Jupiter photographiée par la sonde Juno en 2017 et colorisée par David Marriot.© NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / David Marriott

Lancement de la mission Juice

Univers Terre Solide Océan Atmosphère

Le 13 avril aura lieu le lancement de la première mission de classe L du programme Vision Cosmique de l’ESA 2015-2025. Juice (JUpiter Icy moons Explorer) a pour objectif d’explorer le système jovien et ses lunes Galiléennes (Europe, Ganymède et Callisto) avec une attention particulière pour Ganymède. Couvertes de glace, elles abriteraient potentiellement des océans sous leur surface et donc peut être de la vie. Jupiter est l’archétype des planètes géantes du système solaire et probablement de beaucoup de planètes géantes autour d’autres étoiles. Cette mission va nous permettre de mieux comprendre comment se forment ces planètes géantes, comment ces mondes gravitent autour, ainsi que de leurs possibilités d’abriter des formes de vie, cette dernière question s’inscrivant pleinement dans le programme de recherche France 2030 Origins, piloté par le CNRS.

Juice est le résultat d’une dizaine d’année de développement avec 8 laboratoires CNRS impliqués, ayant participé à la construction de 6 instruments sur les 10 de la mission, dont MAJIS, un instrument à responsabilité française dont l’IAS1 avait la charge.

  • 1Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université de Paris Saclay)

Historique de la mission 

Les premières idées de la mission Juice ont été concrétisées lors de l’appel à idée de l’ESA en 2004 pour définir les prochaines grandes missions spatiales européennes. Suite à cet appel, trois projets de missions spatiales ont été sélectionnés par l’ESA en 2007. L’ancêtre de Juice s’appelait Europa Jupiter System Mission (EJSM). Elle consistait en l’envoi de deux orbiteurs : d’une part Jupiter Ganymede Orbiter (JGO), sous responsabilité de l’ESA et d’autre part Jupiter Europa Orbiter (JEO), sous responsabilité de la NASA. EJSM a été abandonnée par la NASA en 2011, ce qui a forcé l’ESA à changer ses plans. La mission JUICE, qui est l’équivalent de JGO, a été officiellement sélectionnée en mai 2012.

Elle devrait être lancée de Kourou le 13 avril 2023 pour un voyage vers Jupiter de 8 ans. Elle arrivera en orbite autour de Jupiter en juillet 2031, puis effectuera 3.5 ans de mission autour de Jupiter (avec 2 survols du satellite Europe, 21 de Callisto et 12 survols de Ganymède) et sera mise en orbite autour de Ganymède en décembre 2034 pour une fin de mission en septembre 2035.

Jupiter a été survolée pour la première fois par Pioneer 10 en 1973, puis par Voyager en 1979 et enfin par la sonde Galileo (NASA) entre 1995 et 2003. Depuis 2016, la sonde Juno (NASA) est en orbite autour de Jupiter et a pour objectif l’observation de la planète. Juno a réalisé et continue de réaliser une moisson d’observations spectaculaires de Jupiter mais n’a pas été conçue pour observer ses satellites. Depuis juin 2021, dans le cadre de son extension, elle a et va réaliser quelques survols de Io, Ganymède et Europe.

En 2015, la NASA a décidé la mission Europa Clipper, ce qui nous place finalement dans le cadre du scénario de mission EJSM. Elle effectuera 45 survols d’Europe et devrait être lancée en 2024. 

Objectif Jupiter !

 

  • Observer la circulation atmosphérique de Jupiter (expliquer la stabilité de la grande tache rouge depuis trois siècles, ainsi que la diminution de sa taille depuis un siècle). Comprendre la formation de Jupiter (nature et origine des fragments de matière qui ont formé Jupiter). Faire progresser les connaissances sur les exoplanètes. « L’exploration de Jupiter ouvre ainsi une fenêtre vers l’exploration des milliers d’exoplanètes géantes découvertes au cours des 25 dernières années. »
     
  • Explorer les lunes Galiléennes (Europe, Ganymède, Callisto) : Juice avec son scénario de visite des 3 satellites de Jupiter va permettre de réaliser de la planétologie comparative mais aussi de fournir des informations sur l’origine de ces 3 lunes et sur leur habilité. C’est la seule mission autour de Jupiter qui ait la capacité de visiter ces 3 objets. 
     
