Jupiter est une planète géante gazeuse. Il s’agit de la plus grosse planète du Système solaire, plus volumineuse et massive que toutes les autres planètes réunies, et la cinquième planète par sa distance au Soleil (après Mercure, Vénus, la Terre et Mars).

Jupiter est ainsi officiellement nommée1, en français comme en anglais, d’après le dieu romain Jupiter, assimilé au dieu grec Zeus.

Le symbole astronomique de la planète était « ♃ », qui serait une représentation stylisée du foudre de Jupiter, ou bien serait dérivé d’un hiéroglyphe ou, comme cela ressortirait de certains papyrus d’Oxyrhynque, de la lettre grecque zêta, initiale du grec ancien Ζεύς (Zeús). L’Union astronomique internationale recommande de substituer au symbole astronomique « ♃ » l’abréviation « J », correspondant à la lettre capitale J de l’alphabet latin, initiale de l’anglais Jupiter.

Visible à l’œil nu dans le ciel nocturne, Jupiter est habituellement le quatrième objet le plus brillant de la voûte céleste, après le Soleil, la Lune et Vénus. Parfois, Mars apparaît plus lumineuse que Jupiter et, de temps en temps, Jupiter apparaît plus lumineuse que Vénus. Jupiter était au périhélie le 17 mars 2011 et à l’aphélie le 17 février 2017.

Comme sur les autres planètes gazeuses, des vents violents, de près de 600 km/h, parcourent les couches supérieures de la planète. La Grande Tache rouge est un anticyclone, une zone de surpression observée depuis au moins le xviie siècle. Trois fois plus grande que la Terre au début du XXe siècle, elle a rétréci pour devenir de taille comparable un siècle plus tard.

Regroupant Jupiter et les objets se trouvant dans sa sphère d’influence, le système jovien est une composante majeure du Système solaire externe. Il comprend notamment les nombreuses lunes de Jupiter dont les quatre lunes galiléennes — Io, Europe, Ganymède et Callisto — qui, observées pour la première fois en 1610 par Galilée au moyen d’une lunette astronomique de son invention, sont les premiers objets découverts par l’astronomie télescopique. Il comprend aussi les anneaux de Jupiter, un système d’anneaux planétaires observés pour la première fois, en 1979, par la sonde spatiale américaine Voyager 1.

L’influence de Jupiter s’étend, au-delà du système jovien, à de nombreux objets dont les astéroïdes troyens de Jupiter.

La masse jovienne est une unité utilisée pour exprimer la masse d’objets substellaires tels que les naines brunes.

La haute atmosphère de Jupiter est composée à 93 % d’hydrogène et 7 % d’hélium en nombre d’atomes, ou à 86 % de dihydrogène et 13 % d’hélium en nombre de molécules. En masse, l’atmosphère est approximativement constituée de 75 % d’hydrogène et de 24 % d’hélium, le pourcentage restant étant apporté par divers autres éléments et composés chimiques (traces de méthane, de vapeur d’eau, d’ammoniac, très petites quantités de carbone, d’éthane, de sulfure d’hydrogène, de néon, d’oxygène, d’hydrure de phosphore et de soufre). La couche la plus externe de la haute atmosphère contient des cristaux d’ammoniac.

Par mesures infrarouges et ultraviolettes, des traces de benzène et d’autres hydrocarbures ont également été détectées. L’intérieur de Jupiter contient des matériaux plus denses et la distribution par masse est de 71 % d’hydrogène, 24 % d’hélium et 5 % d’autres éléments.

Les proportions d’hydrogène et d’hélium dans la haute atmosphère sont proches de la composition théorique de la nébuleuse planétaire qui aurait donné naissance au Système solaire. Néanmoins, le néon n’y est détecté qu’à hauteur de vingt parties par million en termes de masse, un dixième de ce qu’on trouve dans le Soleil. L’hélium y est également en défaut, mais à un degré moindre. Cette absence pourrait résulter de la précipitation de ces éléments vers l’intérieur de la planète. Les gaz inertes lourds sont deux à trois fois plus abondants dans l’atmosphère de Jupiter que dans le Soleil.

