L'instrument SYMPA détecte les pulsations de Jupiter

Une équipe de chercheurs français est parvenue, grâce à un appareil d'observation dédié, à détecter les micro-pulsations affectant l'atmosphère de Jupiter, reflets de son activité interne. Leurs résultats sont à paraître dans la revue Astronomy and Astrophysics, acceptés pour publication le 6 juin 2011.

C'est la plus grosse planète du système solaire, représentant quelques 70% de sa masse totale. Des planètes géantes, c'est elle qui a reçu le plus de visites : entre 1973 et 2007, pas moins de huit sondes spatiales l'ont observée. Et les astronomes amateurs se délectent depuis toujours de ses couleurs et de ses motifs derrière leurs télescopes ! Jupiter, pourtant, n'a pas encore lâché tous ses secrets : sa structure interne reste un mystère et les spécialistes ignorent par exemple si elle possède un noyau rocheux.

« Jupiter reste un enjeu pour comprendre la formation du système solaire. Car si l'on approche les mécanismes qui ont conduit à la mise en place de cet énorme objet, on aura compris le principal », explique Patrick Gaulme, chercheur à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS, Université Paris Sud) et auteur principal de l'article. Pour avancer dans cette compréhension, le chercheur et ses collègues, François Xavier Schmider, Tristan Guillot et Jean Gay (laboratoire Fizeau et laboratoire Cassiopée, CNRS, Université de Nice, Observatoire de Côte d'Azur) ont utilisé des techniques de sismologie, qui étudient la propagation des ondes au sein des couches de matière. En clair, alors que l'oreille est capable de percevoir des différences de sons entre une balle de golf se déplaçant dans l'air, rentrant dans un étang ou percutant un obstacle dur, les astrophysiciens « écoutent » eux aussi avec leurs appareils les ondes renvoyées par une planète, reflets de sa composition interne.

Mais les règles du jeu ne sont pas les mêmes quand il s'agit d'un astre à la surface fluide ! « Non seulement il est impossible de poser des appareils de mesure sur ce type de planètes, mais de plus, elles ne sont pas soumises aux secousses, cassures et autres chocs affectant les astres à surface solide, comme la Terre, et grâce auxquels nous tirons beaucoup d'enseignements sur la composition interne d'une planète », explique le spécialiste. La sismologie pour astres fluides n'est pas nouvelle : elle est utilisée depuis les années 70 dans le cas du Soleil (héliosismologie), et de façon accrue pour les étoiles (astérosismologie) depuis 2007 et 2009, grâce aux satellites français CoRoT et américain Kepler. La sismologie, alors, consiste à écouter les pulsations émises par ces planètes, celles-ci se reflétant non pas sur la couche superficielle et dure de l'astre, comme sur Terre, mais affectant et déformant les gaz qui l'entourent.

Cette traque relevait du défi. Non seulement l'existence de ces pulsations sur Jupiter était sujet à discussion depuis plus de trente ans, mais les chercheurs devaient aussi détecter une aiguille dans une botte de foin. « Alors que les oscillations recherchées affichent une vitesse de 10 cm à 100 cm par seconde, Jupiter, elle, tourne sur elle même à 12,5 km par seconde au niveau de son équateur !», précise Patrick Gaulme. Pour y parvenir, ils ont dû mettre au point le premier instrument capable de détecter ces micro-pulsations. Son nom : SYMPA. Il a été développé par l'Université de Nice et l'Observatoire de la Côte d'Azur et financé, à hauteur de 170 k€, par le CNRS, l'INSU, le Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, l'OCA et les réseaux européens ANTENA et OPTICON.

Représentation des mesures de vitesse Doppler sur Jupiter en fonction de la fréquence (exprimée en micro-Hertz), obtenues entre les 2 et 12 avril 2005 avec l’instrument SYMPA à l’Observatoire du Teide aux Canaries. La double bosse entre 800 et 3200 micro-Hertz, constituée de pics régulièrement espacés, est la signature des oscillations de Jupiter. Chaque pic correspond à une vibration propre de Jupiter, telle les notes d’un instrument de musique. © P. Gaulme.

Après une semaine d'observations en 2005 à l'Observatoire du Teide aux Canaries, et au terme d'un longue et minutieuse analyse, des résultats sont tombés. L'appareil, en mesurant la vitesse radiale de l'atmosphère de Jupiter par effet Doppler, a bel et bien détecté les micro-pulsations de l'astre ! « Nous savons maintenant que ces oscillations existent. Cela ouvre une nouvelle voie pour explorer les planètes gazeuses. Pour Jupiter elle-même, les conséquences sont importantes : nos observations confirment ce qu'avaient prévu les modèles d'ores et déjà existants », affirme-t-il. Prochaine étape : acquérir un instrument d'observation plus puissant afin de regarder de nouveau les pulsations de Jupiter, qui sera bien visible en 2012 et 2013 dans l'hémisphère nord. Et développer un prototype afin d'observer la géante du système solaire non pas du sol mais depuis un satellite. « Nous avons un instrument (DSI-ECHOES) qui est en compétition pour faire partie de la prochaine mission européenne d'exploration du système de Jupiter JUICE », confirme Patrick Gaulme.  Affaire à suivre !

Représentation exagérée d’un facteur 10 millions des oscillations telles que nous les avons détectées sur Jupiter. © P. Gaulme.