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Les Impacts sur Jupiter

Une Comète a Vaporisé de l'Eau sur Jupiter

En juillet 1994, la comète Shoemaker-Levy 9, fragmentée par les forces d’attraction gravitationnelle de Jupiter, s’abîmait dans l’atmosphère de la géante gazeuse.

Trois ans plus tard, le télescope spatial européen ISO détectait pour la première fois de la vapeur d’eau dans les couches supérieures de l’atmosphère jovienne. Provenait-elle de la comète ? Oui, répond l’équipe de Thibault Cavalié, du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux. Leurs modélisations ont confirmé que l’apport de Shoemaker-Levy 9 représentait 95 % de la vapeur d’eau présente dans la stratosphère jovienne. Certes, on savait que l’atmosphère des planètes gazeuses était riche en eau, mais celle-ci, issue du matériel d’accrétion initial, reste confinée dans les basses couches. La vapeur d’eau détectée par ISO avait donc forcément une origine externe. Pour l’identifier clairement, les scientifiques ont cartographié la distribution de l’eau en 3D dans la stratosphère de Jupiter, à l’observatoire spatial Herschel. Cette eau semble s’être lentement propagée à partir d’un point où elle était plus concentrée. Or, cette zone correspond à la latitude d'impact de la comète. Un scenario qui est probablement celui de l’arrivée de l’eau sur Terre.

A.D. - SCIENCE & VIE > Août > 2013

Un Bolide Frappe Encore Jupiter

L'incroyable s'est reproduit. Quinze ans jour pour jour aprés l'impact de la cométe Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter, la planéte géante vient d'être à nouveau bombardée. Les astronomes, qui n'ont vu que le résultat du cataclysme, cherchent maintenant quel objet de plusieurs centaines de métres de diamétre a fini sa course dans les nuages de Jupiter.

Le 23 juillet, le télescope spatial Hubble a pris les photos les plus détaillées du site d'impact dans le domaine visible. L'occasion de tester la nouvelle caméra grand champ installée en mai, lors de la derniére révision de Hubble, et encore en phase de calibration. Au centre, un zoom sur la zone percutée.

Lundi 20 Juillet, minuit et demi, prés de Canberra, en Australie. Anthony Wesley, qui s'apprête à éteindre son ordinateur et à ranger son télescope de 368 mm, jette un dernier coup d'œil à son astre favori sur l'écran. Surprise : une tache qu'il n'avait jamais vue est apparue prés du pôle Sud de Jupiter. "Proche du limbe de la planète, on aurait dit une tempête polaire sombre". Mais quand les conditions d'observations s'améliorent, il devient évident que la tache est noire dans tous les canaux, contrairement aux phénoménes météorologiques. "J'ai alors pensé à une lune comme Callisto, ou à son ombre, mais ni l'endroit ni la taille ne correspondaient". En fait, la tache semble se déplacer à la même altitude et avec la même vitesse qu'une petite tempête claire bien connue de cet amateur de 44 ans, qui consacre chaque semaine une vingtaine d'heures à l'observation de Jupiter. Il ne reste donc qu'une hypothése : une trace d'impact. Le temps de prendre quelques photos supplémentaires, et Anthony Wesley lance l'alerte sur Internet.

