Une théorie sur la raison pour laquelle les lunes de Jupiter sont plus chaudes qu’elles ne devraient l’être

Une nouvelle étude de l’université d’Arizona (Etats-Unis) indique que les quatre plus grandes lunes de Jupiter ont une température aussi élevée grâce aux forces de marée causées par les champs gravitationnels des lunes qui s’entrechoquent. Ce réchauffement dû à cette force pourrait aider à expliquer l’évolution du système lunaire jovien.

Image d’entête : les quatre plus grandes lunes de Jupiter, par ordre de distance de Jupiter : Io, Europa, Ganymède et Callisto. (NASA/ JPL/ DLR)

Depuis que Pioneer 10 de la NASA a survolé Jupiter en 1973, la planète géante a fourni une liste croissante de surprises. L’une des plus déroutantes est que les lunes galiléennes Io, Europe, Ganymède et Callisto, les quatre plus grandes des 80 lunes de Jupiter, ne sont pas les boules de roche et de glace gelées que l’on s’attendrait à trouver à 778 millions de km du Soleil. Au contraire, trois des lunes sont suffisamment chaudes pour avoir des océans planétaires souterrains et l’intérieur de Callisto est si chaud qu’il est criblé de volcans actifs.

L’explication évidente de cette situation est la force de marée créée par l’attraction de Jupiter qui, en s’étirant et en appuyant sur les lunes, les réchauffe suffisamment pour avoir des intérieurs liquides qui ne se refroidissent pas avec le temps (géologique). Cependant, selon l’équipe de I’université d’Arizona dirigée par Hamish Hay du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, en Californie, ces marées joviennes ne sont pas assez fortes pour expliquer un tel réchauffement.

En effet, les lunes galiléennes sont trop petites pour produire le type de grandes marées nécessaires à un réchauffement aussi important, mais l’ajout de l’attraction gravitationnelle des autres lunes du système jovien contribue à équilibrer les équilibres thermiques. Ce phénomène est dû à un effet connu sous le nom de résonance des marées (Tidal resonance).

Selon Hay :

La résonance crée beaucoup plus de chaleur. En gros, si vous poussez un objet ou un ensemble et que vous le lâchez, il va osciller à sa propre fréquence naturelle. Si vous continuez à pousser le système à la bonne fréquence, ces oscillations deviennent de plus en plus importantes, tout comme lorsque vous poussez une balançoire. Si vous poussez la balançoire au bon moment, elle s’élève, mais si vous vous trompez dans le timing, le mouvement de la balançoire est amorti.

Ces résonances de marée étaient connues avant ces travaux, mais seulement pour les marées liées à Jupiter, qui ne peuvent créer cet effet de résonance que si l’océan est vraiment mince (moins de 300 mètres), ce qui est peu probable. Lorsque les forces des marées agissent sur un océan global, elles créent une vague de marée à la surface qui finit par se propager autour de l’équateur avec une certaine fréquence, ou période.

En utilisant des modèles informatiques, l’équipe de l’Arizona a montré que Jupiter seul ne suffit pas à produire la bonne fréquence de résonance dans les lunes, mais lorsque les autres lunes sont insérées dans les équations, les forces de marée commencent à correspondre à la fréquence de résonance de chaque lune. Cela produit davantage de chaleur et l’eau située à l’intérieur ou la roche fond si les océans souterrains sont dans la bonne fourchette d’épaisseur, ce qui est beaucoup plus proche des estimations actuelles.

Selon Hay, le modèle actuel suppose que les résonances des marées restent relativement modérées, donc la prochaine étape sera de supprimer cette limite. En plus de fournir un mécanisme pour expliquer le réchauffement des lunes galiléennes, le modèle peut également aider à calculer la profondeur réelle de leurs océans.

L’étude publiée dans Geophysical Research Letters : Powering the Galilean Satellites with Moon‐Moon Tides et présentée sur le site de l’université d’Arizona : Jupiter’s Moons Could be Warming Each Other.