Par spectroscopie, on pense que Saturne possède une composition similaire, mais qu’Uranus et Neptune sont constituées de beaucoup moins d’hydrogène et d’hélium. Cependant, aucune sonde n’ayant pénétré l’atmosphère de ces géantes gazeuses, les données d’abondance des éléments plus lourds ne sont pas connues.

Jupiter est 2,5 fois plus massive que toutes les autres planètes du Système solaire réunies, tellement massive que son barycentre avec le Soleil est situé à l’extérieur de ce dernier, à environ 1,068 rayon solaire du centre du Soleil. Par ailleurs, son diamètre est 11 fois plus grand que celui de la Terre (environ 143 000 km) et on pourrait placer environ 1 322 corps de la taille de cette dernière dans le volume occupé par la géante gazeuse. En revanche, la densité de Jupiter n’est que le quart de celle de la Terre (0,240 fois, précisément) : elle n’est donc que 318 fois plus massive que cette dernière.

Cette masse a eu une grande influence gravitationnelle sur la formation du Système solaire : la plupart des planètes et des comètes de courte période sont situées près de Jupiter et les lacunes de Kirkwood de la ceinture d’astéroïdes lui sont dues en grande partie.

Si Jupiter était plus massive, on pense que son diamètre serait plus petit. L’intérieur de la planète serait plus comprimé par une plus grande force gravitationnelle, décroissant sa taille. Par conséquent, Jupiter posséderait le diamètre maximal d’une planète de sa composition et de son histoire. La planète a parfois été décrite comme une « étoile ratée », mais il faudrait qu’elle possède 13 fois sa masse actuelle pour démarrer la fusion du deutérium et être cataloguée comme une naine brune et 70 à 80 fois pour devenir une étoile. La plus petite naine rouge connue, en date de 2017, est 85 fois plus massive mais légèrement moins volumineuse que Jupiter (84 % de son rayon).

Des exoplanètes beaucoup plus massives que Jupiter ont été découvertes. Ces planètes pourraient être des géantes gazeuses semblables à Jupiter, mais pourraient appartenir à une autre classe de planètes, celle des Jupiter chauds, parce qu’elles sont très proches de leur étoile primaire.

Jupiter rayonne plus d’énergie qu’elle n’en reçoit du Soleil. La quantité de chaleur produite à l’intérieur de la planète est presque égale à celle reçue du Soleil. Le rayonnement additionnel est généré par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz, par contraction adiabatique. Ce processus conduit la planète à rétrécir de 2 cm chaque année. Lorsque Jupiter s’est formée, elle était nettement plus chaude et son diamètre était double.

Jupiter montre un renflement équatorial important : le diamètre au niveau de l’équateur (142 984 km) est 6 % plus important que le diamètre au niveau des pôles (133 708 km). La plupart des planètes, y compris la Terre, possèdent ce genre d’aplatissement à des degrés divers, qui dépend de la vitesse de rotation de la planète, de sa composition interne plus ou moins solide et de la masse de son noyau. Plus un noyau est massif, moins le renflement est important, toutes choses étant égales par ailleurs.

Ainsi, il est possible d’en tirer des enseignements sur la structure interne de Jupiter. Les trajectoires des sondes Voyager 1 et 2 ont été analysées, le renflement provoquant des déviations spécifiques des trajectoires. La caractérisation précise du renflement, ainsi que les données connues concernant la masse et le volume de Jupiter, montrent que cette planète doit posséder un noyau dense et massif, de l’ordre de 12 masses terrestres.

