Géantes gazeuses : Jupiter et Saturne

Les deux géantes d'hydrogène-hélium qui dominent le Système solaire externe, caractérisées par des intérieurs profonds d'hydrogène métallique, des atmosphères en bandes et d'immenses magnétosphères.

Definition

Les géantes gazeuses sont des planètes principalement composées d'hydrogène et d'hélium, sans surface solide ; dans le Système solaire, il s'agit de Jupiter et de Saturne.

Scope

Ce sujet aborde Jupiter et Saturne : leur composition globale et leurs intérieurs stratifiés, y compris une région d'hydrogène métallique, la source de leur chaleur interne, la dynamique de leurs atmosphères en bandes et de leurs tempêtes de longue durée, leurs champs magnétiques intrinsèques puissants et leurs magnétosphères, ainsi que les anneaux proéminents de Saturne. Il s'appuie sur les données des survols et des orbiteurs Voyager, Galileo, Cassini et Juno, ainsi que sur des études en laboratoire et théoriques de l'hydrogène sous des pressions extrêmes.

Core questions

• Comment Jupiter et Saturne sont-elles structurées intérieurement, et possèdent-elles des noyaux compacts ou dilués ?
• Pourquoi rayonnent-elles plus de chaleur qu'elles n'en reçoivent du Soleil ?
• Qu'est-ce qui entretient leurs jets en bandes et leurs tempêtes géantes telles que la Grande Tache rouge ?
• Comment leurs puissants champs magnétiques et leurs magnétosphères apparaissent-ils et interagissent-ils avec leurs lunes ?

Key theories

Intérieur d'hydrogène métallique

Sous les pressions immenses à l'intérieur de Jupiter et de Saturne, l'hydrogène devient un fluide métallique conducteur d'électricité, constituant la région dynamo qui génère leurs puissants champs magnétiques.

Chaleur interne et pluie d'hélium

Les géantes émettent plus d'énergie qu'elles n'en absorbent, alimentées par la contraction gravitationnelle et, dans le cas de Saturne, par la séparation et la sédimentation de gouttelettes d'hélium qui libèrent de la chaleur supplémentaire.

Dynamique atmosphérique des jets zonaux

La rotation rapide et le flux de chaleur convectif organisent les atmosphères en jets et bandes alternées est-ouest, au sein desquelles des vortex comme la Grande Tache rouge persistent pendant des siècles.

Mechanisms

L'auto-gravité comprime l'hydrogène et l'hélium jusqu'à ce que l'hydrogène devienne métallique et conducteur, alimentant une dynamo et un champ magnétique puissant. Une lente contraction et la différenciation de l'hélium fournissent la chaleur interne, qui, associée à la rotation, alimente une convection en bandes à la surface. Les interactions magnétosphériques avec les lunes génèrent des aurores et d'intenses ceintures de radiation.

Clinical relevance

Jupiter et Saturne sont les planètes géantes les mieux étudiées et servent de modèles pour l'interprétation des exoplanètes géantes, tandis que leur gravité a façonné l'histoire dynamique de l'ensemble du Système solaire.

History

L'observation télescopique des bandes de Jupiter et de la Grande Tache rouge remonte à des siècles, mais la compréhension moderne est issue des survols de Pioneer et Voyager, de l'orbiteur Galileo et de sa sonde atmosphérique à Jupiter, de l'orbiteur Cassini à Saturne, et de la mission Juno, dont les mesures précises de gravité et de champ magnétique ont remodelé les modèles de l'intérieur profond de Jupiter.

Debates

Nature du noyau de Jupiter

Les données de gravité de Juno suggèrent un noyau dilué et diffus, mélangé à l'enveloppe plutôt qu'un noyau lourd nettement défini, ce qui a conduit à des révisions des modèles de formation et d'intérieur.

Key figures

• Andrew Ingersoll
• Tristan Guillot
• Scott Bolton
• William Hubbard

Seminal works

• guillot2005
• ingersoll2004
• bolton2017

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la Grande Tache rouge ?

C'est une tempête anticyclonique géante et de longue durée dans l'atmosphère de Jupiter, plus large que la Terre, qui a persisté pendant au moins quelques siècles d'observation télescopique.

Pourquoi Jupiter et Saturne dégagent-elles plus de chaleur qu'elles n'en reçoivent ?

Elles se contractent encore lentement sous l'effet de leur propre gravité, et chez Saturne, la sédimentation de l'hélium vers le centre libère de la chaleur supplémentaire, de sorte que les deux planètes rayonnent plus d'énergie qu'elles n'en absorbent du Soleil.