Jupiter’s satellites

To date, about 180 planetary satellites have been discovered in the solar system. The development of astronomy, as well as the use of interplanetary spacecraft to explore space, makes it possible to fix in it celestial bodies of increasingly smaller size, so this figure is constantly increasing. More than half of the detected satellites are satellites of Jupiter, the largest planet orbiting the Sun.

Satellites of a failed star

Visualization of the motion of Jupiter’s satellites

À ce jour, leur nombre est estimé à 79, mais il est plutôt conventionnel et les scientifiques affirment qu’en réalité ils ne sont pas moins d’une centaine. 50 satellites ont déjà leur propre nom — traditionnellement, ils portent des noms féminins en l’honneur des amants et des nombreuses filles de Jupiter (Zeus). Dans l’Antiquité, les divinités ne se distinguaient pas par une moralité et une lisibilité particulières. Ainsi, parmi les satellites de Jupiter se trouvait Ganymède, un beau jeune homme qui aimait le tout-puissant foudre et qui a donc été enlevé par lui. Les 29 autres corps célestes, découverts relativement récemment, n’ont pas encore de nom propre.

Le rôle des satellites de Jupiter dans le développement de l’astronomie

De gauche à droite : Ganymède, Callisto, Io et Europe. Ces satellites sont parmi les plus grands du système solaire et peuvent être observés avec un petit télescope.

Jupiter a été la première planète du système solaire à avoir des satellites, en dehors de la Lune, satellite de la Terre. C’est Galileo Galilei qui, en 1610, découvre à l’aide d’une lunette astronomique de petites étoiles proches de la géante qui ont un comportement inhabituel par rapport aux autres objets célestes. Après avoir observé leurs mouvements pendant quelques jours, il se rendit compte qu’elles tournaient autour de Jupiter et n’étaient donc pas des planètes indépendantes mais des satellites. C’est ainsi que Ganymède, Europe, Io et Callisto ont été découverts.

Mesurer la vitesse de la lumière

Au XVIIe siècle, les scientifiques n’avaient pas une idée précise de la finitude de la vitesse de la lumière. Il était donc important de découvrir expérimentalement comment elle se propageait, instantanément ou non. Les satellites de Jupiter ont permis de résoudre ce problème. Si les ondes lumineuses, quelle que soit leur source, se propagent instantanément, la position des corps célestes dans le ciel, enregistrée par l’observateur, correspondrait parfaitement à la réalité. Si ce rayonnement a une vitesse finie, l’image réelle sera déformée en raison de l’éloignement différent des objets en question.

En 1675, le Danois Ole Remer a calculé l’emplacement des satellites de Jupiter dans deux cas : le premier — la Terre et la géante gazeuse se trouvent du même côté du Soleil, le second — d’un côté différent. Constatant des divergences entre les calculs et les observations, il est parvenu à la conclusion correcte que la vitesse de la lumière a une valeur finie, mais il n’a pas pu la calculer avec précision en raison du manque, à l’époque, de données exactes sur la distance des orbites de la Terre et de Jupiter par rapport au Soleil.

Étoile ratée

Jupiter, image traitée par la sonde Voyager 1

La géante gazeuse a formé sa propre mini-structure au sein du système solaire, avec de nombreux satellites de tailles diverses en orbite autour d’elle. Ce fait, la composition chimique de son atmosphère (hydrogène et hélium) et sa taille vraiment impressionnante permettent de qualifier Jupiter d’étoile ratée. Cependant, sa masse est insuffisante pour qu’une réaction thermonucléaire se produise, ce qui signifie qu’elle ne pourra jamais en devenir une. Mais si Jupiter était un ordre de grandeur plus lourd, il n’y aurait pas un luminaire dans le système solaire, mais bien deux — les chercheurs de l’Univers connaissent les naines brunes, dont la masse est environ 12 à 80 fois supérieure à celle de la plus grosse planète du système solaire, et qui appartiennent à la «catégorie de poids» des étoiles les plus légères.

L’énergie de Jupiter

Structure interne de la planète

L’étude de la plus grande planète du système solaire a montré qu’elle rayonne environ 2,5 fois plus d’énergie qu’elle n’en reçoit de l’extérieur, ce qui suggère la présence de sources internes de ce phénomène. De plus, le rayonnement de Jupiter se situe dans une très large gamme de longueurs d’onde, y compris le spectre visible.

Une explication généralement reconnue de ce fait n’a pas encore été trouvée. On suppose que les sources d’énergie peuvent être les processus de transition de phase de l’hydrogène métallique vers la phase moléculaire. Par ailleurs, la plupart des chercheurs s’accordent à dire que le noyau de la planète est chauffé par compression interne et a une température, selon les différentes sources, de 20 000°C à 30 000°C.