Les connaissances sur la composition planétaire de Jupiter sont relativement spéculatives et ne reposent que sur des mesures indirectes. Selon l’un des modèles proposés, Jupiter ne posséderait aucune surface solide, la densité et la pression augmentant progressivement vers le centre de la planète. Selon une autre hypothèse, Jupiter pourrait être composée d’un noyau rocheux (silicates et fer) comparativement petit (mais néanmoins de taille comparable à celle de la Terre, et de dix à quinze fois la masse de celle-ci), entouré d’hydrogène en phase métallique qui occupe 78 % du rayon de la planète. Cet état serait liquide, à la manière du mercure. Il est dénommé ainsi car la pression est telle que les atomes d’hydrogène s’ionisent, formant un matériau conducteur. Cet hydrogène métallique serait lui-même entouré d’hydrogène liquide, à son tour entouré d’une fine couche d’hydrogène gazeux. Ainsi, Jupiter serait en fait une planète essentiellement liquide.

Des expériences ayant montré que l’hydrogène ne change pas de phase brusquement (il se trouve bien au-delà du point critique), il n’y aurait pas de délimitation claire entre ces différentes phases, ni même de surface à proprement parler. Quelques centaines de kilomètres en dessous de la plus haute atmosphère, la pression provoquerait une condensation progressive de l’hydrogène sous forme d’un brouillard de plus en plus dense, qui formerait finalement une mer d’hydrogène liquide. Entre 14 000 et 60 000 km de profondeur, l’hydrogène liquide céderait la place à l’hydrogène métallique de façon similaire. Des gouttelettes de démixtion, plus riches en hélium et néon se précipiteraient vers le bas à travers ces couches, appauvrissant ainsi la haute atmosphère en ces éléments.

Les énormes pressions générées par Jupiter entraînent les températures élevées à l’intérieur de la planète, par un phénomène de compression gravitationnelle (mécanisme de Kelvin-Helmholtz) qui se poursuit encore de nos jours, par une contraction résiduelle de la planète.

Des résultats de 1997 du Laboratoire national de Lawrence Livermore indiquent qu’à l’intérieur de Jupiter, la transition de phase à l’hydrogène métallique se fait à une pression de 140 GPa (1,4 Mbar) et une température de 3 000 K. La température à la frontière du noyau serait de l’ordre de 15 000 K et la pression à l’intérieur d’environ 3 000 à 4 500 GPa (30−45 Mbar)25, tandis que la température et la pression au centre de Jupiter seraient de l’ordre de 70 000 K et 70 Mbar, soit plus de dix fois plus chaudes que la surface du Soleil.

La faible inclinaison de l’axe de Jupiter fait que ses pôles reçoivent bien moins d’énergie du Soleil que sa région équatoriale. Ceci causerait d’énormes mouvements de convection à l’intérieur des couches liquides et serait ainsi responsable des forts mouvements des nuages dans son atmosphère.

En mesurant précisément le champ gravitationnel de Jupiter, la sonde Juno a montré la présence d’éléments plus lourds que l’hélium répartis dans les couches internes entre le centre et la moitié du rayon de la planète, ce qui entre en contradiction avec les modèles de formation des planètes géantes. Ce phénomène pourrait s’expliquer par un ancien impact entre Jupiter et un astre d’une masse égale à environ dix fois celle de la Terre.

L’atmosphère jovienne comporte trois couches de nuages distinctes :

• la plus externe serait formée de nuages de glace d’ammoniac ;
• la suivante, de nuages d’hydrogénosulfure d’ammonium (NH4HS) ;
• la dernière de nuages d’eau et de glace.

La combinaison des nuages d’eau et de la chaleur provenant de l’intérieur de la planète est propice à la formation d’orages. La foudre engendrée est jusqu’à 1 000 fois plus puissante que celle observée sur la Terre.

L’atmosphère externe de Jupiter subit une rotation différentielle, remarquée pour la première fois par Giovanni Domenico Cassini en 1690, qui a aussi estimé sa période de rotation. La rotation de l’atmosphère polaire de Jupiter est d’environ 5 minutes plus longue que celle de l’atmosphère à la ligne équatoriale. De plus, des bancs de nuages circulent le long de certaines latitudes en direction opposée des vents dominants. Des vents d’une vitesse de 360 km/h y sont communs. Ce système éolien serait causé par la chaleur interne de la planète. Les interactions entre ces systèmes circulatoires créent des orages et des turbulences locales, telles la Grande Tache rouge, un large ovale de près de 12 000 km sur 25 000 km d’une grande stabilité, puisque déjà observé avec certitude depuis au moins 1831 et possiblement depuis 1665. D’autres taches plus petites ont été observées depuis le XXe siècle.

