L'atmosphère de Jupiter

01-01-2017 Philippe VOLVERT

Jupiter est ce qu'on appelle une planète gazeuse. Dans notre système solaire, c'est même la plus grande avec une taille onze fois supérieure à la Terre. Elle est 2,5 fois plus massive que toutes les autres planètes du Système solaire réunies. Sa densité équivaut à un quart de celle de la Terre.

Composition atmosphérique de Jupiter

L'atmosphère de Jupiter est largement constituée d'hydrogène et d'hélium. On trouve également des traces de méthane, de vapeur d'eau, d'ammoniac, de carbone, d'éthane, de sulfure d'hydrogène, de néon, d'oxygène, d'hydrure de phosphore et de soufre. La couche la plus externe de la haute atmosphère contient des cristaux d'ammoniac.

Coupe de Jupiter

La structure interne de Jupiter est constituée d'un noyau rocheux dense et solide d'environ 12 000 km de diamètre. Il est entouré d'un manteau d'hydrogène et d'hélium métalliques liquides d'environ 111 500 km d'épaisseur. L'hydrogène, principal constituant de la planète, passerait progressivement à l'état liquide pour parvenir à l'état gazeux dans les 1600 km derniers kilomètres.

L'atmosphère de Jupiter se découpe en trois couches distinctes:

  • Couche 1: atmosphère très ténue à plusieurs centaines de km au-dessus de la « surface ». A une vingtaine de km au-dessus de la « surface », vers 0,5 atmosphère, circulent des cirrus de cristaux d'ammoniac qui apparaissent blancs mais restent transparents;
  • Couche 2: aux alentours de l'altitude 0, des nuages colorés brun-rouges par le sulfure d'acide sont opaques;
  • Couche 3: à partir de 20 km au-dessus de la « surface », des nuages de vapeur et de cristaux de glace d'eau ont une épaisseur variant de 10 à 60 km.

L'atmosphère jovienne est stratifiée. La principale couche de nuages visibles se compose de cristaux d'ammoniac (NH3) cent fois plus gros que les particules de glace des cirrus terrestres. Au-dessus et en-dessous flottent d'épaisses brumes atmosphériques constituées de gouttelettes d'hydrocarbures et peut-être d'acide sulfhydrique condensé (NH4SH).

Bandes et Zones de Jupiter

Bandes et Zones de Jupiter
Reconstitution des bandes et zones nuageuses de Jupiter à partir de clichés pris par la sonde Cassini en 2004 - Photo NASA/B. Jónsson

Les bandes nuageuses, alternativement, sombres et brillantes, distribuées parallèlement à l'équateur, correspondent à des formations nuageuses d'altitudes différentes. L'altitude des zones brillantes est supérieure à l'altitude des zones sombres. Les zones brillantes représentent des régions où s'élève la matière chauffée par en-dessous, tandis que les bandes sombres constituent des fosses dans lesquelles retombe la matière après s'être refroidie. A cette circulation verticale se superpose une circulation horizontale qui se traduit par des courants Est/Ouest circulant en sens opposés au Nord et au Sud de chaque zone brillante. Les différences de vitesse entre ces courants peuvent engendrer des vents de 600 km/h. Il en résulte la formation d'énormes tourbillons.

Mouvements atmosphériques de Jupiter
Mouvements atmosphériques entre les bandes de la planète Jupiter - Photo Université du Wisconsin (Agrandir)

Particularités de Jupiter

La Grande Tache Rouge

La Grande Tache Rouge est de forme conique avec un sommet tronqué de 2/3 moins large que sa base. Son diamètre apparent est l'équivalent à deux fois la Terre. Ses nuages sont riches en ammoniac qui quittent les couches profondes de cette perturbation et gagnent son sommet en décrivant des spirales. C'est une spirale nuageuse bombée au centre et inclinée par rapport à la verticale. Elle tourne sur elle-même en 6 jours et est composée essentiellement de cumulus de phosphore. Les parties bleutées entourant la Grande Tache sont des nuages de très basse altitude. Elle s'étend sur 4 000 km en longitude et 13 000 km en latitude. Elle émerge à quelques 8 km au-dessus de la couche nuageuse. Depuis plusieurs années, ta taille se réduit peu à peu.

Grande Tache Rouge de Jupiter
La Grande Tache Rouge en vraies couleurs sur la gauche et en fausses couleurs sur la droite par la sonde Galileo en 1996 - Photo NASA/Cornell University/P. Volvert (Agrandir)

Les ovales blancs

Trois cyclones ovales blancs, situés entre 30° Sud et 100° Ouest s'étendent sur 9 000 km. Les tourbillons se déplacent les uns par rapport aux autres dans le sens des aiguilles d'une montre. Chacun tourne sur lui-même dans le sens inverse. L'ensemble interagit avec un système nuageux de plus petite taille qui dérive chaque jour de 0,4° vers l'Est dans les régions australes ; d'où la formation d'un épais plafond de cumulus orageux en altitude.

Les points chauds laissent passer le rayonnement infrarouge émis par les couches les plus profondes mais aussi les plus chaudes de l'atmosphère car elles ne sont pas couvertes de nuages. Il s'y produit des mouvements de convection dans l'atmosphère. Au centre, des gaz chargés en vapeur montent en colonne. Plus ils montent et plus ils s'assèchent. Ils refroidissent ensuite et redescendent sur les côtés.

Les orages ont la même origine que sur Terre. Ils aspirent les couches de gaz humides et chauds qui se déploient en basse altitude avant de les rejeter dans la haute atmosphère, en libérant l'énergie sous forme d'éclairs.

Ovales sur Jupiter
Une série d'ovales blancs localisée sous la Grande Tache Rouge et photographiée par la sonde Voyager 1 le 01 mars 1977 à 4,3 millions de km de distance de la planète Jupiter - Photo NASA

Sources

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