GoTo: Ganymède

Le plus grand satellite naturel du système solaire est Ganymède, qui se trouve parmi les quelques 95 satellites naturels de Jupiter actuellement observés.

Vue de Ganymède par la sonde Juno le 8 juin 2021 à une distance de 918000 km (1)

On entend par satellite naturel, tout corps céleste qui gravite autour d'un astre de masse plus importante. Par opposition, on parle de satellites artificiels pour les engins construits par les hommes et placés en orbite autour d’un astre (principalement autour de la Terre) à des fins scientifiques, militaires ou commerciales.

Un peu d'histoire...

Découvert avec une lunette astronomique par Galilée de Padoue, entre décembre 1609 et janvier 1610, Ganymède est une des quatre lunes joviennes (relatives à la planète Jupiter), que Galilée nomme, dans un premier temps, "étoiles médicées", en l'honneur des Médicis, famille régnante et mécène des Arts et de la Science à Florence.

Réplique de la plus ancienne lunette astronomique conservée, attribuée à Galilée, exposée à l'observatoire de Griffith de Los Angeles (2).

Généralement attribuée à Galilée, cette découverte fut âprement disputée par l'astronome allemand Simon Marius (1573 - 1624). Il est alors élève de l'astronome danois Tycho Brahe à Prague, qui accueillait également depuis 1600 l'allemand Johannes Kepler, alors en exil en raison de ses positions controversées sur l'héliocentrisme.

Dessin du système de Jupiter par Galilée

Dans la publication d'un ouvrage intitulé Mundus Iovalis (Le Monde de Jupiter) publié en 1614, S. Marius prétend avoir observé les quatre lunes joviennes principales avec une lunette de sa fabrication et ce dès Novembre 1609, soit quelques jours seulement avant Galilée.  Or, la plus ancienne observation de Jupiter consignée par S. Marius date de décembre 1610 et les exemples qui illustrent son ouvrage datent quant à eux de 1613. La primauté de la découverte des satellites de Jupiter sera vivement revendiquée par Galilée qui l'accusera de plagiat.

Selon l'historien de l'astronomie chinoise, Xi Zedong, l'astronome Gan De aurait observé l'une des lunes de Jupiter en 362 av. J.-C., soit près de deux millénaires avant l'astronome italien. Gan De l'aurait repéré à l’œil nu, ce qui est théoriquement faisable lors de leur élongation maximale et dans des conditions d'observations exceptionnelles. 

Pour terminer, l'appellation de Ganymède (ainsi que celle de Io et d'Europe) sera celle que... Simon Marius aura choisi dans sa tentative de plagiat !

Quelques données scientifiques ...

Sur l'échelle des distances au centre de Jupiter, Ganymède est le septième satellite naturel connu de la planète. Il orbite à un peu plus d'un million de km de sa planète. 

Avec son diamètre de 5 268 km, ce satellite est plus gros que la planète Mercure et presque aussi gros que Mars. Etant constitué de roches silicatées et de glace d'eau en quantités à peu près égales, sa masse considérable de 148 185 846 875 051 993 858 048 kg (1.4819 x 10²³ kg) ne représente toutefois que 45% de celle de Mercure et 2,02 fois celle de la Lune. 

Les lune galiléennes comparées aux autres plus grandes lunes du Système Solaire (3)

Selon les dernières observations effectuées par le télescope spatial James Webb, sa température de surface oscille entre -180 et -110°C. 

C'est le seul satellite du système solaire connu possédant une magnétosphère, probablement créée par convection à l'intérieur du cœur ferreux liquide.

A sa surface, on peut distinguer des régions sombres (1/3 de la surface), criblés de cratères d'impacts et âgés de 4 milliards d'années, ainsi que des régions claires (2/3 restants), balafrés par des rainures. La cause de cette différence géologique est encore un mystère, mais les astrophysiciens penchent plutôt pour l'hypothèse d'une activité tectonique.

Ganymède abrite sous sa croûte glacée le plus grand océan d'eau liquide du système solaire. Ce satellite naturel est un archétype des mondes glacés tels qu'on en trouve autour des planètes géantes de notre système solaire, mais aussi sans doute autours d'autres étoiles. 

Comme la plupart des satellites d'assez grande dimension, Ganymède est en rotation synchrone avec Jupiter : il tourne donc sur lui-même en autant de temps que ce qu'il faut pour faire un tour autour de Jupiter, soit 7,155 jours terrestres.

Pendant que Ganymède effectue une révolution complète au tour de Jupiter, la lune Europe en réalise deux, et la lune Io quatre. On dit alors que Ganymède est en "résonance orbitale avec Europe et Io (résonance de Laplace de type 1:2:4).

A l'image de la Lune, Ganymède présente donc toujours la même face à Jupiter.

Représentation à l'échelle de quelques lunes, planètes mineures et comètes du Système solaire (4)

En route vers Ganymède !...

Lancée en 1972, la mission Pionneer, armée de deux satellites jumeaux 10 et 11 (afin de minimiser les risques de pertes au cours de la traversée des ceintures d'astéroïdes), avait pour objectif l'étude de Jupiter. Fin 1973, Pionneer 10 fut la première sonde spatiale à examiner Ganymède de près. Les résultats furent très positifs : Pionneer 10 a réussi à mesurer la taille et de la masse des quatre satellites galiléens et prendre les premières photos de ces lunes avec une résolution de 170 à 400 km par pixel.

