Quelques-unes des clés de la compréhension de l’origine du système solaire se trouvent à l’intérieur des planètes géantes. Si la sonde spatiale Juno a récemment permis de détecter pour la première fois de la vapeur d’eau dans l'atmosphère de Jupiter (Li et al. 2020), une mission vers Uranus et Neptune (Guillot & Fletcher 2020) sera nécessaire pour mieux comprendre la complexité de l’atmosphère de ces planètes géantes et réellement sonder leur intérieur.
D’après la légende, Zeus (Jupiter) cachait ses méfaits sous un voile nuageux mais sa femme Héra (Juno) dissipa les nuages pour le confronter. La sonde Juno, en orbite autour de Jupiter depuis 2016 a réussi à lever une partie du voile que constitue la couche nuageuse de Jupiter pour nous permettre de mesurer l’abondance d’un élément capital pour notre compréhension de cette planète : l’eau. Juno a ainsi mesuré que l’eau dans Jupiter est au moins aussi abondante que l’oxygène dans le soleil, et au maximum 5 fois plus abondant.
Ce résultat a été possible grâce aux mesures de l’instrument MWR (MicroWave Radiometer) de Juno, une série d’antennes permettant de mesurer la brillance de Jupiter provenant des couches profondes de son atmosphère, plusieurs centaines de kilomètres en dessous de la couche visible des nuages (Fig. 1). Mais la mesure était difficile : contrairement à ce qui était attendu, l’atmosphère profonde de Jupiter voit son abondance en ammoniac varier très significativement. Or l’ammoniac (NH3), masque l’absorption du signal dû à la vapeur d’eau (H2O) présente en profondeur. L’équipe Juno s’est concentrée sur la mesure du signal provenant d’une zone équatoriale, où l’abondance d’ammoniac est relativement uniforme verticalement pour pouvoir en déduire cette abondance d’eau.
La contrainte sur l’abondance d’eau est importante, mais elle reste imprécise. En effet, nous ne comprenons pas comment la température change dans l’intérieur de la planète, pourquoi l’ammoniac est si variable, quel est le rôle des tempêtes dans le transfert de chaleur depuis l’intérieur planétaire. Les planètes géantes, de par leur atmosphère faite d’hydrogène et d’hélium et de par l’absence d’une surface, ont une météorologie très différente de celle de la Terre.
Pour comprendre ce qui se passe non seulement à l’intérieur de Jupiter, mais aussi dans les atmosphères des exoplanètes (dont de nombreuses semblent composées d’hydrogène et d’hélium), il paraît indispensable d’explorer les 2 dernières planètes du système solaire, Uranus et Neptune. En effet, ces planètes possèdent des atmosphères actives (Fig. 2) dont les orages et tempêtes peuvent être étudiés précisément car ils ne proviennent pas des couches profondes de l’atmosphère. Contrairement à toutes les autres planètes du système solaire, Uranus et Neptune n’ont jamais été visitées par un orbiteur (un satellite en orbite autour de la planète). Une mission internationale vers l’une de ces planètes incluant un orbiteur et une sonde atmosphérique permettrait de comprendre ce qui se passe dans les entrailles de ces planètes.
Figure 2 : Vues des nuages de méthane sur Uranus et Neptune (Uranus : HST, crédits : NASA/Sromovsky ;
Pic du Midi et images amateur d’après la base PVOL (http://pvol2.ehu.eus/; Neptune : HST, crédits : NASA/Karksoshka).
Articles
Li, C., A. Ingersoll, S. Bolton, S. Levin, M. Janssen, S. Atreya, J. Lunine, P. Steffes, S. Brown, T. Guillot, M. Allison, J. Arballo, A. Bellotti, V. Adumitroaie, S. Gulkis, A. Hodges, L. Li, S. Misra, G. Orton, F. Oyafuso, D. Santos-Costa, H. Waite, and Z. Zhang, The water abundance in Jupiter's equatorial zone. Nature Astronomy (Advanced Online Publication, 2020).
Guillot T., Fletcher N. L., Revealing giant planet interiors beneath the cloudy veil. Nature Communications, 2020.
Contact
Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS, laboratoire Lagrange (CNRS - Université Côte d'Azur - Observatoire de la Côte d’Azur) - tristan.guillot@oca.eu