Au-delà de la ceinture d’astéroïdes se trouve Jupiter, cinquième planète à partir du Soleil. Jupiter est une planète géante gazeuse. Il s’agit de la plus grosse planète du Système solaire, plus volumineuse et massive que toutes les autres planètes réunies. Plus de 1300 fois la taille notre chère maison la Terre, sa masse est plus de deux fois supérieure à celle de la totalité des autres planètes du système solaire et plus de 300 fois celle de notre planète Terre. Malgré son côté mastodonte, Jupiter est la planète qui tourne le plus rapidement sur elle-même en faisant un tour complet en moins de 10 heures. On pourrait presque dire qu’elle est « légère » (c’est relatif, hein ;-)).

Fiche d’identité de Jupiter

Homonyme : Roi des dieux dans la mythologie romaine.
Date de Découverte : Connue (visible) dès la Préhistoire, nommée ainsi depuis l’Antiquité.
Catégorie : Planète, géante gazeuse.
Composition : gaz très légers, hydrogène, hélium, ammoniac, méthane, vapeur d’eau…
Orbite ou Distance du Soleil : 778,5 millions de km (cinq fois plus éloignée du Soleil que notre Terre).
Jour : Environ 10 heures terrestres.
Année : Environ 12 années terrestres.
Diamètre : 142 984 km soit environ 11 fois la Terre.
Gravité à la surface : Environ 2,5 fois celle de notre Terre.
Température de surface : -145 degrés Celsius.
Lunes : Europe, Ganymède, Io, Callisto… elles sont 69 connues à ce jour !

La plus grosse planète du Système solaire compte maintenant 69 satellites, puisque en cherchant la neuvième – et toujours hypothétique – planète du Système solaire, les astronomes ont découvert deux nouvelles lunes à Jupiter, de petite taille (1,5 km de diamètre) capturées par le champ gravitationnel de la planète.

C’est la planète où immense prend tout son sens : un monde chaotique, dominé par l’ammoniac. Des cyclones y atteignent 1.400 km de diamètre, dont la fameuse « grande tâche rouge », plus grande que notre Terre. Impressionnant, n’est-ce pas ?

Les récentes images transmises par Juno sont fascinantes, vous les avez certainement vues. La nature, l’univers est une belle oeuvre d’art, n’est-ce pas ?

Alors, envie d’en savoir un peu plus sur la formation de cette étonnante planète, et par là-même découvrir de nouvelles clés pour comprendre comment le système solaire a évolué vers son architecture actuelle ?

Jupiter est la plus vieille planète de notre système solaire

POUR LA PREMIÈRE FOIS, LA FORMATION DE JUPITER EST DATÉE PRÉCISÉMENT PAR LES SCIENTIFIQUES

Jupiter n’est pas seulement la plus grande planète du système solaire, c’est aussi la plus ancienne, annoncent les chercheurs (experts en géochimie), un groupe international formé par l’Institut de Planétologie de l’Université de Münster (Allemagne) et le Laboratoire national Lawrence Livermore (USA). Pour la première fois, ils ont déterminé l’âge précis de Jupiter, qui était auparavant approximatif. Jusqu’à présent, il n’y avait en effet pas d’échantillons de Jupiter et, par conséquent, aucune mesure directe n’était possible.

« Nous n’avons aucun échantillon de Jupiter, contrairement à d’autres corps comme la Terre, Mars, la Lune et les astéroïdes », a déclaré Kruijer. « Dans notre étude, nous utilisons des signatures isotopiques de météorites (dérivées d’astéroïdes) pour inférer l’âge de Jupiter ». Les chercheurs ont déterminé l’âge de Jupiter en examinant les isotopes de tungstène et isotopes de molybdène sur les météorites de fer, des fragments d’astéroïdes qui résident aujourd’hui dans la Ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Les scientifiques ont utilisé des mesures isotopiques pour montrer que les astéroïdes proviennent à l’origine de deux régions distinctes du système solaire, l’une à l’intérieur et l’autre au-delà de l’orbite de Jupiter. Le fait que le matériel au-delà de Jupiter soit présent dans les météorites est une découverte fondamentalement nouvelle et surprenante, soulignent les chercheurs. Ils ont utilisé les compositions isotopiques des météorites comme une empreinte génétique pour déduire les relations entre différentes météorites.

L’étude a révélé que Jupiter a atteint une taille d’environ 20 masses terrestres en moins d’un million d’années après la formation du système solaire à 4,567 milliards d’années. Une fois à ce stade, il a fallu environ trois millions d’années pour qu’elle atteigne sa pleine masse. « Bien que Jupiter soit très massive, elle est devenue extrêmement rapide en moins de quatre millions d’années. Bien que les modèles théoriques prévoyaient une croissance aussi rapide, ces prédictions étaient très incertaines« , explique le Dr Thomas Kruijer, premier auteur de l’étude. Pour vous faire une idée, il a fallu environ 100 millions d’années pour former la Terre, qui n’est que 1/380ème de la masse de Jupiter.

