Les aurores lumineuses de Jupiter ' ont une source d’énergie mystérieuse

Pour la première fois, la sonde spatiale Juno de la NASA a repéré des électrons projetés dans l’atmosphère de Jupiter jusqu’à 400 000 volts. C’est une énorme quantité d’énergie qui donne naissance aux aurores lumineuses de la planète. Ces tensions incroyablement élevées, cependant, ne sont repérées qu’occasionnellement — et cela soulève des questions sur ce qui se cache exactement derrière certaines des lueurs les plus vives de la planète aux pôles.

La découverte, détaillée dans une étude publiée aujourd’hui dans Nature, a été rendue possible par les instruments embarqués à bord de Juno, qui orbite autour de Jupiter depuis un peu plus d’un an, passant près des pôles plus près que n’importe quel autre engin spatial auparavant. Cela confirme, en partie, ce que les astronomes attendaient, mais cela montre également que les aurores de Jupiter se comportent différemment des aurores sur Terre — à travers des processus que nous ne comprenons pas encore complètement.

Les aurores, à la fois sur Terre et sur Jupiter, se forment lorsque des particules chargées, comme des électrons, se forment en spirale le long des lignes de champ magnétique d’une planète, entrant dans l’atmosphère et créant une lueur. Sur Terre, les aurores les plus intenses sont causées par des tempêtes solaires, qui se produisent lorsque des particules de haute énergie éjectées du Soleil pleuvent sur notre planète. Lorsque ces particules pénètrent dans l’atmosphère, elles interagissent avec les gaz et font briller le ciel en rouge, vert et bleu aux pôles. Sur Jupiter, les aurores sont formées de particules éjectées principalement de l’Io, la lune de la planète. Les volcans d’Io crachent d’énormes quantités de soufre et d’oxygène dans l’espace, chargeant le champ magnétique de Jupiter de particules.

Sur les deux planètes, les électrons sont accélérés le long des lignes de champ magnétique par des courants électriques — similaires au courant électrique qui traverse la prise lorsque vous branchez le chargeur de votre téléphone. Sur Terre, le vent solaire est la source d’énergie, tirant des électrons jusqu’à 30 000 volts. (En comparaison, votre prise aux États-Unis est de 110-120 volts.) Sur Jupiter, c’est la rotation ultra-rapide de la planète qui agit comme un gigantesque générateur électrique, les astronomes s’attendaient donc à ce que les électrons soient également déclenchés par des tensions très élevées sur Jupiter. Mais ils n’avaient jamais observé cela auparavant, alors Juno a donné cette opportunité aux astronomes pour la première fois.

« Nous n’avons jamais survolé les pôles de Jupiter auparavant », explique Jonathan Nichols, professeur au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Leicester, qui n’a pas participé à l’étude. « Juno nous parle donc de ces particules pour la première fois. »

Le vaisseau spatial est sur une orbite extrêmement elliptique autour de Jupiter, passant très près des pôles tous les 53 jours. Pour étudier les aurores de Jupiter, la sonde était équipée de plusieurs instruments, dont l’Instrument de Détection de particules Énergétiques Juno (JEDI). La sonde se déplace à environ 30 miles par seconde au-dessus des pôles, de sorte que les mesures doivent se faire en quelques secondes, explique le co-auteur de l’étude Barry Mauk, responsable des JEDI et scientifique au Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, qui a fabriqué l’instrument. « C’était un défi très important », explique Mauk à The Verge.  » Nous sommes très fiers d’avoir pu y parvenir. »

Lors de son premier survol des aurores, Juno n’a cependant pas détecté les hautes tensions attendues par les astronomes.  » Nous avons été très surpris « , dit Mauk. Puis, lors des survols suivants, le vaisseau spatial a finalement détecté la signature d’électrons projetés dans l’atmosphère à peu près à la même énergie — jusqu’à 400 000 volts.

La chose curieuse, cependant, est que ces tensions élevées ne sont pas toujours là, dit Mauk. Ils ne sont repérés qu’occasionnellement. Et parfois, Juno repère des électrons lancés dans l’atmosphère avec toutes les énergies différentes, d’une manière apparemment aléatoire. La cause de cette accélération aléatoire des électrons à différentes énergies — qui créent des aurores très lumineuses — est un mystère, dit Mauk.

« Il semble que l’image ne soit pas aussi claire que nous le pensions », explique Nichols à The Verge. « Je ne sais pas trop comment vous conduisez des aurores si brillantes avec ce mécanisme particulier. Mais c’est quelque chose que Juno examinera à l’avenir. »

La sonde va continuer à voler par les pôles de Jupiter, et à chaque fois qu’elle le fait, elle collecte des données. « Chaque fois que nous avons une rencontre, nous voyons des choses différentes », explique Mauk. Mauk espère donc que les prochaines observations aideront les astronomes à répondre aux questions de savoir pourquoi les aurores sont si variables, et pourquoi elles sont parfois fortes et parfois faibles.

L’objectif n’est pas seulement de comprendre les processus physiques derrière les aurores sur la plus grande planète du système solaire. D’autres objets autour de l’Univers — comme les pulsars, les exoplanètes et les naines blanches — ont également des champs magnétiques, et ils accélèrent également les particules d’une manière qui peut ressembler à celle de Jupiter. Mais Jupiter est dans notre arrière-cour, donc il est réellement accessible. « Jupiter ne s’intéresse pas seulement à elle-même, mais elle nous en dit aussi beaucoup sur des corps astrophysiques similaires que nous ne pouvons pas atteindre avec des engins spatiaux », explique Nichols.

Et Juno révèle déjà qu’il existe des processus inconnus à l’œuvre sur la géante gazeuse. « Pour moi, c’est très excitant, car cela signifie que nous avons beaucoup plus de travail à faire pour comprendre ce qui se passe exactement », dit Nichols. « Jupiter ne va pas abandonner ses secrets aussi légèrement, semble-t-il. »