UNE DEUXIÈME COLLISION ? Les chances sont faibles, mais l'enjeu est de taille : si son intuition est confirmée, l'impact ne sera que la deuxième collision détectée sur la planète géante. La première, quinze ans plus tôt jour pour jour a été suivie en direct par les plus grands observatoires terrestres et spatiaux, et par une large communauté d'amateurs. Du 16 au 22 juillet 1994, les vingt fragments de la cométe Shoemaker-Levy 9 (SL9) ont percuté l'un aprés l'autre la planète géante, donnant lieu à de gigantesques explosions dans l'atmosphère jovienne.
Au Jet Propulsion Laboratory, à Pasadena (Californie), l'un des destinataires du courriel d'Anthony Wesley s'apprête justement à observer Jupiter avec le télescope infrarouge de la Nasa (IRTF, basé a Hawai). Glenn Orton a prévu de cibler la Grande Tache rouge. Avec son collègue Leigh Fletcher, il décide de changer de programme et de pointer dans la direction indiquée par l'amateur australien. Magie du décalage horaire et d'Internet, Anthony Wesley rempile pour une deuxième nuit d'observation et voit sa découverte confirmée en direct : dans le proche infrarouge, la tache sombre est une trace brillante, signe qu'en altitude des aérosols réfléchisent la lumiére du Soleil. Dans l'infrarouge moyen, l'équipe d'astronomes détecte une élévation de température au centre de la tache, ainsi que la signature de l'ammoniac (NH3). Celui-ci aurait été propulsé vers la haute atmosphére par l'impact, depuis la couche de nuages visibles, à quelque 1000 km du sommet de l'atmosphére. Aérosols en altitude, température élevée et présence d'ammoniac, exactement les mêmes éléments que lors des impacts de SL9 : "Ces trois piéces à conviction ont permis de confirmer qu'Anthony avait bien mis le doigt sur un impact", résume Leigh Fletcher.
Pendant ce temps, Paul Kalas (Université de Berkeley, Californie) découvre la photo prise par Anthony Wesley sur le blog de son collègue Franck Marchis, qui a relayé la nouvelle. Dans quelques heures, il doit observer l'exoplanète Fomalhaut b avec le télescope Keck II. Les deux astronomes décident de profiter de ce temps d'observation pour prendre aussi quelques images de Jupiter. En infrarouge, ils découvrent une trace d'impact de la taille de l'océan Pacifique (190 millions de km²), bordée sur un côté d'un "champ de débris".

Le télescope Gemini North (Mauna Kea, Hawaï) a pris des images à plusieurs longueurs d'onde de l'infrarouge moyen. A gauche, une superposition de deux images (en bleu à 8,7 µm et en jaune à 9,7 µm) datant du 22 juillet, où le site de l'impact apparait en jaune.
Le Keck II (image au centre) et l'IRTF (image de droite), deux télescopes basés au sommet du volcan Mauna Kea à Hawaï, ont été les premiers à confirmer la découverte d'Anthony Wesley. Les images prises dans le proche infrarouge montrent un site d'impact brillant, grâce aux aérosols qui réfléchissent la lumière du Soleil, et bordé d'un champ de débris.

ET SI LA TERRE AVAIT ÉTÉ PERCUTÉE ?
Si un tel bolide avait touché la Terre, les conséquences auraient été dévastatrices
. Selon Patrick Michel, spécialiste des impacts à l'Observatoire de la Côte d'Azur, un objet de quelques centaines de mètres de diamètre tombant à 15 km/s créerait un cratère de quelques kilomètres de diamètre. S'il arrivait à la même vitesse que le bolide qui a percuté Jupiter (autour de 60 km/s), le cratére pourrait atteindre 30 km. Dans les deux cas, la catastrophe serait d'ampleur régionale, à l'échelle d'un continent. Heureusement, on estime que les impacts de ce genre sont 2000 à 8000 fois moins fréquents sur Terre que sur Jupiter. Grâce à ses 318 masses terrestres, Jupiter a un champ de gravité qui aspire de nombreux astéroïdes et comètes, ce qui fait qu'ils ne viendront pas s'aventurer dans le Systéme solaire interne.

