L’instrument SYMPA détecte les pulsations de Jupiter

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Une équipe de chercheurs français (Patrick Gaulme, chercheur à l’Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS, Université Paris Sud) auteur principal de l’article, François Xavier Schmider, Tristan Guillot et Jean Gay (laboratoire Fizeau et laboratoire Cassiopée, CNRS, Université de Nice, Observatoire de Côte d’Azur)) est parvenue, grâce à un appareil d’observation dédié, à détecter les micro-pulsations affectant l’atmosphère de Jupiter, reflets de son activité interne. Leurs résultats sont à paraître dans la revue Astronomy and Astrophysics, acceptés pour publication le 6 juin 2011.

L’existence de ces pulsations sur Jupiter était sujet à discussion depuis plus de trente ans, mais les chercheurs devaient aussi détecter une aiguille dans une botte de foin. « Alors que les oscillations recherchées affichent une vitesse de 10 cm à 100 cm par seconde, Jupiter, elle, tourne sur elle même à 12,5 km par seconde au niveau de son équateur ! », précise Patrick Gaulme. Pour y parvenir, ils ont dû mettre au point le premier instrument capable de détecter ces micro-pulsations. Son nom : SYMPA. Il a été développé par l’Université de Nice et l’Observatoire de la Côte d’Azur et financé, à hauteur de 170 k€, par le CNRS, l’INSU, le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, l’OCA et les réseaux européens ANTENA et OPTICON.
Après une semaine d’observations en 2005 à l’Observatoire du Teide aux Canaries, et au terme d’une longue et minutieuse analyse, des résultats sont tombés. L’appareil, en mesurant la vitesse radiale de l’atmosphère de Jupiter par effet Doppler, a bel et bien détecté les micro-pulsations de l’astre !

Une histoire azuréenne

L’asterosismologie (étude de la structure interne des astres par la mesure de leurs fréquences d’oscillations) est une tradition du laboratoire Fizeau depuis plus de trente ans. Ce laboratoire fut pionnier dans ce domaine avec les premières observations d’oscillations solaires depuis le Pôle Sud en 1980. Ce travail a permis des progrès considérables dans la compréhension du fonctionnement de notre étoile. Depuis, ce travail s’est poursuivi à l’OCA sur d’autres étoiles, avec notamment la participation au satellite COROT.
La nature gazeuse de Jupiter laissait présager la détection d’oscillations de même type sur cette planète, la plus grande du système solaire. Fort de son expérience dans le domaine de l’instrumentation de pointe, le laboratoire Fizeau a développé l’instrument SYMPA (Seismographic Imaging Interferometer for Monitoring Planetary Atmospheres), issu d’un concept original proposé par Jean Gay, pour mesurer d’infimes oscillations à la surface de Jupiter. Ce projet a été mené à bien par une équipe réunie autour de F.X. Schmider avec l’implication de deux jeunes chercheurs, Cédric Jacob et Patrick Gaulme. Ce dernier a développé les outils d’analyse qui ont permis d’obtenir ce résultat.
Par ailleurs, l’équipe de planétologie du laboratoire Cassiopée s’est depuis longtemps intéressée à la modélisation de la structure interne des planètes géantes. Tristan Guillot a été l’un des premiers à proposer un modèle de Jupiter comprenant trois couches : un cœur de roches et de glaces, une première enveloppe d’hydrogène dit métallique (sous très forte pression), puis une enveloppe gazeuse mélangeant principalement hydrogène et hélium. C’est à la surface de cette enveloppe que se déroulent les phénomènes météorologiques visibles à la surface de la planète géante, et notamment la fameuse tâche rouge. On cherche en particulier à mettre en évidence la présence du cœur dont l’origine date de la formation du système solaire.
C’est tout naturellement que la collaboration s’est établie entre les équipes des deux laboratoires pour confronter les mesures réalisées avec l’instrument SYMPA et les modèles théoriques. Cette collaboration sera renforcée dans le nouveau laboratoire Lagrange, issu de la fusion de Fizeau et Cassiopée au sein de l’OCA.
Le concept de SYMPA est lui au cœur du nouvel instrument DSI (Doppler Specto Imager) qui doit être embarqué sur la mission spatiale Laplace de l’ESA lancée en 2020. Cet instrument sera développé par l’OCA, l’Institut d’Astrophysique Spatiale à Orsay, le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie, en collaboration avec plusieurs laboratoires européens.

 


"Detection of Jovian seismic waves : a new probe of its interior structure". Astronomy & Astrophysics 2011, 531, A104. P. Gaulme, F.-X. Schmider, J. Gay, T. Guillot, et C. Jacob.