L’institut Weizmann et des équipes internationales présentent le calcul le plus précis à ce jour de la taille et de la forme de Jupiter

Pendant plus de 50 ans, nous pensions connaître la taille et la forme de Jupiter, la plus grande planète du système solaire. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences ont revu ces connaissances grâce à de nouvelles données et technologies. Dans une nouvelle étude des scientifiques de Weizmann, à la tête d’une équipe internationale composée de chercheurs italiens, américains, français et suisses, présentent la détermination la plus précise à ce jour de la taille et de la forme de Jupiter. « En connaissant simplement la distance qui nous sépare de Jupiter et en observant sa rotation, il est possible de déterminer sa taille et sa forme », explique le Pr Yohai Kaspi, du département des sciences de la Terre et des planètes de Weizmann. « Mais des mesures vraiment précises nécessitent des méthodes plus sophistiquées.»

« La forme de Jupiter, telle que nous la connaissions jusqu’à présent, avait été déduite par les chercheurs à partir de seulement six mesures effectuées il y a près de cinquante ans par les missions Voyager et Pioneer de la NASA, qui ont émis des ondes radio depuis les sondes spatiales vers la Terre », explique le Dr Eli Galanti, chercheur principal qui a dirigé les travaux de l’équipe de Kaspi. « Ces missions ont posé les bases, mais nous avons aujourd’hui l’opportunité exceptionnelle de piloter l’analyse de pas moins de 26 nouvelles mesures effectuées par la sonde Juno de la NASA. » Lancée en 2011 et en orbite autour de Jupiter depuis 2016, Juno transmet à la NASA un flux constant de données brutes. Lorsque la NASA a prolongé la mission en 2021 afin que la sonde puisse étudier Jupiter et ses lunes de plus près, la nouvelle trajectoire de Juno l’a placée sur une orbite lui permettant de passer derrière Jupiter, du point de vue de la Terre, chose impossible avec son orbite précédente.

« Le passage de Juno derrière Jupiter ouvre la voie à de nouveaux objectifs scientifiques. Lorsque la sonde passe derrière la planète, son signal de communication radio est bloqué et dévié par l’atmosphère de Jupiter. Cela permet une mesure précise de la taille de Jupiter », explique le Dr Scott J. Bolton, responsable scientifique de la mission Juno au Southwest Research Institute de San Antonio, au Texas. L’équipe Juno du Weizmann Center a saisi cette nouvelle opportunité. « Nous avons suivi la déviation des signaux radio lors de leur traversée de l’atmosphère de Jupiter, ce qui nous a permis de traduire ces informations en cartes détaillées de la température et de la densité de la planète. Nous avons ainsi obtenu l’image la plus précise à ce jour de la taille et de la forme de la géante gazeuse », explique Maria Smirnova, doctorante au sein de l’équipe de Kaspi, qui a mis au point une technique spéciale pour traiter les nouvelles données de Juno.

Ces nouvelles découvertes montrent que Jupiter est légèrement plus petite que ce que l’on estimait auparavant : elle est environ 8 km moins large à l’équateur et 24 km plus plate aux pôles. Autrement dit, elle est plus aplatie que ce que l’on pensait. « Les manuels scolaires devront être mis à jour », affirme Kaspi. « La taille de Jupiter n’a pas changé, bien sûr, mais notre méthode de mesure, si.» « Ces quelques kilomètres sont cruciaux », explique Galanti. « Un léger décalage du rayon permet à nos modèles de l’intérieur de Jupiter de mieux correspondre aux données de gravité et aux mesures atmosphériques. » Cette hypothèse a été testée par une autre doctorante du groupe de Kapsi, Maayan Ziv.

« Nous étions idéalement placés pour utiliser nos modèles de pointe de la structure de densité interne de Jupiter et démontrer que la forme affinée contribue à combler l’écart entre les modèles et les mesures », explique Ziv. Cette étude a également des implications plus larges pour la compréhension de la structure des planètes gazeuses en général, Jupiter servant de référence pour l’étude des géantes gazeuses au sein du système solaire et au-delà. Kapsi note également que les mesures précédentes ne tenaient pas compte des puissants vents de Jupiter. En incluant ces vents extrêmes dans leurs calculs, l’équipe du Weizmann a résolu des incohérences persistantes dans les mesures antérieures.

« Il est difficile de voir ce qui se passe sous les nuages ​​de Jupiter, mais les données radio nous offrent un aperçu de l’intensité des vents zonaux et des puissants ouragans de Jupiter », explique Kaspi. Les travaux sur les vents s’inscrivent dans le prolongement d’une étude récente menée par Kaspi et le Dr Nimrod Gavriel, ancien membre de l’équipe de Kaspi, sur les vastes cyclones polaires de Jupiter. Cette étude, publiée dans PNAS, a utilisé les mesures effectuées par Juno sur le mouvement de ces cyclones pour prédire leur profondeur d’extension à l’intérieur de la planète. De manière générale, une meilleure compréhension des vents de Jupiter permet aux scientifiques d’élucider la relation entre l’atmosphère de la planète et ses profondeurs.

Leur prédiction a récemment été confirmée par des mesures micro-ondes réalisées par la sonde Juno. « Ces recherches nous aident à comprendre comment les planètes se forment et évoluent », explique Kaspi. « Jupiter a probablement été la première planète à se former dans le système solaire, et en étudiant ce qui se passe en son sein, nous nous rapprochons de la compréhension de la formation du système solaire et des planètes semblables à la nôtre. » Pour l’avenir, les techniques développées dans le cadre de ces études seront utiles à l’équipe lors de l’analyse des données de la sonde spatiale inhabitée JUICE de l’Agence spatiale européenne, lancée en 2023. Cette mission embarque un instrument conçu par Weizmann qui permettra d’observer plus en détail l’atmosphère terrestre.

Ont également participé à cette étude Matteo Fonsetti, Andrea Caruso, Paolo Tortora et Marco Zannoni de l’Université de Bologne, en Italie. Dustin R. Buccino, Steven M. Levin, Marzia Parisi et Ryan S. Park du Jet Propulsion Laboratory (Caltech, États-Unis) ; William B. Hubbard de l’Université d’Arizona (États-Unis) ; Burkhard Militzer de l’Université de Californie à Berkeley (États-Unis) ; Tristan Guillot de l’Observatoire de la Côte d’Azur (France) ; Ravit Helled de l’Université de Zurich (Suisse) ; Paul Steffes du Georgia Institute of Technology (États-Unis) ; et Paul Withers de l’Université de Boston (États-Unis).

Les recherches du professeur Yohai Kaspi sont financées par le Helen Kimmel Center for Planetary Science, le Knell Family Institute of Artificial Intelligence et le Brenden-Mann Women’s Innovation Impact Fund. La mission Juno est gérée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, une division de Caltech à Pasadena (Californie), pour la Direction des missions scientifiques de l’agence à Washington. Pour plus d’informations sur la mission Juno, consultez https://www.nasa.gov/juno et https://missionjuno.swri.edu.

Publication dans Nature Astronomy,