Classification des satellites de Jupiter

Si une planète possède de nombreux satellites, ceux-ci sont généralement divisés en trois groupes principaux : principaux, internes et externes. Les satellites principaux sont les plus gros, et Jupiter en compte quatre : Ganymède, Europe, Io et Callisto. Ils sont aussi souvent appelés «galiléens», en l’honneur du scientifique-astronome italien qui les a découverts. Les régions de l’espace autour de la planète centrale sont subdivisées, en fonction des orbites des principaux satellites, en régions intérieures et extérieures. Selon la partie de l’espace dans laquelle se trouve un autre satellite, celui-ci porte le nom d'»intérieur» ou d'»extérieur».

Les satellites intérieurs sont beaucoup plus petits que les satellites galiléens et orbitent à 1,8-3,1 du rayon de Jupiter, c’est-à-dire très près de sa surface théorique.

Les satellites principaux sont situés un peu plus loin, occupant un anneau de 20 rayons de large autour de la planète, le plus proche d’entre eux, Io, se trouvant à six rayons du centre de rotation. Les corps célestes internes et principaux qui composent la suite de Jupiter tournent dans le plan équatorial.

Les satellites externes sont situés à une distance de 2 à 50 millions de km du centre de la planète. Leurs dimensions sont généralement estimées à quelques kilomètres, mais il en existe quelques-uns relativement grands (le plus grand mesure 170 km). Ces corps célestes ont généralement une forme irrégulière, des orbites elliptiques et des inclinaisons variées par rapport au plan équatorial.

Orbites des satellites extérieurs

Certains d’entre eux tournent dans le sens inverse de la rotation de la planète et des autres satellites. Par calcul, il est possible de déterminer la zone d’attraction gravitationnelle d’un corps (appelée sphère de Hill), qui est d’environ 50 millions de kilomètres pour Jupiter. C’est la limite possible pour la recherche de satellites.

Satellites intérieurs

Jupiter possède quatre satellites intérieurs, tous situés à l’intérieur de l’orbite de Io, le satellite galiléen le plus proche de la planète.

Ils s’appellent Adrastea, Amalthea, Metida et Thebes. Le plus grand d’entre eux, Amalthea, a une forme irrégulière, est fortement criblé de cratères et, par sa taille (270x165x150 km), se classe au cinquième rang du système de Jupiter. Phoebe est deux fois plus petite (116x98x84 km) et ressemble à un ellipsoïde. Les deux autres satellites, Adrastea et Metida, ont des dimensions respectives de 25x20x15 km et 60x40x34 km.

Les quatre planètes mineures appartiennent à la catégorie des planètes régulières, c’est-à-dire qu’elles tournent dans le même sens que les satellites principaux et que leurs orbites se situent dans le plan équatorial et près du plan rugueux.

Se déplaçant presque à la même distance de Jupiter, Metide et Adrastea sont en avance sur sa rotation autour de son axe, ce qui entraîne la création de forces de marée qui les rapprochent inexorablement de la surface de la planète. Il est donc très probable qu’elles finissent par tomber sur celle-ci.

Amalthea

Amalthea, photo de la sonde Galileo.

Le plus intéressant de ces satellites est Amalthée, découvert en 1892 par Edward Barnard. La couleur rouge foncé de sa surface est sans équivalent dans le système solaire. Des études récentes ont suggéré qu’elle est principalement constituée de glace avec des inclusions de minéraux et de substances contenant du soufre.

De telles conclusions permettent de rendre compte de la faible densité de l’astre (900 kg/m3 😉 et des données issues de l’analyse de son rayonnement. Mais cette hypothèse n’explique pas la couleur du satellite. Si elle est retenue, on peut parler d’une origine extra-jupitérienne de ce corps, car près de la surface de Jupiter, le satellite de glace n’a pas pu se former.

Les satellites externes

Les satellites externes, actuellement au nombre de 59, se caractérisent par une variation des paramètres et des caractéristiques nettement plus importante que les satellites principaux et internes. Ils évoluent tous sur des orbites elliptiques présentant un angle d’inclinaison important par rapport au plan équatorial. Tous les satellites externes, qui ont été observés par des vaisseaux spatiaux de passage, ressemblent visuellement à des blocs informes dont la surface est corrodée par les errances.

Ils peuvent être classés en fonction des valeurs du grand demi-grand axe et de l’angle d’inclinaison de la rotation par rapport au plan de l’équateur de Jupiter, ainsi que de sa direction. Une partie des satellites se déplacent sur des orbites très proches et sont apparemment des morceaux d’un corps céleste plus grand qui s’est effondré à la suite d’une collision avec un autre objet spatial. Plus près de la planète, des satellites orbitent dans la même direction que les satellites principaux.