    • Observer le satellite Europe : Déterminer la composition de la surface ; Fournir les premiers sondages de la sous-surface pour chercher des réservoirs d'eau liquide et déterminer l'épaisseur minimale de la croûte de glace au-dessus des régions récemment actives (plumes d’eau vues depuis la Terre);
       
    • Observation du satellite Ganymède : L’environnement de Ganymède est le fruit de la combinaison unique de trois champs magnétiques (champ jovien, champ propre, Ganymède étant le seul satellite connu en ayant un, possible champ induit par l’océan) ; Caractériser géologiquement Ganymède pour étudier l’histoire du système jovien ; Comprendre la structure interne de Ganymède (un océan sub-surfacique).
       
    • Observation du satellite Callisto : Un objet très peu exploré (lors de quelques survols par la sonde Galileo), dont on ne sait pas s’il a un champ magnétique intrinsèque, une atmosphère, ni la structure interne, ni la composition de surface (présence ou non d’un océan de sous-surface). Un élément clef pour comprendre l’origine des 3 lunes Galiléennes. 

 

Montage de Jupiter réalisé à partir des images de la sonde Juno. En haut à gauche, le satellite Europe ; au milieu, la sonde Juice (représentation d’artiste).© ESA

Contributions françaises, dont CNRS

Maîtrise d'ouvrage de Juice  ESA
Maîtrise d'ouvrage des contributions françaises à Juice CNES
Contributions françaises aux instruments CNRS, Universités
 
Instrument  Brève description
Implication française
MAJIS

Pour « Moons And Jupiter Imaging Spectrometer » (MAJIS/ESA), spectromètre imageur  hyper-spectral (500-5540 nm) avec une résolution spatiale de moins de 100 m à quelques km lors des survols des satellites et de 125 kilomètres pour Jupiter.

Objectifs : Caractériser la composition de l’atmosphère jovienne ainsi que les surfaces et les exosphères des satellites.

En savoir plus sur Majis

PI : François Poulet, enseignant-chercheur à l’Université Paris Saclay travaillant à l’IAS.2

Fourniture de l’instrument complet, développé sous la responsabilité de l’IAS2 avec une contribution du LESIA3  (données géométriques ajoutées dans le pipeline du segment sol de mission).  

UVS

Pour « Ultraviolet Spectrograph » (UVS/NASA & ESA)

Spectrographe imageur ultraviolet

Objectifs : Caractériser la composition de l’atmosphère jovienne ainsi que les surfaces et les exosphères des satellites.

Co-I : E. Quémerais, Directeur de recherche CNRS au LATMOS4

 

Approvisionnement du réseau de diffraction et de sa caractérisation.

PEP

Pour « Particle Environment Package » (PEP/ESA)

Suite de 6 capteurs de particules pour la mesure des électrons, des ions, des neutres énergétiques et du gaz neutre dans une gamme d'énergie qui s’étend de 0,001 eV à plus de 1 MeV, avec une couverture angulaire complète.

Co-I : N. André Directeur de recherche CNRS à l’IRAP5

 

Approvisionnement des Micro-Channel Plate sur JENI/PEP.

Approvisionnement des électroniques de puissance sur JDC/PEP.

RIME

Pour « Radar for Icy Moons Exploration ».

 

Sondeur radar optimisé pour la pénétration jusqu'à une profondeur de 9 km

Objectifs de RIME : étude de la géologie de sous-surface et de la géophysique des lunes glacées (détection eaux souterraines). 

