Satellite galiléen

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Les quatre lunes galiléennes de Jupiter, dans un montage permettant de comparer leur taille et celle de la planète. De haut en bas : Io, Europe, Ganymède et Callisto.

Les satellites galiléens, ou lunes galiléennes, sont les quatre plus grands des satellites naturels de Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Ils ont été découverts par Galilée en 1610.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Dimensions[modifier | modifier le code]

Les quatre satellites galiléens sont les plus grands satellites du système jovien : la 5e plus grande lune du système, Amalthée, ne fait que 250 km dans sa plus grande dimension, là où Europe, la plus petite des lunes galiléennes, mesure environ 3 100 km de diamètre. Ce sont donc les seuls satellites de Jupiter qui présentent un aspect sphérique et non irrégulier.

À titre de comparaison, Ganymède, le plus grand de tous les satellites naturels connus, est nettement plus grand que Mercure et mesure près des trois-quarts du diamètre de Mars. Dans tout le système solaire, seuls Titan, Triton et la Lune ont des dimensions comparables aux lunes galiléennes.

Le tableau ci-dessous regroupe les caractéristiques physiques principales des lunes galiléennes, classées par taille décroissante :

Satellite Diamètre moyen[1]
(km)
Masse[1]
(kg)
Masse volumique[1]
(g/cm³)
Ganymède 5 262,4 ± 3,4 1,48×1023 1,942 ± 0,005
Callisto 4 820,6 ± 3,0 1,08×1023 1,834 ± 0,004
Io 3 643,2 ± 1,0 8,93×1022 3,528 ± 0,006
Europe 3 121,6 ± 1,0 4,8×1022 3,013 ± 0,005

Structure interne[modifier | modifier le code]

Les données collectées par les sondes Voyager et Galileo, sur la densité des lunes galiléennes et la nature de leur croûte, ont permis d'élaborer des modèles pour l'intérieur de chacune d'elles.

Io, Europe et Ganymède possèderaient une structure différenciée, avec un noyau de roches denses (éventuellement métallique dans le cas de Ganymède). Callisto, en revanche, possèderait un intérieur largement indifférencié constitué principalement de glace d'eau et de roches, avec éventuellement un petit noyau.

Orbite[modifier | modifier le code]

Animation de la résonance de Laplace 4:2:1 entre Ganymède, Europe et Io.

Les lunes galiléennes sont placées sur des orbites faiblement excentriques (moins de 0,009) et peu inclinées par rapport à l'équateur de Jupiter (moins de 0,74°). Io, la plus proche, est située à 421 800 km de Jupiter, soit un peu moins de 6 fois le rayon de la planète. Callisto, la plus éloignée, possède un demi-grand axe égal à 1 882 700 km, soit 26 rayons joviens.

Les orbites d'Io, Europe et Ganymède, les trois lunes les plus internes, présentent un type de résonance orbitale particulier, dite résonance de Laplace : leurs périodes orbitales sont dans un rapport 1:2:4, c'est-à-dire que Europe met deux fois plus de temps qu'Io à parcourir son orbite et Ganymède quatre fois. Leurs phases orbitales sont également liées et empêchent une triple conjonction de se produire.

Callisto, plus éloignée, n'est probablement pas en résonance avec les autres lunes[2].

Le tableau ci-dessous récapitule les éléments orbitaux des lunes galiléennes :

Lune Demi-grand axe[3]
(km)
Période orbitale[3]
(d)
Excentricité[3] Inclinaison[3]
(°)
Io 421 800 1,77 0,004 0,02 à 0,04
Europa 671 100 3,55 0,009 0,42 à 0,51
Ganymède 1 070 400 7,16 0,002 0,06 à 0,30
Callisto 1 882 700 16,69 0,007 0,15 à 0,74

Détails[modifier | modifier le code]

Io[modifier | modifier le code]

Io, photographiée par la sonde Galileo.
Article détaillé : Io (lune).

Des quatre lunes galiléennes, Io est la plus proche de Jupiter et la deuxième plus petite. Io, la 4e plus grande lune du système solaire mais celle qui possède la plus grande masse volumique, en est également le corps le plus actif géologiquement et celui qui possède les plus grandes éruptions volcaniques.

La surface d'Io semble très récente et est presque totalement dépourvue de cratères. Elle possède de nombreux volcans (la sonde Voyager 1 en détecta neuf pendant son survol de Jupiter) et une mince atmosphère composée principalement de dioxyde de soufre. Elle pourrait également posséder son propre champ magnétique.

L'énergie nécessaire à cette activité géologique proviendrait des forces de marée d'Europe, Ganymède et Jupiter. Io possède une rotation synchrone, présentant toujours la même face à Jupiter ; cependant, les trois lunes galiléennes internes étant en résonance orbitale, la présence d'Europe et de Ganymède la fait vaciller légèrement. Cette interaction déforme la surface de Io qui se soulève et s'abaisse jusqu'à 100 mètres et les frottements produisent de la chaleur.