En juillet 1979, la sonde Voyager 2 , lors de son survol de Jupiter, passe également non loin de Ganymède (62 130 km) . Les images prises par la sonde montrèrent que Ganymède était le plus gros satellite du système solaire et présentait deux types de terrain différents. Pour l'anecdote, 13 350 photos de Jupiter et des lunes seront prises. Cette mission Voyager, également portée par deux satellites Voyager 1 et 2, a affiné les mesures de la taille de Ganymède.

A la fin des années 80, le projet Galileo développé par la NASA est le premier programme spatial ayant pour objet l'exploration de Jupiter de ces quatre lunes. La sonde Galileo est lancée le 18 octobre 1989 par la navette spatiale américaine Atlantis. La sonde se place en orbite autour de Jupiter le 7 décembre 1995, après un voyage de six ans, au cours duquel elle a recours à l'assistance gravitationnelle de la Terre à deux reprises ainsi qu'à celle de la planète Vénus. Elle circule sur une orbite de deux mois qu'elle parcourt à 35 reprises au cours de la phase scientifique de la mission qui s'achève après deux prolongations en 2003. Le 27 juin 1996, Galileo survole, à seulement 835 km, la surface de Ganymède puis une deuxième fois le 6 septembre 1996, cette fois à une altitude de 261 kilomètres.

La sonde Galiléo a découvert l'océan souterrain et le champ magnétique de Ganymède. Il s'agit du seul et unique satellite du système solaire à posséder son propre champ magnétique. Galiléo a profondément changé notre façon de voir notre système solaire.

Quel avenir pour Ganymède ...?

La prochaine mission dédiée à l'exploration du système jovien est le Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) portée par l'Agence Spatiale Européenne (ESA), dont le lancement a été effectué le 14 avril 2023 pour une durée d'un peu plus de 12 ans. Sa mise en orbite autour de Jupiter est planifiée en Juillet 2031 et devra ensuite se placer en orbite autour de Ganymède aux alentours de décembre 2034.

JUICE en orbite autour de Ganymède (vue d'artiste) (5)

Le thème principal de JUICE est "l'émergence de mondes habitables autour des géantes gazeuses". Dans le système solaire, nous ne connaissons qu'un seul corps qui a connu l'émergence de la vie : la Terre. L'origine de la vie est-elle propre à notre planète, ou pourrait-elle se produire ailleurs dans notre système solaire – ou au-delà ?

La mission abordera donc deux thèmes clés : 

- Quelles sont les conditions de formation des planètes et d'émergence de la vie ?  et  

- Comment fonctionne le système solaire ?

Les objectifs de la mission JUICE 

- déterminer l'étendue, la composition et la dynamique de l'océan souterrain de Ganymède, y compris la manière dont l'eau est transférée de l'intérieur profond à la couche de glace supérieure, et en recherchant des signes de réservoirs d'eau souterrains peu profonds ;

- caractériser le champ magnétique de Ganymède, révéler ce qui alimente et maintient la dynamo interne de la lune et identifier les groupes de particules présents autour de la lune (comment se renouvellent-ils et comment interagissent-ils avec Ganymède et Jupiter ?)

- explorer comment les caractéristiques, les processus et la topographie de la surface de Ganymède sont liés à sa subsurface, définir l'épaisseur et la structure de la croûte glacée de la lune et cartographier sa géologie, sa composition, sa chimie et son évolution au fil du temps.

- L'objectif est également de déterminer son potentiel d'habitabilité.

Une destination fort fort lointaine ...

Après son lancement par la fusée Ariane 5, JUICE effectuera une série d'orbites autour du Soleil, en utilisant l'assistance gravitationnelle des planètes qu'elle croisera pour ajuster sa trajectoire et sa vitesse. Tout au long de sa croisière de 8,3 ans vers Jupiter, la sonde réalisera trois survols de la Terre (dont un de la Terre et de la Lune ensemble) ainsi qu'un survol de Vénus, avant d'atteindre sa destination en juillet 2031.

Les dates clés de la mission JUICE (6)

Le premier survol de la Terre et de la Lune ensemble aura lieu en Août 2024. 

Alors qui sait ? 

Avec un ciel clair et de bonnes conditions météo, il se pourrait que l'on puisse observer le transit du satellite au cours d'une soirée astro !

Références / Crédits photos ou illustrations :

(1) NASA/JPL-Caltech/SwRI/MISS/Kevin M. Gill, CC BY 2.0 

(2) ©"The authors that took this picture are Jim and Rhoda Morris." — Transféré de en.wikipedia à Commons par Calliopejen1 utilisant CommonsHelper., Domaine public,

(3) © Originally uploaded from NASA by Bricktop; edited by Deuar, KFP, TotoBaggins, City303, JCP agc2015French Translation : Charlestpt — File:Moons_of_solar_system_v7.jpg, CC0,

(4) © Par Antonio Ciccolella — Travail personnel, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42598104

(5) Photo © ESA (remerciements : ATG Medialab)

(6) Photo  © ESA