RÉCOLTER LE PLUS DE DONNÉES POSSIBLE : La course contre la montre a commencé. Alors que la tache s'agrandit sous l'effet des vents joviens, il s'agit d'obtenir rapidement du temps d'observation sur les grands télescopes (Gemini North à Hawaï, le VLT dans le nord du Chili, Hubble en orbite), quitte à griller la priorité à des projets planifiés depuis des mois. Dans quelques semaines, les effets seront complétement dispersés. D'ici là, les astronomes espèrent observer la trace de l'impact à toutes les longueurs d'onde et accumuler assez de données pour répondre ensuite aux questions que tout le monde se pose : l'astre qui a percuté Jupiter était-il un astéroide ou une cométe ? Pourquoi n'a-t-il pas été détecté avant l'impact ? D'où venait-il ? A quelle vitesse ?
En attendant, les premières hypothèses s'appuient sur des comparaisons avec les impacts de SL9. Le chapelet de fragments cométaires découvert en 1993 a pu étre observé et modélisé en détail avant la collision et l'observation des impacts, préparée pendant des mois. La trace laissée par cette nouvelle collision, apparemment unique, ressemble à celle des plus gros impacts de SL9, produits par des fragments cométaires de quelques centaines de mètres de diamètre. Par analogie, encore, l'éclat de la cicatrice indique que l'impact se serait produit une vingtaine d'heures avant sa détection. Quant à la vitesse du mystérieux objet, on ne peut que supposer qu'elle était du même ordre de grandeur que celle de SL9, soit environ 60 km/s.
Bien sûr le bolide qui a percuté Jupiter en juillet 2009 ne ressemble pas forcément à la comète de 1994, mais "pour le moment, nous n'avons pas d'autre objet de comparaison", explique Heidi Hammel, du Space Science Institute, dans le Colorado, qui a participé aux observations avec les télescopes Gemini et Hubble. "Dans les prochains jours, les théoriciens vont faire tourner des modéfes numériques pour simuler ce que l'on voit, et essayer de dresser un portrait-robot de l'objet". Ainsi, "étudier en détail la cicatrice de l'impact nous aiderait à déterminer la trajectoire du bolide et l'énergie de sa collision avec jupiter", explique Leigh Fletcher. "Ce qui permettra de remonter à sa taille et à sa densité", précise Heidi Hammel.
D'autres indices pourraient provenir des "molécules détectées par spectroscopie qui peuvent refléter la nature de l'impacteur, mais aussi la composition de l'intérieur de Jupiter", ajoute Franck Marchis. Par exemple, détecter de l'eau ferait pencher la balance en faveur d'une comète : ou alors signifier que l'objet a atteint la couche de nuages de glace (quelques dizaines de kilométres sous la couche de nuages d'ammoniac) et en a projeté dans la haute atmosphère. En outre, lors de l'impact de SL9, l'eau n'a été détectée que pendant les quelques heures qui ont suivi l'impact. La formation de nouvelles molécules, par réaction à haute température dans la couche d'aérosols, complique encore l'interprétation des données de spectroscopie.
Reste que si l'on n'a pas détecté l'objet avant l'impact (sans doute à cause de sa petite taille et de sa faible magnitude), on retrouvera peut-être sa trace en explorant les archives. "Je suppose que toutes les images du ciel proches de jupiter vont étre examinées avec attention, anticipe Anny-Chantal Levasseur-Regourd, professeur à l'Université Pierre et Marie Curie, et spécialiste des comètes. Si par hasard une comète ou un astéroïde peu brillants n'avaient pas été détectés, ils seraient tous deux des candidats à étudier. L'université de Floride collecte dès à présent des informations pour contraindre, à partir d'observations antérieures à l'impact, la date précice de celui-ci". Franck Marchis espère, lui, que le Minor Planetary Center (Harvard), qui rassemble pendant plusieurs mois toutes les mesures de portions d'orbites avant d'en publier une synthése, ouvrira ses archives un peu plus tôt pour l'occasion. En consultant ce catalogue, les chercheurs trouveront peut-être un astre dont l'orbite devait croiser Jupiter vers le 19 juillet.