Europe[modifier | modifier le code]

Europe, photographié par la sonde Galileo.
Article détaillé : Europe (lune).

Europe est la seconde lune galiléenne par la distance avec Jupiter, et la plus petite des quatre. Elle possèderait une croûte de glace surmontant une couche d'eau liquide atteignant 100 km de profondeur, elle-même entourant le manteau du satellite. Europe est l'objet le plus lisse du système solaire ; sa surface récente est striée de crevasses, mais de peu de cratères.

De façon similaire à Io, les forces de marée provoqueraient un échauffement d'Europe et assurerait la persistance de son océan interne et de son activité géologique.

Europe possède une atmosphère d'oxygène ténue.

Ganymède[modifier | modifier le code]

Ganymède, photographié par la sonde Galileo.
Article détaillé : Ganymède (lune).

Ganymède, la troisième lune galiléenne par la distance avec Jupiter, est le plus grand satellite du système solaire, et le plus massif. Elle serait composée de silicates et de glace d'eau, avec une croûte de glace flottant sur un manteau de glace plus chaud. Elle possèderait également un noyau métallique. Ganymède possède un champ magnétique, la seule lune du système solaire où une telle caractéristique a été déterminée avec certitude.

La surface de Ganymède est un mélange de deux types de terrains : des régions sombres très cratérisées et d'autres plus jeunes — mais toujours anciennes — présentant des crevasses et des falaises. Ganymède possède beaucoup de cratères, mais la plupart sont effacés, ou tout juste visibles sous la croûte glacée du satellite.

Ganymède est entourée d'une petite atmosphère d'oxygène.

Callisto[modifier | modifier le code]

Callisto, photographié par la sonde Galileo.
Article détaillé : Callisto (lune).

Callisto est la plus lointaine des lunes galiléennes et la deuxième par la taille. Elle est également la moins dense de toutes.

Callisto possède une caractéristique surfacique majeure, un bassin de 3 000 km de large nommé Valhalla, qui date probablement de la formation de la croûte du satellite. La surface de la lune repose sur une couche de glace de 150 km de profondeur, et une couche d'eau, épaisse de 10 km.

Callisto possède une petite atmosphère de dioxyde de carbone.

Anneaux[modifier | modifier le code]

Trois des quatre satellites galiléens, à savoir Europe, Ganymède et Io, possèdent des anneaux à l'instar de Jupiter.

Observation[modifier | modifier le code]

Les lunes galliléennes vues avec un télescope amateur.

Les quatre lunes galiléennes seraient suffisamment brillantes pour pouvoir être perçues à l'œil nu si elles étaient plus éloignées de Jupiter. Lorsque Jupiter est en opposition, leur magnitude apparente est comprise entre 4,6 et 5,6, une unité de magnitude de moins lorsque Jupiter est en conjonction.

La principale difficulté pour les observer tient au fait qu'elles sont situées très près de Jupiter et donc noyées dans sa luminosité. Leur séparation angulaire maximale de Jupiter est comprise entre 2 et 10 minutes d'arc, proche de la limite de la vision humaine.

En revanche les lunes sont visibles avec une paire de jumelles de faible grossissement.

Lune Magnitude apparente
à l'opposition[1]
Albédo[1] Séparation maximale
à l'opposition[3]
Io 5,02 ± 0,03 0,63 ± 0,02 2' 27"
Europa 5,29 ± 0,02 0,67 ± 0,03 3' 54"
Ganymède 4,61 ± 0,03 0,43 ± 0,02 6' 13"
Callisto 5,65 ± 0,10 0,17 ± 0,02 10' 56"

Historique[modifier | modifier le code]

Découverte[modifier | modifier le code]

Galilée, brouillon d'une lettre à Leonardo Donato, Doge de Venise. La partie inférieure de la feuille montre l'utilisation que fit Galilée de sa lunette : alors qu'il regardait le ciel en janvier 1610, il nota ses premières observations de Jupiter et de trois de ses lunes.

L'astronome italien Galilée découvrit les lunes, qui devaient porter par la suite son nom, en janvier 1610, à l'aide d'une lunette astronomique[4]. Le 7 janvier 1610, il écrivit une lettre portant la première mention de ces objets. À ce moment, il n'en avait observé que trois et pensait qu'il s'agissait d'étoiles fixes près de Jupiter. Sur des observations ultérieures, entre le 8 janvier et le 2 mars, il découvrit un 4e objet et se rendit compte que les corps n'étaient pas fixes, mais tournaient autour de Jupiter[4]. Ce furent les premiers objets célestes découverts au moyen d'un instrument optique autre que l'œil nu.

Galilée, le découvreur des quatre lunes galiléennes.

