Jupiter est composé presque entièrement d’hydrogène et d’hélium. Les quantités de chacun sont étroitement conformes aux quantités théoriques dans la nébuleuse solaire primordiale.
Mais il contient aussi d’autres éléments plus lourds, que les astronomes appellent des métaux. Même si les métaux sont un petit composant de Jupiter, leur présence et leur distribution en disent long aux astronomes.
Selon une nouvelle étude, la teneur en métal et la distribution de Jupiter signifient que la planète a mangé beaucoup de planétésimaux rocheux dans sa jeunesse.
Depuis que le vaisseau spatial Juno de la NASA a atteint Jupiter en juillet 2016 et a commencé à collecter des données détaillées, il a transformé notre compréhension de la formation et de l’évolution de Jupiter.
L’instrument Gravity Science est l’une des caractéristiques de la mission. Il envoie des signaux radio dans les deux sens entre Juno et le Deep Space Network sur Terre.
Le processus mesure le champ gravitationnel de Jupiter et en dit plus aux chercheurs sur la composition de la planète.
Lorsque Jupiter s’est formé, il a commencé par accréter des matériaux rocheux. Une période d’accrétion rapide de gaz de la nébuleuse solaire a suivi, et après plusieurs millions d’années, Jupiter est devenu le mastodonte qu’il est aujourd’hui.
Mais il y a une question importante concernant la période initiale d’accrétion rocheuse. A-t-il accrété de plus grandes masses de roches comme des planétésimaux ? Ou a-t-il accumulé des matériaux de la taille d’un caillou ? Selon la réponse, Jupiter s’est formé à différentes échelles de temps.
Une nouvelle étude a tenté de répondre à cette question. Il s’intitule “L’enveloppe inhomogène de l’enveloppe inhomogène de Jupiter”, et il est publié dans la revue Astronomie et astrophysique. L’auteur principal est Yamila Miguel, professeur adjoint d’astrophysique à l’Observatoire de Leiden et à l’Institut néerlandais de recherche spatiale.
Nous nous habituons de plus en plus à de magnifiques images de Jupiter grâce à la JunoCam du vaisseau spatial Juno. Mais ce que nous voyons n’est que superficiel. Toutes ces images envoûtantes des nuages et des tempêtes ne sont que la mince couche la plus externe de 50 kilomètres (31 miles) de l’atmosphère de la planète.
La clé de la formation et de l’évolution de Jupiter est profondément enfouie dans l’atmosphère de la planète, qui se trouve à des dizaines de milliers de kilomètres de profondeur.
Il est largement admis que Jupiter est la plus ancienne planète du système solaire. Mais les scientifiques veulent savoir combien de temps il a fallu pour se former. Les auteurs de l’article voulaient sonder les métaux dans l’atmosphère de la planète à l’aide de l’expérience Gravity Science de Juno.
La présence et la distribution de cailloux dans l’atmosphère de la planète jouent un rôle central dans la compréhension de la formation de Jupiter, et l’expérience Gravity Science a mesuré la dispersion des cailloux dans toute l’atmosphère.
Avant Juno et son expérience Gravity Science, il n’y avait pas de données précises sur les harmoniques de gravité de Jupiter.
Les chercheurs ont découvert que l’atmosphère de Jupiter n’est pas aussi homogène qu’on le pensait auparavant. Il y a plus de métaux près du centre de la planète que dans les autres couches. Au total, les métaux totalisent entre 11 et 30 masses terrestres.
Avec les données en main, l’équipe a construit des modèles de la dynamique interne de Jupiter. “Dans cet article, nous rassemblons la collection la plus complète et la plus diversifiée de modèles d’intérieur de Jupiter à ce jour et l’utilisons pour étudier la distribution des éléments lourds dans l’enveloppe de la planète”, écrivent-ils.
L’équipe a créé deux ensembles de modèles. Le premier ensemble est constitué de modèles à 3 couches et le second de modèles à noyau dilué.
“Il existe deux mécanismes permettant à une géante gazeuse comme Jupiter d’acquérir des métaux lors de sa formation : par l’accrétion de petits cailloux ou de planétésimaux plus gros”, a déclaré l’auteur principal Miguel.
“Nous savons qu’une fois qu’une petite planète est assez grande, elle commence à pousser des cailloux. La richesse en métaux à l’intérieur de Jupiter que nous voyons maintenant est impossible à atteindre avant cela. Nous pouvons donc exclure le scénario avec uniquement des cailloux comme solides pendant la formation de Jupiter. Les planétésimaux sont trop gros pour être bloqués, ils ont donc dû jouer un rôle.”
L’abondance de métaux à l’intérieur de Jupiter diminue à mesure qu’on s’éloigne du centre. Cela signifie un manque de convection dans l’atmosphère profonde de la planète, ce que les scientifiques pensaient être présent.
“Auparavant, nous pensions que Jupiter avait une convection, comme de l’eau bouillante, ce qui la rendait complètement mélangée”, a déclaré Miguel. “Mais notre découverte montre différemment.”
“Nous démontrons avec force que l’abondance des éléments lourds n’est pas homogène dans l’enveloppe de Jupiter”, écrivent les auteurs dans leur article. “Nos résultats impliquent que Jupiter a continué à accréter des éléments lourds en grande quantité pendant que son enveloppe hydrogène-hélium augmentait, contrairement aux prédictions basées sur la masse d’isolement de galets dans sa plus simple incarnation, favorisant plutôt des modèles hybrides basés sur des planétésimaux ou plus complexes.”
Les auteurs concluent également que Jupiter ne s’est pas mélangé par convection après sa formation, même lorsqu’il était encore jeune et chaud.
Les résultats de l’équipe s’étendent également à l’étude des exoplanètes gazeuses et aux efforts pour déterminer leur métallicité. “Notre résultat … fournit un exemple de base pour les exoplanètes : une enveloppe non homogène implique que la métallicité observée est une limite inférieure à la métallicité globale de la planète.”
Dans le cas de Jupiter, il n’y avait aucun moyen de déterminer sa métallicité à distance. Ce n’est qu’à l’arrivée de Juno que les scientifiques ont pu mesurer indirectement la métallicité. “Par conséquent, les métallicités déduites d’observations atmosphériques à distance dans les exoplanètes pourraient ne pas représenter la métallicité globale de la planète.”
Lorsque le télescope spatial James Webb commence ses opérations scientifiques, l’une de ses tâches consiste à mesurer les atmosphères des exoplanètes et à déterminer leur composition. Comme le montre ce travail, les données fournies par Webb peuvent ne pas capturer ce qui se passe dans les couches profondes des planètes gazeuses géantes.
Cet article a été initialement publié par Universe Today. Lire l’article d’origine.
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