Jupiter démunie de surface solide

[lagier74]

Bonjour à tous, je me présente je m'appelle Maxime, j'ai 21 ans et je suis actuellement en 2ème année à l'EPFL en suisse. J'ai pour vous deux questions.

La première porte sur Jupiter mais je pourrais poser la même question pour saturne. Ces géantes gazeuses ne possèdent pas de surface solide à proprement parlé, ce qui m'intrigue fortement. En effet étant des planètes relativement éloignées du Soleil, elles ne reçoivent que peu d'énergie et possèdent donc des températures assez froides. De plus il y règne des pressions invraisemblables. Pourquoi alors ces gaz ne se condensent pas pour former de la matière solide qui serait leur forme la plus stable sous ces conditions. Si quelqu'un comprend pourquoi je serait tout content d'entendre vos arguments.


Ma deuxième question est plus professionnels. Connaissez-vous des entreprises aérospatiales suisses proche de la France, vers Genève par exemple. merci pour toutes vos réponses
-----

[phys4]

Bonsoir,

Pour pouvoir répondre il faudrait connaitre la composition au centre des planètes géantes, or aujourd'hui il n'existe pas que des hypothèses, personne n'est allé aller voir, ni n'en est revenu.

Pou Jupiter il est probable qu'il existe une surface solide au niveau du noyau, mais en grande profondeur. Un gaz sous forte pression ne diffère plus d'un liquide quand il est au delà de la pression critique et l'on pourrait aussi bien parler de gaz que de liquide pour la substance de ces planètes. Sous très fortes pressions, il est probable que les liquides sont cristallisés, au moins pour Jupiter.

La composition de Saturne semblerait essentiellement faite d'hélium. L'hélium ne cristallise pas sous fortes pression, nous pourrions donc parler d'un liquide.
Personne ne peut savoir s'il n'existe pas au centre un noyau de roches de taille d'un astéroïde.

Bonne recherche.

[lagier74]

merci beaucoup pour votre réponse

[Gilgamesh]

Pour préciser un peu : pour connaitre l'intérieur d'une planète, on procède en plusieurs étapes. La première consiste à estimer quelle serait la masse d'une planète de composition homogène en fonction de son rayon, en prenant en compte l'évolution de la masse volumique des composants sous l'effet des condition de température et de pression. Il y a trois matériaux candidats : H₂, He, les glaces planétaires (H2O, CO2, CH4, NH3...). Ce qui ressort de l'exercice, c'est que la composition de Jupiter et Saturne est dominée par H+He tandis que celle d'Uranus et de Neptune est plus proche de celle des glaces planétaires.

Les modèles pour Jupiter et Saturne intègrent toutefois trois couches : une couche H+He, une couche de glaces planétaires et une couche de silicates et fer. Les deux premières sont déduites de ce qui précède, la troisième existe probablement en regard de la présence de Si+Fe dans la nébuleuse solaire. On ne connait toutefois pas son importance par rapport aux deux premières.

Ensuite on calcule la structure en fonction de l'équilibre hydrostatique (en reliant la masse volumique des composants à la pression-température), du profil de température (supposé en général adiabatique) en profondeur, contraint par le flux de chaleur interne observé près de la surface, l'équation d'état des matériaux constituants, les plus importants étant H et He, tout ça relié aux observables astrophysiques (masse, rayon, vitesse de rotation, moment d'inertie, champ de gravité, plus de le flux de chaleur déjà mentionné).

Le diagramme de phases ci dessous indique que sur tout le rayon, hors l'atmosphère et le noyau (glace, silicate, métaux), il s'agit d'un liquide.

De l'extérieur vers l'intérieur, on peut distinguer trois couches : H₂ moléculaire, He pur, H conducteur + He

La première est simplement déduite de l'observation.

Pour la seconde, on part du fait qu'environ 40% du flux de chaleur émis par Jupiter est d'origine interne, ce qui n'est pas négligeable. L'origine interne provient de la libération d'énergie gravitationnelle. Celle ci provenant à la fois de la contraction de la planète résultant de son refroidissement et de la sédimentation de l'hélium dans son manteau. Des expériences numériques prédisent qu'au delà de P=200 GPa T=8000K les deux fluides deviennent miscibles, mais qu'en deçà, ils sont immiscibles. L'hélium, plus dense que l'hydrogène dans ces conditions, sédimenterait par gravité vers le centre de la planète et on aurait une couche l'hélium pur au sein de la planète, jusqu'à une profondeur au delà de laquelle H et He redeviennent miscibles. Cette séparation des deux éléments expliquerait l'appauvrissement en hélium observée dans les couches supérieures de l'atmosphère de Jupiter (He = 23%) et Saturne (He = 14%) comparé à la teneur solaire (He = 27,5%). Saturne étant moins massive, sa température interne est moins élevée, ce qui a pour conséquence qu'une plus grande partie de la planète relève du domaine d'immiscibilité H/He. Jupiter étant plus chaud, ce n'est qu'assez récemment qu'il est devenu assez froid pour que l'hélium se mette à sédimenter en son sein.

Après cette couche d'hélium, on retrouve donc à nouveau une couche H+He mais avec un nouvel élément à prendre en compte qui est la métallisation de l'hydrogène. Sous une très grande pression (vers 140 GPa), la conductivité électique de l'hydrogène (liquide) augmente de 3 ordres de grandeurs. C'est ce liquide conducteur qui expliquerait le champs magnétique très intense de ces deux planètes, par effet dynamo.

source

[A voir en vidéo sur Futura]

[lagier74]

merci beaucoup. En résumé c'est un état entre gaz et liquide, et même si nous tomberions en chute libre dans son atmosphère ( en supposant que nous portons une combinaison qui supporterait les pressions) il y aurait un stade ou la poussée d'archimède serait plus forte que notre poids en supposant que notre volume reste le même au cours de la chute libre

[phys4]

[QUOTE=lagier74;5233036 même si nous tomberions en chute libre dans son atmosphère ( en supposant que nous portons une combinaison qui supporterait les pressions) il y aurait un stade ou la poussée d'archimède serait plus forte que notre poids en supposant que notre volume reste le même au cours de la chute libre[/QUOTE]

C'est une supposition forte, je me vois mal en combinaison spatiale sur une surface d'hydrogène métallique !!!

[lagier74]

en effet . C'est juste une experience de pensée