Mais une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université de Chicago et du Jet Propulsion Laboratory nous a permis d'observer la planète plus en détail en créant le modèle le plus complet à ce jour de l'atmosphère de Jupiter.
Cette analyse répond notamment à une question de longue date concernant la quantité d'oxygène contenue dans la géante gazeuse : elle estime que Jupiter possède environ une fois et demie plus d'oxygène que le Soleil. Ces résultats permettent aux scientifiques de mieux comprendre la formation des planètes du système solaire.
« Il s’agit d’un débat de longue date en planétologie », a déclaré Jeehyun Yang, chercheur postdoctoral à l’Université de Chicago et premier auteur de l’article. « Cela témoigne de la façon dont la dernière génération de modèles informatiques peut transformer notre compréhension des autres planètes. »
Compilation d'images de la planète géante Jupiter prises par le télescope spatial Hubble. Sa période de rotation réelle est d'environ 10 heures, et les rayures visibles sur Jupiter sont en réalité des bandes de nuages et de tempêtes. Crédit : NASA, ESA, Amy Simon (NASA-GSFC) Nuages et chimie
On connaît l'existence du ciel orageux de Jupiter depuis au moins 360 ans — c'est à cette époque que des astronomes utilisant les premiers télescopes ont documenté une curieuse et grande tache permanente à la surface de Jupiter.
La Grande Tache rouge est une tempête gigantesque, deux fois plus grande que la Terre, qui tourbillonne depuis des siècles. Ce n'est qu'une parmi tant d'autres sur la planète, car des vents violents et d'épais nuages font que toute la surface de Jupiter est recouverte d'un kaléidoscope de tempêtes.
Ce que nous ignorons, c'est précisément ce qui se cache sous ces tempêtes. Les nuages sont si denses que la sonde Galileo de la NASA a perdu le contact avec la Terre lors de sa plongée dans les profondeurs de l'atmosphère en 2003. La prochaine mission à visiter Jupiter, Juno, recense actuellement la planète depuis son orbite, à distance de sécurité.
Ces mesures orbitales nous renseignent sur la composition de la haute atmosphère : ammoniac, méthane, hydrosulfure d’ammonium, eau et monoxyde de carbone, entre autres. Les scientifiques ont combiné ces données avec des connaissances sur les réactions chimiques pour élaborer des modèles de l’atmosphère profonde de Jupiter.
Cependant, les études divergent sur certains points, notamment sur la quantité d'eau – et donc d'oxygène – présente sur la planète. Yang a vu là l'occasion d'appliquer une nouvelle génération de modélisation chimique à cette question complexe.
La chimie de l'atmosphère de Jupiter est d'une complexité incroyable. Les molécules circulent entre les températures extrêmement élevées des profondeurs atmosphériques et les régions supérieures plus froides, changeant d'état et se réorganisant en différentes molécules, grâce à des milliers de réactions différentes. Mais le comportement des nuages et des gouttelettes doit également être pris en compte.
Pour mieux appréhender tous ces phénomènes, Yang a travaillé avec une équipe de scientifiques afin d'intégrer à la fois la chimie et l'hydrodynamique dans un seul modèle – une première.
« Il faut les deux », a déclaré Yang. « La chimie est importante, mais elle ne prend pas en compte les gouttelettes d'eau ni le comportement des nuages. L'hydrodynamique seule simplifie beaucoup trop la chimie. Il est donc important de les combiner. »
Questions élémentaires
Parmi les découvertes figure un nouveau calcul de la quantité d'oxygène présente sur Jupiter. Selon leur analyse, Jupiter en contiendrait environ une fois et demie plus que le Soleil.
Depuis des décennies, les scientifiques débattent de cette valeur. Une importante étude récente l'a estimée bien plus basse, à seulement un tiers de celle du Soleil.
Mais la connaissance de cette statistique est particulièrement pertinente pour comprendre comment s'est formé notre système solaire.
Tous les éléments qui composent les planètes — et nous-mêmes — sont les mêmes que ceux qui constituent le Soleil. Mais leurs proportions peuvent varier, et ces différences nous permettent de reconstituer le processus de formation des planètes.
Par exemple, Jupiter s'est-elle formée à l'endroit même où elle se trouve aujourd'hui, ou s'est-elle formée plus près ou plus loin, puis a-t-elle dérivé au fil du temps ? Des indices peuvent provenir du fait qu'une grande partie de l'oxygène de la planète est liée à l'eau, qui gèle – et se comporte différemment – si elle est trop éloignée de la chaleur du Soleil. La glace s'accumule plus facilement que la vapeur d'eau sur les planètes.
En retour, mieux comprendre les conditions qui créent quels types de planètes peut nous aider dans notre recherche de planètes habitables au-delà de notre propre système solaire.
Le modèle suggère également que l'atmosphère de Jupiter circule probablement de haut en bas beaucoup plus lentement qu'on ne le pensait depuis longtemps.
« Notre modèle suggère que la diffusion serait 35 à 40 fois plus lente que ce que l'on supposait jusqu'à présent », a déclaré Yang. Par exemple, il faudrait plusieurs semaines à une seule molécule pour traverser une couche de l'atmosphère, au lieu de quelques heures.
« Cela montre bien à quel point nous avons encore besoin d'apprendre sur les planètes, même au sein de notre propre système solaire », a déclaré Yang.
Détails de la publication : Jeehyun Yang et al., « Modélisation couplée du transport cinétique chimique unidimensionnel et de l’hydrodynamique bidimensionnelle : une abondance d’oxygène modeste, de 1 à 1,5 fois supérieure à l’abondance solaire, est attendue dans l’atmosphère de Jupiter », The Planetary Science Journal (2026). DOI : 10.3847/psj/ae28d5
Par Louise Lerner, Université de Chicago
Édité par Gaby Clark, revu par Robert Egan
Fourni par l'Université de Chicago