20 masses terrestres en moins d’un million d’années

En datant les météorites, les chercheurs ont montré que les astéroïdes de l’orbite interne et externe de Jupiter se formaient entre un et quatre millions d’années après la formation du système solaire. « Pendant cette période, il n’y a pas eu d’échange matériel entre les deux régions. Ce manque de mélange s’explique par la formation de Jupiter. Les calculs du modèle ont montré qu’une fois que Jupiter a atteint environ 20 masses terrestres, il a empêché l’échange de matériaux sur son orbite », explique Thorsten Kleine, professeur à l’Université de Münster et auteur principal de l’étude. À l’inverse, cela signifie que Jupiter doit avoir atteint 20 masses terrestres au cours du premier million d’années de l’histoire du système solaire.

À quatre millions d’années, Jupiter est entièrement formée

Les 20 masses terrestres correspondent à la masse du noyau solide de Jupiter. Une fois que ce noyau s’est formé, la croissance de Jupiter a continué par l’accumulation de gaz. Ce processus était relativement lent d’abord jusqu’à ce que Jupiter atteigne une masse d’environ 50 masses terrestres. Les chercheurs ont pu déterminer ce point dans le temps, car une fois que Jupiter a atteint 50 masses terrestres, il a commencé à disperser du matériel au-delà de son orbite vers le système solaire interne. « Ce processus n’a pas pu commencer avant que les corps parents de la météorite cessent de se former, car sinon, nous aurions trouvé des preuves isotopiques pour le mélange des matériaux extérieurs et intérieurs du système solaire », explique Thomas Kruijer qui travaille actuellement au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie (États-Unis).

Parce qu’il n’y a pas de preuve d’un tel mélange dans les météorites qui se sont formées environ quatre millions d’années après la formation du système solaire, les chercheurs ont conclu que Jupiter n’avait pas atteint 50 masses terrestres avant quatre millions d’années. À ce stade, Jupiter était alors suffisamment grande pour démarrer une accrétion exponentielle, faisant le ménage autour d’elle (j’emprunte ici l’expression à un de mes contacts planétologue, elle est assez parlante), et lui permettant d’atteindre sa masse finale de 384 masses terrestres très rapidement.

Implications pour l’évolution précoce du système solaire

La croissance rapide de Jupiter a des implications profondes pour comprendre l’histoire précoce du système solaire et la formation des quatre planètes intérieures (terrestres) Mercure, Venus, Terre et Mars. La croissance de Jupiter a conduit à une diffusion d’astéroïdes riches en eau dans le système solaire interne, où ces corps ont pu être incorporés à la Terre. En tant que tel, les astéroïdes riches en eau sont probablement des candidats à la source d’eau sur Terre. Mais la croissance rapide de Jupiter a également inhibé le transport de masse significatif dans le système solaire interne, expliquant potentiellement pourquoi Mars est si petit et aussi pourquoi notre système solaire, contrairement à de nombreux systèmes extrasolaires, n’a pas de super-terres (c’est-à-dire de grandes planètes de type terrestre). « Que nous ayons des matériaux qui ont été formés au-delà de Jupiter est une découverte tout à fait nouvelle et surprenante. Cela changera radicalement notre point de vue sur l’histoire précoce du système solaire », explique Thorsten Kleine.

Publication originale

Le travail a été réalisé dans le cadre du Centre de recherche collaboratif Transregio 170 intitulé «Accrétion tardive sur les planètes terrestres» à l’Université de Münster et a bénéficié d’un soutien de la Fondation allemande de la recherche ainsi que du Conseil européen de la recherche.

T.S. Kruijer, C. Burkhardt, G. Budde and T. Kleine (2017): Age of Jupiter inferred from the distinct genetics and formation times of meteorites. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America (Early Edition); doi:10.1073/pnas.1704461114

Prof. Thorsten Kleine (Professorship for experimental and analytical planetology)

Original publication

Traduction de Maïm Garnier inspirée de la publication du site officiel de l’Université de Münster et Livermore Laboratory, les commentaires et formulations étant apportés pour apporter clarté et lisibilité pour un public curieux mais non spécialiste.

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Pour aller plus loin

CNES : une page sur chaque planète, dont Jupiter

ESA : Jupiter in solar system, properties

NASA : Jupiter, missions and stories about the planet, Juno mission currently orbiting 

Universcience TV : une vidéo sur Jupiter vue par Juno

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