En cinq minutes
Les lunes de Jupiter forment une famille de plus de 90 mondes connus, menée par quatre grandes lunes que Galileo Galilei a observées en janvier 1610 : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Elles se comportent comme un petit système solaire. Io est le corps le plus volcanique connu, Europe cache un océan salé sous sa glace, Ganymède est la plus grande lune du Système solaire et Callisto est une boule ancienne de glace et de roche criblée de cratères.
Les quatre orbitent à l'intérieur des ceintures de radiation de Jupiter, parmi les rayonnements les plus sévères qu'une sonde spatiale ait à traverser. Un signal radio met environ 33 à 54 minutes pour aller de la Terre à Jupiter. Et Io, la plus proche des quatre, façonne les sursauts radio que Jupiter émet. Cette page reprend chacun de ces points tour à tour. Elle s'inscrit dans notre histoire de la science-fiction, car ces mondes nourrissent l'imagination des auteurs depuis la lunette de Galilée.
Les quatre lunes galiléennes
Durant les nuits du 7 au 13 janvier 1610, Galilée remarque de petits points lumineux qui changent de place d'une nuit à l'autre près de Jupiter. Ce sont des lunes qui tournent autour d'une autre planète, une preuve solide que tout ne tourne pas autour de la Terre. L'astronome allemand Simon Marius affirmait les avoir vues à peu près au même moment, et les noms que nous employons aujourd'hui sont ceux qu'il a proposés. Avec de bonnes jumelles bien stabilisées, on peut encore les apercevoir sous la forme d'une courte ligne de points à côté de Jupiter.
Io
Io mesure environ 3 643 km de diamètre, un peu plus que notre Lune, et tourne autour de Jupiter en 1,77 jour. La gravité de Jupiter, ajoutée aux attractions d'Europe et de Ganymède, la comprime et la déforme sans cesse. Les frottements réchauffent l'intérieur et alimentent plus de 400 volcans actifs, dont de vastes lacs de lave comme Loki Patera. Voyager 1 a photographié un panache d'éruption en mars 1979, le premier volcan actif jamais observé ailleurs que sur Terre.
Europe
Europe mesure 3 122 km de diamètre, un peu moins que notre Lune, et est enveloppée d'une croûte de glace d'eau. Les mesures magnétiques de la sonde Galileo indiquent un océan salé en dessous, qui contiendrait peut-être environ deux fois plus d'eau que tous les océans de la Terre. Personne n'a vu cet océan directement. C'est la principale raison pour laquelle Europe est une cible prioritaire dans la recherche de lieux où la vie pourrait exister.
Ganymède
Ganymède mesure 5 268 km de diamètre. C'est la plus grande lune du Système solaire, plus large que la planète Mercure, bien qu'elle n'ait qu'environ 45 % de la masse de Mercure, puisqu'elle est faite de glace et de roche. C'est la seule lune connue à produire son propre champ magnétique, et les indices pointent vers un océan salé enfoui. La sonde Juno est passée à environ 1 000 km le 7 juin 2021, premier survol rapproché en plus de vingt ans.
Callisto
Callisto mesure 4 821 km de diamètre et c'est la plus éloignée des quatre, à environ 1,88 million de km de Jupiter, avec une orbite de 16,7 jours. Sa surface est l'une des plus criblées de cratères du Système solaire et a peu changé depuis des milliards d'années. Elle se trouve hors des pires radiations, si bien que les planificateurs de missions et les auteurs la choisissent souvent comme site le plus sûr pour une base humaine. Un océan profond y existe peut-être, mais les indices sont plus minces que pour Europe et Ganymède.
Les trois lunes intérieures sont verrouillées dans un rythme appelé résonance de Laplace : pendant que Ganymède fait un tour, Europe en fait deux et Io quatre. Cela maintient leurs orbites légèrement étirées, ce qui contribue à alimenter les volcans d'Io et à réchauffer Europe. Callisto ne fait pas partie de ce schéma.
Les ceintures de radiation de Jupiter
Jupiter possède le champ magnétique le plus puissant de toutes les planètes. Il piège des électrons et des ions et les accélère à des énergies colossales, formant des ceintures de radiation bien plus intenses que les ceintures de Van Allen terrestres. Io les alimente : ses volcans libèrent environ une tonne de matière par seconde, dont une partie est ionisée puis capturée par le champ. Pioneer 10 a réalisé les premières mesures en décembre 1973.
Plus une lune est proche de Jupiter, plus la dose est forte. On estime couramment que la surface d'Europe reçoit plusieurs sieverts par jour, un niveau dangereux pour un être humain en moins d'une journée. Io est pire, Ganymède en reçoit bien moins et Callisto très peu. Les sondes s'en protègent par leur conception. Juno range ses composants électroniques les plus sensibles dans un coffre en titane aux parois d'environ 1 cm d'épaisseur, pour une masse d'environ 200 kg. Europa Clipper ne se mettra pas du tout en orbite autour d'Europe. Il effectuera près de 50 survols rapprochés et passera l'essentiel de son temps plus loin, là où la dose est plus faible.