La couche la plus externe de l’atmosphère de Jupiter contient des cristaux de glace d’ammoniac. Les couleurs observées dans les nuages proviendraient des éléments présents en quantité infime dans l’atmosphère, sans que les détails soient là non plus connus. Les zones de nuages varient d’année en année en termes de largeur, couleur et intensité, mais sont toutefois assez stables pour que les astronomes leur assignent des noms.

D’après une étude américaine de 2013, dirigée par Mona Delitsky du California Speciality Engineering et Kevin Baines de l’Université du Wisconsin à Madison, des diamants se formeraient dans l’atmosphère de Jupiter et de Saturne à partir du méthane atmosphérique. Cette étude rejoint toutes celles suggérant la production hypothétique de diamants dans les planètes gazeuses massives mais, leur observation étant absente, elles restent purement théoriques. En 2017 de nouvelles expériences simulant les conditions présumées régner 10 000 km sous la surface d’Uranus et de Neptune viennent conforter ce modèle en produisant des diamants de taille nanométrique. Ces température et pression extrêmes ne peuvent pas être maintenues plus d’une nanoseconde en laboratoire, mais elles sont atteintes dans les profondeurs de Neptune ou d’Uranus, où des  nanodiamants pourraient se former.

La Grande Tache rouge est une tempête anticyclonique persistante située à 22° au sud de l’équateur de Jupiter. Son existence est connue depuis au moins 1831 et peut-être depuis 1665. Des modèles mathématiques suggèrent que la tempête est stable, et est une caractéristique permanente de la planète. Elle est suffisamment grande pour être visible au travers de télescopes depuis la Terre.

La Grande Tache rouge présente une forme ovale, de 24 à 40 000 km de long sur 12 000 km de large, suffisamment grande pour contenir deux ou trois planètes de la taille de la Terre. L’altitude maximale de la tempête est située à environ 8 km au-dessus du sommet des nuages environnants. Elle tourne sur elle-même dans le sens contraire des aiguilles d’une montre, avec une période d’environ 6 jours ; les vents soufflent à plus de 400 km/h sur ses bords.

Des tempêtes de ce genre ne sont pas inhabituelles dans l’atmosphère des géantes gazeuses. Jupiter possède également des ovales blancs et bruns de plus petite taille. Les ovales blancs sont plutôt constitués de nuages relativement froids à l’intérieur de la haute atmosphère. Les ovales bruns sont plus chauds et situés à l’intérieur de la couche nuageuse habituelle. De telles tempêtes peuvent exister pendant des heures ou des siècles.

La Grande Tache rouge est entourée d’un ensemble complexe d’ondes de turbulence qui peuvent donner naissance à un ou plusieurs petits anticyclones satellites. Restant à une distance stable de l’équateur, elle possède une période de rotation propre, légèrement différente du reste de l’atmosphère avoisinante, parfois plus lente, d’autres fois plus rapide : depuis l’époque où elle est connue, elle a fait plusieurs fois le tour de Jupiter par rapport à son environnement proche.

En l’an 2000, une autre tache s’est formée dans l’hémisphère sud, similaire en apparence à la Grande Tache rouge, mais plus petite. Elle a été créée par la fusion de plusieurs tempêtes ovales blanches plus petites (observées pour la première fois en 1938). La tache résultante, nommée Oval BA et surnommée Red Spot Junior (Petite Tache rouge en anglais, par rapport à la grande appelée Great Red Spot), a depuis accru son intensité et est passée du blanc au rouge.

Voir aussi cette vidéo :

Sources : Wikipédia, YouTube.