la revaporisation des glaces dans l'atmosphère.

Jupiter :

Jupiter est la plus grosse et la plus massive des planètes, et avec ses satellites se situe au centre du système solaire, en constituant un mini sytème jovien.
A la différence des planètes telluriques et en comparaison avec les autres planètes géantes, Jupiter ne possède pas de surface solide, il s'agit d'une boule de gaz, composée comme le Soleil à 98% d'hydrogène et d'hélium.
Sa masse et son volume étant en dessous du seuil critique ce qui permet de distinguer une planète géante avec une une naine brune, même si sa contraction continue encore faiblement, Jupiter émet 1.5 fois plus d'énergie qu'elle en reçoit du Soleil.
Comme tout corps massif, la planète rayonne autour d'elle d'un champ gravitationnel
Son diamètre est de 120600 Km, sa densité de 1.33gr/cm3 et un champ magnétique de 4 à 14 gauss
Le noyau est rocheux (silicate avec du fer) et non métallique, avec des glaces (eau, ammoniac, méthane).La pression atteint 45 millions d'atmosphères et plus de 2000 K
Aux alentours du noyau, vers 2 millions d'atmosphère et 10000 K, les composants demeurent fluides, l'hydrogène devient monoatomique et métallique, et reste mélangé à l'hélium et l'oxygène qui se trouvent sous forme liquide.
Plus haut dans ce système gazeux, vers 5 atmosphères et 270 K, nous trouvons d'autres composants, comme la vapeur d'eau, le germane (GeH4), l'oxyde de carbonne( CO).
Vers 3 atmosphères de pression les nuages d'ammoniac absorbent les rayonnements infrarouges bloquant les rayonnements des couches plus chaudes,formant des nuages opaques et colorés, constitués de sulfure d'acide et de composé phosphoré situés à plus grande profondeur. La couche d'ammoniac n'étant pas homogène, et peu dense dans la zone équatoriale, permet au rayonnement infrarouge de remonter jusqu'à la surface.
A 0.5 atmosphère de pression, nous trouvons la région appelée tropopause (constituée de nuages blancs) composée de cristaux d'ammmoniac et d'un gaz phophine (PH3) à partir de ce niveau la température augmente en continu jusqu'au centre de la planète.
Le bord de Jupiter est constitué essentiellement d'hydrogène, et a une température de 1500 K, avec une pression de 1millioniéme de la pression terrestre. Cette zone où la turbulence est très forte, pour que les composants atmoshériques (c'est-à-dire 90% d'hydrogène moléculaire (H2)10% d'hélium) s'ajoutent à petite quantité de méthane (CH4), l'étylène (C2H4) , le benzène (C6H6), le méthylacétylène (C4H4), d'accétylène (C2H2) et d'éthane (C2H6), se mélangent à tout moment.
Les deux derniers gaz sont produits dans la haute atmosphère par le rayonnement ultraviolet solaire, qui casse les molécules de méthane qui se recombinent en molécules plus compliquées, les hydrocarbures.
La température est descendue à 370 K et va continuer à décroitre jusqu'à la région tropopause.

	Jupiter et la Grande Tache rouge et les quatre satellites
	Diffèrentes images prises par le Télescope Spacial Hubble	Anneau de jupiter

Les nuages sur Jupiter :

