Juno mission Jupiter

Le 4 juillet la sonde Juno arrivera en orbite autour de Jupiter. L'IRAP impliqué dans la mission à travers sa contribution à l'instrument JADE participera à la soirée exceptionnelle organisée par la Cité de l'Espace.

L'équipe scientifique IRAP de la mission JUNO  : Philippe Louarn, Directeur, et Michel Blanc, Astronome en visioconférence depuis la Californie au laboratoire JPL de la NASA ainsi que Nicolas André, chercheur, membre de l’équipe scientifique de la prochaine mission JUICE de l’ESA, participeront à cette soirée exceptionnelle.

Qui est Juno ?

Mission spatiale de la NASA, Juno a pour objectif d'étudier la planète Jupiter, la structure de cette planète géante gazeuse, son mode de formation mais aussi le fonctionnement de son environnement magnétisé. La sonde spatiale, lancée en 2011, doit collecter sur place des données sur les couches internes de Jupiter, la composition de son atmosphère et les caractéristiques de sa magnétosphère.

4 juillet début des opérations scientifiques

A partir d'une orbite polaire très elliptique d'une période de 11 jours qui fait passer la sonde à très basse altitude au-dessus de la planète, Juno réalisera des observations sur une année et 37 survols de la planète.

A son bord 8 instruments scientifiques dont deux spectromètres, un radiomètre, un magnétomètre et un ensemble d'instruments dédiés à l'étude des pôles de Jupiter dont l'objectif est de reconstituer l'histoire de la formation de Jupiter, son évolution, et préciser le fonctionnement de sa magnétosphère, connue pour générer les aurores polaires les plus puissantes du système solaire.

L'ensemble des instruments comprend en tout 29 capteurs ainsi que la caméra (JunoCam). Ces instruments comprennent un radiomètre à micro-ondes (MWR) destiné à sonder les couches profondes de l'atmosphère de la planète, un magnétomètre (MAG) chargé de mesurer le champ magnétique interne et externe et une expérience de mesure de la gravité par ondes radio (GS, Gravity Science) pour établir la structure interne de Jupiter. Enfin cinq instruments sont plus particulièrement dédiés à l'étude de la magnétosphère et des aurores polaires : un spectromètre infrarouge (JIRAM), un spectromètre ultraviolet (UVS), un détecteur d' ondes de plasma et d' ondes radio (WAVES) , l'instrument de détection des particules énergétiques (JEDI) et 'thermique’ (JADE). C’est principalement à cette expérience que les équipes de l’IRAP ont contribué, en particulier pour les trois spectromètres électrons.

Jupiter est la plus grosse des planètes du Système solaire avec une masse qui représente deux fois et demi celle de l'ensemble des autres planètes et un diamètre qui est plus de 11 fois celui de la Terre (environ 138 000 km). Elle fait partie des planètes externes du Système solaire comme Saturne, Uranus et Neptune et est également une planète gazeuse géante.

Essentiellement composée d'hydrogène et d'hélium, comme le Soleil, avec sans doute un noyau central rocheux d'une masse équivalente à dix fois celle de la Terre cette planète tourne sur elle-même en un peu moins de 10 heures. Située à 5,2 unités astronomiques du Soleil, elle boucle son orbite autour du Soleil en 11,9 années terrestres.

Jupiter dégage plus de chaleur qu'elle n'en reçoit du Soleil

Le refroidissement de la planète entraîne une lente contraction de celle-ci qui génère en retour un échauffement localisé dans son cœur. Cette chaleur est transportée par convection jusqu'à la surface de la planète et est sans doute responsable des mouvements complexes et violents agitant l'atmosphère de Jupiter. Celle-ci, d'une épaisseur de 5 000 km, est formée de 3 couches : jusqu'à 100 km de profondeur, des nuages de glace d'ammoniac, vers 120 km, des nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium et à partir de 150 km de profondeur, des nuages d'eau et de glace. À une profondeur plus importante, l'hydrogène soumis à une pression énorme se transforme en hydrogène métallique qui conduit l'électricité comme un métal. Les mouvements au sein de ce liquide métallique sont sans doute à l'origine du champ magnétique intense de la planète,  qui piège les électrons et les ions créant une ceinture de radiations particulièrement puissante. La magnétosphère de Jupiter, c'est-à-dire la zone de l'espace placée sous l'influence de ce champ magnétique, s'étend jusqu'à 3 millions de kilomètres dans la direction du Soleil et jusqu'à 1 milliard de kilomètres dans la direction opposée.