Les satellites irréguliers

Viennent ensuite les satellites à mouvement inverse. Ils sont classés en plusieurs groupes : Ananke, Karme, Himalia et Pasiphae. Dans chacune de ces familles, on trouve un grand corps (d’une taille supérieure à 14 kilomètres) et plusieurs petits (d’une taille inférieure à 4 kilomètres).

La similitude des trajectoires indique très probablement l’origine commune des satellites d’un même groupe, ce qui est confirmé par l’analyse de leurs vitesses, qui ne diffèrent pas significativement entre les satellites. Un certain nombre de satellites n’ont pas encore été classés et attendent leurs chercheurs

L’étude des corps célestes gravitant autour des orbites lointaines de Jupiter est intéressante car ils ont subi peu de changements depuis leur formation et sont donc porteurs d’informations sur la nature du système solaire.

Il est très probable que certains d’entre eux ont volé librement dans l’espace depuis d’autres régions de la galaxie et ont été capturés par le champ gravitationnel de la planète géante. L’analyse de leur composition chimique nous permettra donc d’en savoir plus non seulement sur Jupiter et ses satellites, mais aussi sur la structure de l’Univers dans son ensemble.

Satellites majeurs (galiléens)

Planètes à croissant et satellites majeurs du système solaire

Les principaux satellites de Jupiter se sont formés en même temps qu’elle et ont des orbites proches de la circularité. Ils tournent dans le plan de l’équateur à une distance allant de 420 000 km à près de 2 millions de km du centre de la planète. Le système de la géante gazeuse compte quatre satellites de ce type. Ils s’appellent, par ordre de distance, Io, Europa, Ganymède et Callisto. La densité de la structure de ces satellites dépend de la distance qui les sépare de la planète. Plus le satellite est proche de Jupiter, plus la densité du matériau qui le compose est élevée. Ainsi, Io a une densité de 3530 kg/m3, et Callisto de 1830 kg/m3. Tous ces corps célestes, ainsi que la Lune par rapport à la Terre, font toujours face à leur planète d’un côté.

Première carte géologique de Ganymède

Tous les satellites de Jupiter sont au moins une fois et demie plus grands que la Lune, et Ganymède, le plus grand satellite du système solaire, dépasse de 8 % (en diamètre) la taille de sa plus petite planète, Mercure. Cependant, en raison de sa faible densité (1936 kg/m3), sa masse est plus de deux fois inférieure à celle de cette planète. Les scientifiques pensent qu’avant les principaux satellites étaient plus nombreux, et qu’ils ont tous été formés à partir d’un seul nuage de gaz et de poussières. Par la suite, certains d’entre eux, sous l’influence des forces gravitationnelles, sont tombés à la surface de Jupiter, et il n’en est resté que quatre, observés aujourd’hui.

Quelques caractéristiques des satellites galiléens

L’étude approfondie et prolongée des astronomes de nombreux pays, ainsi que plusieurs missions spatiales interplanétaires qui ont transmis leurs observations à la Terre, ont permis de recueillir un grand nombre de données intéressantes sur les principaux satellites de Jupiter.

Ио

Io est un satellite de Jupiter

Io est le corps céleste le plus volcanique du système solaire. La proximité de l’énorme Jupiter provoque des fractures à la surface du satellite et des émissions de soufre, ce qui lui donne une couleur jaune orangé. Il est probable que sa surface soit composée d’un mélange de glace et de roche.

Europe

Europe, image par Ams Galileo

Europe est entièrement recouverte d’une croûte de glace d’eau, sous laquelle peut se cacher un océan liquide, dont le volume dépasse de plus de deux fois les réserves d’eau de la Terre, ce qui nous permet de spéculer sur l’existence d’une vie sur les satellites de Jupiter. Les images photographiques de la surface du satellite présentent une structure réticulée, ce qui permet d’évoquer la présence de failles, de fissures et de protalines. On pense également que de l’eau est présente sur Ganymède et Callisto. Europa pourrait contenir deux fois plus d’eau que la Terre. Là encore, on pense que la gravité de la planète réchauffe l’intérieur de la planète et la maintient au chaud.

Ganymède

Ganymède est le plus grand satellite, plus grand que la planète Mercure. Il est le seul du système solaire à posséder son propre champ magnétique.

Callisto

Callisto, le quatrième satellite, possède l’une des surfaces les plus densément cratérisées. Contrairement aux autres, la surface de Callisto est très ancienne, avec des cratères d’impact dont l’âge se compte en milliards d’années.

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Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023