La découverte de Galilée prouva l'importance de la lunette en tant qu'instrument astronomique. Qui plus est, la découverte d'objets célestes orbitant autour d'un autre astre que la Terre se révéla un coup important porté au modèle géocentrique, selon lequel la Terre était situé au centre de l'Univers, à la fois en termes de position et d'importance. Si l'ouvrage de Galilée, Sidereus Nuncius (« le Messager stellaire »), dans lequel il publia ses découvertes réalisées avec sa lunette, ne fait pas mention du modèle héliocentrique développé par Nicolas Copernic par peur de l'Église, Galilée en était un fervent partisan[4].

Galilée développa également une méthode permettant de déterminer la longitude sur la base d'éphémérides des lunes galiléennes.

L'antériorité de leur découverte fut contestée en 1614, soit quatre ans après, par l'astronome allemand Simon Marius dans un ouvrage intitulé Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici (Le monde jovien découvert en 1609 grâce au télescope belge)[5], dans lequel il prétendait avoir observé les quatre satellites de Jupiter dès novembre 1609[6] où il prétendait les avoir lui aussi observées à la même date, et même avant ; il les nomma d'ailleurs Io, Europe, Ganymède et Callisto. Cependant, Marius n'ayant pas publié ses observations avant 1614, il n'est pas crédité de cette découverte. Par ailleurs, la plus ancienne observation de Jupiter consignée par Marius date de décembre 1610 et les exemples qu'il donne dans son ouvrage datent de 1613.

Selon l'historien de l'astronomie chinois Xi Zezong, l'astronome chinois Gan De aurait observé l'une des lunes galiléennes en -362, près de deux millénaires avant Galilée[7]. Les lunes galiléennes peuvent en effet être distinguées à l'œil nu, lors de leur séparation maximale et dans des conditions d'observation exceptionnelles.

Noms[modifier | modifier le code]

Les quatre corps célestes furent d'abord nommés par Galilée « Cosmica Sidera », en l'honneur de Cosimo II de Medicis (1590-1621), grand-duc de Toscane à partir de 1609, et dont Galilée cherchait le patronage. Galilée les appellera les Medicea Sidera (« étoiles Médicées »), en l'honneur des quatre frères de la maison Médicis (Cosimo, Francesco, Carlo et Lorenzo). La découverte fut annoncée dans le Sidereus Nuncius (« Messager stellaire »), publié à Venise en mars 1610, moins de deux mois après les premières observations[4].

Parmi les autres noms proposés, on retrouve Principharus, Victipharus, Cosmipharus et Ferdinandipharus, en l'honneur des quatre frères Médicis, noms que Hodierna, disciple de Galilée et auteur des premières éphémérides (Medicaeorum Ephemerides, 1656), utilisera. Hévélius les appelle Circulatores Jovis ou Jovis Comites, et Ozanam Gardes ou Satellites (du latin satelles, satellitis : « escorte »). De son côté Peiresc leur donne les noms suivants : Cosme le Jeune, Cosme l'Ancien, Marie et Catherine pour, respectivement, J-I, J-II, J-III et J-IV.

Ce seront les noms proposés par Simon Marius qui s'imposeront : Io, Europe, Ganymède et Callisto, publiés dans le Mundus Jovialis de l'auteur en 1614[5].

Galilée refusa d'utiliser les noms proposés par Marius et inventa par conséquent le système de numérotation qui est encore utilisé de nos jours, en parallèle avec les noms propres. La numérotation commence par la lune la plus proche de Jupiter : I pour Io, II pour Europe, III pour Ganymède et IV pour Callisto. Galilée utilisait ce système dans ses cahiers de notes, mais il n'eut pas l'occasion de l'utiliser dans une version imprimée.

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e « Planetary Satellite Physical Parameters », Jet Propulsion Laboratory (consulté le 4 décembre 2007)
  2. (en) Musotto, Susanna; Varadi, Ferenc; Moore, William; Schubert, Gerald, « Numerical Simulations of the Orbits of the Galilean Satellites », Icarus, vol. 159, no 2,‎ 10/2002, p. 500–504 (DOI 10.1006/icar.2002.6939, résumé)
  3. a, b, c, d et e « Guide for the satellites of Jupiter », Natural Satellites Data Center (consulté le 29 novembre 2007)
  4. a, b, c et d (la) Galileo Galilei, Sidereus Nuncius,‎ 13 mars 1610
  5. a et b (la) Simon Marius, Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici,‎ 1614
  6. « Simon Marius », The Galileo Project (consulté le 21 novembre 2007)
  7. (en) Xi, Z. Z., « The Discovery of Jupiter's Satellite Made by Gan De 2000 years Before Galileo », Acta Astrophysica Sinica, vol. 1:2,‎ 1981, p. 87 (résumé)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]