La composition physique gazeuse en surface, et fluide en dessous, a pour conséquence d'avoir deux périodes de rotation en fonction de la latitude.
Le système 1 : c'est la partie située de -10° à +10° de latitude qui fait un tour en 9 h 50 m et 30s
Le système 2 : c'est les autres zones de la planète qui font un tour en 9 h 55 m et 41s
La singularité de Jupiter c'est la symétrie axiale, qui permet d'avoir une dizaine de zones situées au nord et au sud de l'équateur, ce qui traduit la présence d'une atmosphère dynamique, avec des vents d'est et d'ouest permettant à chacune des zones et aux bandes (dans lesquelles se trouvent d’immenses tempêtes cycloniques) de tourner à des vitesses différentes.
Ces divers courants créent différentes configurations : les bandes brillantes aux zones claires, les bandes sombres à la ceinture.
La seconde singularité de Jupiter est la grande variété de couleurs. Il y a d'abord la couleur blanche, observée dans la partie équatoriale, cela provient des particules solides,des cristaux d'ammoniac et du sulfure d'acide d'ammonium émanant des mouvements atmosphériques verticaux.
Nous trouvons ensuite quatre couleurs, le rouge, le roux, le marron et le bleu. ces différentes couleurs indiquent les différents niveaux d'altitude. Le bleu vient des couches les plus chaudes, donc les plus profondes, nous pouvons le voir grâce aux fenêtres dans la couverture que forment les nuages supérieurs. Il y a ensuite le marron, puis le roux, provenant du soufre élémentaire (sn) et se transforme en plusieurs formes allotropiques qui sont des agents colorants, à la suite d'une photo dissociation de l'hydrogène sulfuré(H2S) sous l'action du rayonnement solaire ultraviolet avec l'ammoniac et l'eau.

La grande tache rouge :

De dimension trois fois plus élevée que le diamètre terrestre, elle tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et fait une révolution complète en six jours. Cette tempête fait rage depuis au moins trois centenaires.Située au niveau supérieure de l'atmosphère de Jupiter, associée aux nuages blancs, constitués essentiellement de cristaux d'ammoniac formés à 150 K, ce qui provoque une pureté avec une absence totale d'agent colorant.
La couleur rouge provient d'un phénoméne de l'atmosphère supérieure avec une température très froide de -120 K pour une pression de 1 bar, au-dessus des nuages blancs.

La magnétosphère et les émissions radioélectriques :

C'est par hasard qu'en 1954, l'astronome américain Burke, en terminant les essais d'une croix de Mills, observe dans les relevés de réglage un rayonnement basse fréquence (<40 MHz) d'une durée de quelques minutes seulement, mais revenant tous les jours et correspondant à la course de Jupiter dans le ciel.
Il découvre que l'émission n'est pas due au rayonnement thermique de la planète, mais à la circulation d'électrons rapides évoluant dans le champ magnétique de Jupiter, c'était la première fois la preuve qu'une planète autre que la Terre possédait un champ magnétique.
Le champ magnétique de Jupiter est celui d'un dipôle dont l'axe est incliné de 11°, sur l'axe de rotation, et excentré ce qui lui donne que l'intensité n'est pas uniforme, que ce soit dans l'hémisphère nord ou sud et que l'équateur magnétique ne correspont pas avec le plan équatorial de Jupiter.
Il y a aussi une diffèrence en ce qui concerne la magnétophère, qui diffère avec celle de la Terre. Jupiter tournant sur elle même deux fois et demie plus vite, les particules de la magnétophère subissent une force centrifuge très importante.

système Décamétrique de Nançay photo de M.Bonavitacola

En étant chargées électriquement, elles sont conduites à suivre les lignes de force du champ magnétique, et de s'éloigner de la planète sous l'effet de la force centrifuge, elles auront alors tendance à ce concentrer au plan équatorial magnétique pour former un grand disque de plasma au niveau de l'orbite Io, des courants électriques existent entre la planète et son satellite qui font de sa magnétosphère un immense accélérateur de particules.
Nançay possède depuis les années 1975 un instrument unique dans sa conception, le décamétrique pour l'étude spectrale des sursauts radioélectriques du Soleil et de Jupiter.
Le système décamétrique est un ensemble de 144 antennes hélicoïdales de 9m de hauteur, de 5m de diamètre au sol, et de quelques centimètres au sommet, ce qui forme une surface de 10000 m².
Depuis 1964 nous savons qu'il y a interférence entre les émissions magnétiques provenant des pôles de Jupiter et son plus proche satellite Io. Io est un monde de feu, avec plus de 300 volcans en activité qui envoient, à des hauteurs de 50 à 500 km, des jets de gaz pouvant atteindre une température de 1000 K. Cela provoque ainsi des flux thermiques qui s'échappent de la surface de Io vers Jupiter.
Entre 1973 et 1979 par le survol de Jupiter des sondes Pioneer 10 et 11 et Voyager 1 et 2 on assiste aux premières mesures locales du champ magnétique, du plasma et des ondes électrostatiques et électromagnétiques dans l'environnement jovien.
En 1992 le télescope spatial Hubble envoie les premières images UV des aurores de Jupiter. En 1993 le télescope IRTF de Hawaii détecte dans l'infrarouge,des émissions électromagnétiques au pied des lignes de champ magnétique connectées à Io. Hubble les confirme dans l'ultraviolet plus tard.