Jupiter comprend 67 satellites naturels. Les 4 principaux Io, Europe, Ganymède et Callisto figurent parmi les plus gros satellites naturels du Système solaire et présentent des caractéristiques remarquables : activité volcanique intense dans le cas de Io, présence supposée d'océans composés d'eau liquide en dessous de la surface pour Europe et Ganymède.

Jupiter, du fait de sa masse, a joué un rôle très important dans le processus de formation des autres planètes du Système solaire et donc de la Terre, en agissant notamment sur leurs orbites et en contribuant à nettoyer progressivement le Système solaire des corps célestes mineurs susceptibles de les percuter.

L'exploration spatiale de Jupiter débute tardivement car l'envoi d'une sonde spatiale vers cette planète, située à 5 unités astronomiques du Soleil, nécessite le recours à une fusée puissante. L'exploration des planètes extérieures, dont fait partie Jupiter, ne débute de ce fait qu'en 1973, alors que les planètes intérieures ont déjà reçu à l'époque la visite de plusieurs dizaines de sondes spatiales. Plusieurs engins spatiaux vont survoler Jupiter par la suite mais seule Galileo effectuera un séjour prolongé après s'être mise en orbite autour de la planète.

1973 : Pioneer 10  passe à une distance de 130 000 km de la planète et découvre sa ceinture de radiations.

1974 : Pioneer 11 (distance 34000km). La complexité de l'atmosphère de Jupiter est visualisée. Des images d'une très grande qualité ainsi que les premières données sur la magnétosphère de la planète sont obtenues.

1979 : Voyager 1 et 2, respectivement 349 000 km et 570 000km, découvrent les anneaux ténus qui entourent Jupiter, plusieurs lunes nouvelles ainsi que l'activité volcanique à la surface de Io.

1992 : Ulysses étudie la magnétosphère de Jupiter (distance 409 000km).

1995 : Galileo orbite autour de Jupiter pour la première fois. pour une mission d'exploration d'une durée de 8 ans. Au début  Galileo lâche une petite sonde atmosphérique qui pénètre l'atmosphère de Jupiter et fournit la composition élémentaire des couches supérieures de celle-ci avant d'être écrasée par la pression. Les données recueillies remettent en cause une partie des théories admises sur le processus de formation des planètes du Système solaire, avec la découverte d'une très faible proportion d'eau dans l’atmosphère. Les équipes de l’IRAP travaillent toujours à l’exploitation scientifique de cette mission.

2000: la sonde Cassini (distance 10 000 000 km), en route pour Saturne, survole Jupiter : elle prend des images à haute résolution de la planète et en coordination avec la sonde Galileo étudie sa magnétosphère très étendue ainsi que ses interactions avec le vent solaire. L'intensité de la ceinture de radiations est mesurée avec plus de précision et se révèle beaucoup plus élevée que prévu. Ces informations sont utilisées pour dimensionner les protections de la sonde Juno. L’IRAP est contributeur direct de 2 instruments de la mission et participe à l’analyse des données de tous les instruments 'magnétosphère’.

28 février 2007 : la sonde New Horizons est la dernière à survoler Jupiter. La sonde observe des éclairs aux pôles, la création de nuages d'ammoniac et étudie la circulation des particules chargées dans la queue magnétique de la planète.

Future mission de l'agence Spatiale Européenne, JUICE sera lancée depuis le port spatial de Kourou pour un voyage de 8 ans, une arrivée programmée en 2030, pour 3 ans d'observations détaillées.

JUICE étudiera en continu l'atmosphère et la magnétosphère de Jupiter, ainsi que les interactions de ses lunes avec la géante gazeuse. Elle visitera Callisto, objet du Système solaire qui comporte le plus grand nombre de cratères, et effectuera deux survols d’Europa. JUICE mesurera pour la première fois l’épaisseur de la croute glacée d’Europa et recensera des sites adaptés à une future exploration in situ. Le satellite se mettra ensuite en orbite autour de Ganymède en 2032, d’où il étudiera la surface glacée et la structure interne de cette lune, ainsi que son océan de subsurface. Ganymède est la seule lune du Système solaire à générer son propre champ magnétique et JUICE observera en détail les interactions magnétiques et plasmiques sans équivalent de ce champ avec la magnétosphère jovienne.

JUICE nous donnera un meilleur aperçu de la façon dont se forment les géantes gazeuses et les mondes qui gravitent autour, ainsi que de leurs possibilités d’abriter de la vie. L’IRAP participe aux suites instrumentales 'ondes’ et particules.