Co-I : A. Herique, maître de conférence de l’Université Grenoble Alpes à l’IPAG6

 

Simulations et extraction des échos de surface.

RPWI

Pour « Radio & Plasma Waves Investigation ». 

Ensemble d'instruments pour la mesure du plasma et des champs électromagnétiques (sondes de Langmuir, magnétomètre à induction, antennes électriques et instrument à impédance mutuelle).

Objectifs de RPWI : influence électrodynamique de la magnétosphère jovienne sur les exosphères, les surfaces et les océans de Ganymède, Europe et Callisto.

Co-PI : B. Cecconi, Astronome Adjoint au LESIA3 .

 Co-I :

A. Retino chargé de recherche CNRS

T. Chust chargé de recherche CNRS au LPP, P. Henri Directeur de recherche au LPC2E7

R. Modolo professeur UVSQ au LATMOS4

 

Fourniture par le LPP7  de cartes électroniques

Mise en place par l’IRAP5  de chaines de traitements, la distribution et la livraison des données à l’archive ESA2 .

Mise en place par le LESIA3 des chaines de traitements.

Fourniture des détecteurs et cartes électroniques.

SWI

Pour « Submillimetre Wave Instrument ». 

Radio télescope à détection hétérodyne Objectifs de SWI : étude de l'atmosphère de Jupiter et des atmosphères et des exosphères des satellites galiléens. 

Co-I

E. Lellouch enseignant Observatoire de Paris-PSL au LESIA3

T. Fouchet enseignant chercheur Sorbonne Université au LESIA3

D. Bockelee-Morvan directrice de recherche CNRS au LESIA3

A. Maestrini enseignant chercheur Sorbonne Université au LERMA8

 

Fourniture du module de distribution de fréquence, des composants hyperfréquence de la chaîne oscillateur local et de la chaine submillimétrique.

Et aussi beaucoup de co-I scientifiques sur tous les instruments de la mission.

  • 2 a b c Institut d’astrophysique spatiale (IAS -OSUPS) Tutelles : CNRS / Univ. Paris Saclay.
  • 3 a b c d e f Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique ( LESIA –Obs Paris ) Tutelles : CNRS / Obs Paris / Sorbonne Université / Université Paris Cité
  • 4 a b Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS-IPSL) Tutelles : IPSL / CNRS / Sorbonne Univ / UVSQ
  • 5 a b Institut de Recherche en Astrophysique et planétologie (IRAP - OMP) Tutelles : CNRS / CNES / Univ.Toulouse III Paul Sabatier
  • 6Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble ( IPAG - OSUG) Tutelles : CNRS / UGA
  • 7 a b Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'Espace ( LPC2E - OSUC ) Tutelles : CNRS / CNES / Univ. Orléans
  • 8Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMA) Tutelles : CNRS / CY CERGY Paris Université / Observatoire de Paris – PSL/ Sorbonne Université

Jupiter : Chiffres clés

Jupiter en bref

  •     Rayon : 71500 km, 1% du rayon du Soleil.
  •     Masse : 1.9x1027 kg, 0.1 % de la masse du Soleil.
  •     Distance au Soleil : 5.2 unité astronomique.

Satellite Europe en bref

  •     Rayon : 1560 km.
  •     Masse : 0.008 masse de la Terre.
  •     Pression atmosphérique : ~10-11 bar.
  •     Distance à Jupiter : 9.5 rayons de Jupiter.

Ganymède en bref

  •     Rayon : 2631 km.
  •     Masse : 0.024 masse de la Terre.
  •     Pression atmosphérique : ~10-11 bar.
  •     Distance à Jupiter : 15 rayons de Jupiter.

Callisto en bref

  •     Rayon : 2410 km;
  •     Masse : 0.017 masse de la Terre.
  •     Pression atmosphérique : ~10-11 bar.
  •     Distance à Jupiter : 26 rayons de Jupiter.

A consulter aussi sur Jupiter et Juice