La sonde Juno a détecté directement des particules de l’atmosphère de Jupiter filant vers l’espace à une vitesse suffisante pour échapper à la planète.
Jupiter possède une atmosphère dominée par l’hydrogène et un champ magnétique très puissant. Près de ses pôles, des particules chargées sont guidées par ce champ et produisent notamment de vastes aurores. Ces régions constituent aussi un lieu d’échanges entre la haute atmosphère et l’environnement magnétique de la planète.
Vue d’artiste de la sonde Juno au-dessus du pôle Nord de Jupiter, région où ses instruments étudient les particules chargées et les aurores.
Crédit : NASA/JPL-Caltech.
Les chercheurs ont suivi un type particulier de particule chargée, appelée H₃⁺. Elle est formée de trois noyaux d’hydrogène portant ensemble une charge électrique positive. Dans l’atmosphère jovienne, elle apparaît lorsque le rayonnement solaire ou des particules énergétiques ionisent l’hydrogène. Sa production est particulièrement forte dans les régions aurorales.
Jusqu’ici, H₃⁺ était surtout étudié à distance grâce à la lumière infrarouge qu’il émet. Cette méthode renseigne sur les températures et les mouvements de la haute atmosphère, mais elle superpose des émissions venant de différentes altitudes. Juno a permis cette fois de mesurer directement ces particules sur place, au-dessus des pôles.
Les instruments de la sonde ont identifié des écoulements intermittents de H₃⁺ très haut au-dessus de l’ionosphère. Certaines particules remontaient à une vitesse supérieure à celle nécessaire pour quitter définitivement l’attraction de Jupiter. Cette mesure confirme donc qu’une partie de ces ions s’échappe réellement de la planète.
Paramètres mesurés dans plusieurs écoulements de H₃⁺ à différentes distances de Jupiter.
Source : Nature Astronomy, figure de la publication scientifique.
Comment sont-ils accélérés ? Les auteurs proposent un mécanisme en deux étapes. Des interactions entre particules et ondes dans le plasma pourraient d’abord lancer le mouvement ascendant. Des champs électriques situés au-dessus de l’ionosphère accéléreraient ensuite les ions jusqu’aux vitesses observées.
Le phénomène représente un transfert de matière et d’énergie entre l’ionosphère, couche supérieure chargée électriquement, et la magnétosphère contrôlée par le champ magnétique jovien. Les chercheurs évaluent la perte à un ordre de grandeur de 1026 ions H₃⁺ par seconde. Ce nombre est énorme, mais chaque ion est extrêmement léger.
Cette fuite ne signifie donc pas que Jupiter va perdre rapidement son immense atmosphère. Son intérêt est ailleurs : elle révèle directement l’un des chemins empruntés par la matière dans les régions polaires. Elle aide aussi à comprendre comment les aurores, les courants électriques et la haute atmosphère sont reliés.
Un mécanisme comparable pourrait fonctionner sur d’autres planètes possédant une atmosphère riche en hydrogène, un fort champ magnétique et des aurores infrarouges. Les données de Juno, disponibles publiquement dans les archives de la NASA, permettront de rechercher d’autres épisodes et de préciser leur fréquence.