En bref, aucune technique ne donnera de réponse définitive quant à la nature du bolide qui a frappé Jupiter mais, avec un peu de chance, les chercheurs obtiendront un faisceau d'indices pointant dans la même direction. Il faudra cependant s'armer de patience car, comme le rappelle Amy Simon-Miller, du Goddard Space Flight Center de la Nasa, qui a fait partie de l'équipe Hubble, "nous n'avons pas fini de modéliser et de comprendre les impacts de 1994". Outre la reconstitution de l'événement, ce qui intéresse aussi la communauté scientifique, c'est de pouvoir détecter et prédire de tels impacts dans le futur. Car ces collisions qu'on pensait exceptionnelles (une tous les 500 ans pour des objets de quelques centaines de mètres), sont peut-être plus fréquentes qu'on ne le croyait.
D'ailleurs, les deux collisions détectées ces quinze dernières années auraient un précédent : sur un dessin de l'astronome Jean-Dominique Cassini, daté de 1690 Jupiter est affectée d'une tache noire qui pourrait bien être une trace d'impact (les archives des bibliothèques et des observatoires ont été examinées à la recherche de possibles traces d'impacts. En 1690, Jean-Dominique Cassini en avait-il détecté ? La tache ronde et noire observée le 5 décembre au centre du disque planétaire, puis étirée dans la direction est-ouest d'aprés son dessin, rappelle l'évolution des débris d'impacts de SL9.) "Il est possible que de précédents impacts nous aient échappé, et qu'on en détecte davantage aujourd'hui simplement parce que les télescopes et les caméras CCD font des progrés rapides", admet Leigh Fletcher. Franck Marchis espère, lui, que les caractéristiques communes des deux collisions confirmées permettront de dégager une signature simple de ces événements. Les amateurs, de plus en plus nombreux à s'équiper de caméras infrarouges, pourront alors détecter facilement les impacts et aideront à avoir une meilleure idée du flux de bolides qui sillonnent la région. Car, comme le souligne Franck Marchis, "faute de télescope dédié à l'observation permanente des planètes, la détection des impacts repose entiérement sur les astronomes amateurs".
à ses dépens, jupiter nous révèlera peut-être aussi une part de son mystère. Le déplacement des nuages d'aérosols créés par les impacts renseigne en effet sur la dynamique atmosphérique de la planète. C'est comme de l'encre injectée dans l'atmosphère de la planète. Une véritable expérience scientifique offerte par la nature. Ce nouvel impact sur Jupiter a suscité une extraordinaire mobilisation de la communauté astronomique, qui rappelle à beaucoup de ses membres l'ambiance unique de l'été 1994. En attendant les réponses de la science, il fait aussi le bonheur des amateurs, nombreux à pointer leurs télescopes vers cette nouvelle cible. Parmi eux, Anthony Wesley continue d'observer aussi souvent que possible. Car "c'est quelque chose qui n'arrive qu'une fois dans une vie". Du moins, c'est ce qu'on pensait jusqu'à présent !

UN IMPACT SUR LA DATATION ?
Comme sur la Lune, les impacts qui touchent les satellites de Jupiter forment des cratéres pérennes (ici sur le satellite galiléen Ganymède, photographié par la sonde Galileo ->). Leur densité est proportionnelle à l'âge de la surface qu'ils affectent.
Sur les planètes et satellites telluriques, plus une surface est cratérisée, plus elle est ancienne. Et avec une idée du taux d'impact, on peut estimer son âge absolu en comptant les cratéres. Mais si les collisions dans la région de Jupiter se révélaient plus nombreuses que prévu, comme plusieurs chercheurs le suggérent, cela signifierait qu'on a surestimé l'âge de ces surfaces. Pour Pierre Thomas, professeur à l'Ecole Normale Supérieure de Lyon, "deux impacts en quinze ans, ça peut paraitre beaucoup, mais cela ne suffit pas à faire des statistiques". Selon lui, la fragmentation des bolides avant impact est plus problématique : si un événement de type SL9 s'était produit sur un satellite, la vingtaine de cratéres produits, aurait été comptabilisée comme autant de collisions indépendantes, ce qui aurait artificiellement gonflé l'âge de la surface.

Véronique étienne - CIEL & ESPACE > Septembre > 2009

 

   
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