Les satellites de Jupiter :

Jupiter possède seize satellites qui sont répertoriés en trois catégories:
- Quatre petits satellites internes, de diamètre environ de 50km, sont situés sur des orbites circulaires équatoriales très proches de la planètes, ce qui permet à Jupiter d'avoir un système d'anneaux, en effet la planète attire constamment des particules, mais les scientifiques avancent que certains des plus petits satellites joviens pourraient "s'émietter" pour les alimenter régulièrement, puisque la trajectoire de leur orbite correspond à ses anneaux.
-Quatre satellites Galilèens, de diamètre voisin de 4000 km, sont également situés sur des orbites circulaires et équatoriales.
les trois premiers ont des périodes de révolution résonante (la période sidéral de Ganymède est double de celle d'Europe et quadruble de celle d'Io).
- Huit petits satellites externes,de diamètre environ de 20 km, de forme non sphèrique et de couleur rouge, de surfaces irrégulières et cratérisées provenant des poussières et des gaz volcaniques issus de IO. Ils possèdent des orbites fortement excentriques, directes ou rétrogrades, inclinées par rapport au plan équatorial de la planète, et situées très loin de Jupiter.
Tous ces satellites ont une période de révolution synchronisée avec leur période de rotation, ils présentent toujours la même face vers Jupiter.

IO :

Premier satellite de Jupiter, a un diamètre de 3630 km, un noyau de 900kM de fer avec du soufre pour une densité de 3.57gr/cm3.
Son manteau riche en silicate est soumis à un effet de marée dû à Jupiter, la déformation soulève et abaisse la surface d'une centaine de mètres.
Sa température, en certains points va de 130 K à 2000 k. Io ne possède pas d'eau, c'est probablement parce qu'au début du système solaire, Jupiter était chaud et a chassé les éléments volatils.
Io est le premier satellite connu sur lequel on observe une activité éruptive qui éjecte dans l'atmosphère de Io une grande quantité de gaz et de poussières de composé souffré, ionisée par le rayonnement ultraviolet du Soleil, et va former un plasma qui entoure l'orbite de Io.

Europe :

Deuxième satellite de Jupiter, a un diamètre de 3130 km, un noyau de fer avec du soufre de 1500 km, une densité de 3.03gr/cm3 inférieure aux météorites de type chondrite.
Sa surface a une température de 125 K, sur une croute glacée d'une épaisseur de 70 à 100 km, mais il y aurait de l'eau à l'état liquide en profondeur produite par l'échauffement des forces de marées dû à la présence de Jupiter.

Comparaison du noyau, du manteau et de la croute des satellites Galiléens :

Ganymède :

Le plus gros des satellites de Jupiter, a un diamètre de 5280 km (supérieur à celui de Mercure pour une masse deux fois inférieur) et une densité de 1.94 gr/cm3.
Il n'y aurait pas de noyau métallique, ce satellite serait composé de 10% de silicate et de 90% de glace d'eau.
La température de surface est de 156 K.

Callisto :

Quatrième lune de Jupiter, a un diamètre de 4820 km, une densité de 1.83gr/cm3.
Il n'y aurait pas de noyau métallique, ce satellite serait aussi composé de silicate et de glace.
Sa surface est criblée de cratères d'impacts et n'aurait pas changé depuis 4 milliards d'années.
La température au sol reste encore inconnue.

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