Le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA a effectué un balayage dans le sens des aiguilles d’une montre autour de tout le limbe de Jupiter, pourchassant les aurores alors qu’elles tournaient vers notre vue. Ce phénomène dynamique est le résultat de particules chargées voyageant le long des lignes de champ magnétique, s’écrasant sur l’ionosphère de la planète et la faisant briller. Au cours de l’analyse, le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) a capturé un aspect extraordinaire des aurores de Jupiter, connu sous le nom d’empreintes aurorales, qui sont des modèles d’émission lumineux produits à la suite de l’interaction entre les lunes galiléennes de Jupiter et l’environnement spatial entourant la planète géante. À l’aide des données NIRSpec, les planétologues ont mesuré les propriétés physiques des empreintes aurorales des deux lunes galiléennes les plus intérieures de Jupiter, Io et Europa, y compris la température locale et la densité ionosphérique, dans le proche infrarouge. Ils ont découvert une structure à basse température jamais vue auparavant, centrée sur le point lumineux d’émission de Io, possédant des densités extrêmement élevées ; cela est probablement dû à des changements extrêmes dans le flux d’électrons qui s’écrasent dans la haute atmosphère.
« Ces émissions ont déjà été mesurées dans les longueurs d’onde ultraviolettes et infrarouges, mais seulement avec leur luminosité », a déclaré l’auteur principal Katie Knowles, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Université de Northumbria.
« Pour la première fois, nous avons pu décrire les propriétés physiques des empreintes aurorales – la température de la haute atmosphère et la densité ionique, ce qui n’a jamais été rapporté auparavant. »
Contrairement aux aurores boréales de la Terre, qui sont principalement alimentées par le vent solaire, les aurores boréales de Jupiter incluent l’impact de ses quatre grandes lunes galiléennes – Io, Europe, Ganymède et Callisto – qui créent leur propre « mini aurore » sur la planète.
Le puissant champ magnétique de Jupiter tourne environ une fois toutes les 10 heures avec la planète elle-même, entraînant avec lui des particules chargées.
Mais ses lunes orbitent beaucoup plus lentement : Io, la lune la plus intérieure, met environ 42,5 heures pour terminer une orbite.
« Les lunes interagissent constamment avec le champ magnétique et le plasma entourant la planète, et cette interaction conduit à des particules hautement énergétiques voyageant le long des lignes de champ magnétique puis s’écrasant dans l’atmosphère de la planète, créant les empreintes aurorales qui correspondent à l’endroit où les lunes orbitent autour de Jupiter », a déclaré Knowles.
« L’aurore de Jupiter est la plus puissante et la plus constante de toutes les aurores du système solaire. »
« Ce que nous observons avec Webb nous ouvre une fenêtre sans précédent sur la façon dont les lunes de Jupiter affectent directement la partie supérieure de l’atmosphère de la planète. »
Au cours d’une fenêtre d’observation de 22 heures qui a eu lieu en septembre 2023, Webb a scanné le contour de Jupiter, poursuivant les aurores boréales alors qu’elles tournaient vers notre vue.
C’est lors de cette observation qu’il leur est également arrivé de capturer les empreintes des aurores.
Cependant, les empreintes créées par Io et Europe n’avaient pas les caractéristiques attendues de la principale aurore de Jupiter, relativement chaude et contenant beaucoup de matière.
Au lieu de cela, en un seul instantané, ils ont découvert un point froid dans l’empreinte aurorale d’Io qui enregistrait des températures bien inférieures aux prévisions avec des densités extraordinairement élevées.
Io est le corps volcanique le plus actif de notre système solaire, avec ses volcans éjectant environ 1 000 kilogrammes de matière dans l’espace chaque seconde, alimentant le plasma dense entourant Jupiter.
Ce matériau s’ionise et forme un nuage en forme de beignet autour de Jupiter appelé tore plasmatique Io.
Lorsque Io se déplace dans cet environnement, elle génère de puissants courants électriques qui créent les points les plus brillants des aurores boréales de Jupiter.
Les chercheurs ont découvert que ces empreintes aurorales contiennent des densités de cations trihydrogène trois fois supérieures à celles trouvées dans les aurores principales de Jupiter, certaines régions présentant des variations de densité jusqu’à 45 fois au sein d’une même petite zone.
« Nous avons constaté une variabilité extrême de la température et de la densité au sein de l’empreinte aurorale d’Io, qui s’est produite sur une échelle de quelques minutes », a déclaré Knowles.
« Cela nous indique que le flux d’électrons de haute énergie qui s’écrasent sur l’atmosphère de Jupiter évolue incroyablement rapidement. »
« Le point froid a enregistré des températures de seulement 538 K (265 degrés Celsius ou 509 degrés Fahrenheit) contre 766 K (493 degrés Celsius ou 919 degrés Fahrenheit) dans le reste des aurores de Jupiter. »
« Le point froid contenait également une matière trois fois plus dense que la principale aurore de Jupiter. »
Les découvertes pourraient s’étendre bien au-delà de Jupiter et ouvrir des questions sur d’autres systèmes planétaires.
La lune de Saturne, Encelade, crée également une empreinte aurorale sur la planète, et les scientifiques se demandent si des phénomènes similaires s’y produisent.
« Ce travail ouvre des voies entièrement nouvelles pour étudier non seulement Jupiter et ses autres lunes galiléennes, mais potentiellement d’autres planètes géantes et leurs systèmes lunaires », a déclaré Knowles.
« Nous voyons l’atmosphère de Jupiter réagir en temps réel à ses lunes, ce qui nous donne un aperçu des processus qui se produisent dans tout notre système solaire et peut-être plus loin. »
« Nous n’avons vu ce phénomène que dans l’un de nos cinq clichés, ce qui nous laisse avec des questions. À quelle fréquence cela se produit-il ? Est-ce qu’il s’allume et s’éteint ? Comment cela change-t-il selon les différentes conditions ? »
L’étude paraît dans la revue Lettres de recherche géophysique.