Combien de temps la lumière met-elle pour aller de la Terre à Jupiter ?
Les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière, soit environ 299 792 km par seconde. Selon la position des deux planètes sur leurs orbites, Jupiter se trouve entre environ 588 millions de km et 968 millions de km de la Terre. En divisant ces distances par la vitesse, un signal met environ 33 minutes à l'aller au plus près et environ 54 minutes au plus loin. À la distance moyenne d'environ 5,2 unités astronomiques, cela donne autour de 43 minutes. Une question et sa réponse prennent donc entre 65 et 108 minutes environ.
C'est pourquoi personne ne pilote une sonde vers Jupiter avec un joystick. Les ingénieurs envoient les commandes des heures ou des jours à l'avance, et l'engin les exécute seul. Les lunes de Jupiter nous ont aussi fourni le premier indice que la lumière a une vitesse finie. En 1676, l'astronome danois Ole Rømer a remarqué qu'Io disparaissait dans l'ombre de Jupiter plus tard que prévu quand la Terre était plus éloignée de Jupiter. Son chiffre était approximatif, mais l'idée était juste.
Io et les sursauts radio de Jupiter
En 1955, les radioastronomes américains Bernard Burke et Kenneth Franklin captent d'étranges sursauts de bruit autour de 22 MHz et les rattachent à Jupiter. Ces ondes sont appelées émission radio décamétrique parce que leur longueur d'onde est d'une dizaine de mètres. En 1964, Edward Bigg montre que les sursauts dépendent de la position d'Io sur son orbite.
La raison est qu'Io se déplace dans le champ magnétique de Jupiter comme un générateur. Elle produit un courant électrique de plusieurs millions d'ampères le long des lignes de champ jusqu'aux régions polaires de Jupiter. Là, des électrons rayonnent des ondes radio en faisceau, et ce faisceau balaie la Terre comme un phare. Des amateurs équipés d'une simple antenne réglée vers 20 MHz peuvent entendre ces sursauts, et le projet Radio JOVE de la NASA aide des élèves à faire exactement cela.
La science réelle : Juno et la suite
Une partie de tout cela est solidement établie. Les tailles et les orbites des quatre lunes, les volcans d'Io et le champ magnétique de Ganymède sont mesurés. Un océan caché sous Europe est fortement étayé, même s'il n'a jamais été vu directement. La vie sur l'une de ces lunes relève de la spéculation : personne n'en a trouvé le moindre signe.
L'orbiteur Galileo est arrivé à Jupiter en décembre 1995 et sa mission s'est achevée en septembre 2003, lorsqu'il a été dirigé volontairement vers l'atmosphère de Jupiter pour éviter toute contamination d'Europe. Juno a été lancée en août 2011 et s'est placée en orbite en juillet 2016. Elle a été conçue pour étudier Jupiter elle-même, mais pendant sa mission prolongée elle a survolé Ganymède en 2021, Europe en septembre 2022 et Io en décembre 2023 et février 2024. Europa Clipper a été lancé le 14 octobre 2024 et doit arriver à Jupiter en avril 2030. La sonde JUICE de l'Agence spatiale européenne a été lancée en avril 2023 et devrait arriver en juillet 2031, pour étudier Ganymède, Europe et Callisto.
Dans la fiction
Dans le roman d'Arthur C. Clarke 2001 : l'Odyssée de l'espace, le voyage mène vers le Système solaire externe, et le film le situe à Jupiter. La suite de Clarke, 2010 : Odyssée deux (1982), place Europe au centre, avec de la vie sous sa glace. Attention, spoiler : ce livre transforme aussi Jupiter en petite étoile. Dans The Expanse de James S. A. Corey, Ganymède est un monde agricole qui nourrit les colonies extérieures, ce qui en fait un enjeu politique.
Idées reçues
- « Jupiter a quatre lunes. » Elle en a quatre grandes, et plus de 90 connues au total. La plupart des autres ne font que quelques kilomètres de large.
- « Jupiter a failli devenir une étoile. » Il lui faudrait environ 80 fois sa masse pour fusionner l'hydrogène. L'étoile de Clarke dans 2010 est de la fiction.
- « On sait qu'Europe a un océan plein de vie. » L'océan est probable, et la vie reste une question ouverte.
- « Ganymède est plus grande qu'une planète. » Elle est plus large que Mercure mais bien plus légère, et elle orbite autour de Jupiter : c'est donc une lune.
À lire ensuite
- Io : la lune volcanique plus en détail.
- Europe : la croûte de glace, l'océan et la mission Clipper.
- Ganymède : la plus grande lune et son champ magnétique.
- Callisto : la lune extérieure, ancienne et criblée de cratères.
- 2001 : l'Odyssée de l'espace : le roman de Clarke sur un voyage vers les planètes extérieures.
