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Jupiter : Oscillations en Vitesse radiale par ImAgerie multi Longitudes – JOVIAL

Résumé de soumission

La structure interne des planètes géantes est encore largement inconnue. La présence d'un cœur rocheux au centre de Jupiter est toujours sujet à débat.Son existence revêt une importante capitale pour la détermination du mécanisme à l'origine de la formation du système solaire, mais aussi pour notre compréhension de la physique de la matière sous très haute pression et pour une comparaison de notre Système Solaire avec les planètes extra-solaires.

La sismologie de la Terre, la Lune, le Soleil et les étoiles, s'est avéré un outil extrêmement efficace et unique pour étudier la structure interne profonde de ces objets. La possibilité d'appliquer la même méthode sur Jupiter et les autres planètes géantes a été envisagée dès les débuts de l'héliosismologie dans les années 70. Sa réalité a récemment été démontrée par la première détection de modes propres acoustiques par le projet SYMPA et la mesure de la fréquence fondamentale de Jupiter, en parfaite concordance avec les prédictions théoriques. Récemment, des modes ont également été détectés sur Saturne, avec une méthode complètement différente, par l'identification d'ondes de résonance dans les anneaux de la planète sous l'effet de variations périodiques du champ de gravité. La possibilité d'explorer la structure interne des planètes géantes par la sismologie est une porte qui s'ouvre vers un nouveau domaine de recherche en planétologie.

Le présent projet JOVIAL (Jupiter: Oscillations en Vitesse radiale par ImAgerie interférométrique multi-Longitudes) est la première étape de ce nouveau champ. Il vise à détecter et identifier les modes acoustiques de Jupiter dans le but de répondre définitivement à la question de l’existence du coeur jovien. De telles mesures nécessitent des observations quasi-continues de Jupiter et de Saturne pendant plusieurs semaines avec un instrument spécifique. JOVIAL constituera un réseau mondial pour ces observations.

JOVIAL est basé sur notre expérience avec le projet SYMPA. L'instrument Doppler Spectro Imager (DSI), basé sur le même principe, a fait l'objet d'une amélioration sensible de la sensibilité et la stabilité, résultant d'une étude complète de R&T avec le soutien financier du CNES. Un prototype de l'instrument DSI a été testé d'abord au laboratoire, puis sur Jupiter avec le télescope MEO au plateau de Calern. Ces observations montrent un gain d'un facteur 5 par rapport à SYMPA. Une copie de ce prototype est en cours de réalisation suite au financement par la NASA du projet JIVE, pour une installation à l'Observatoire d'Apache Point au Nouveau Mexique.

JOVIAL vise à développer un troisième instrument, plus versatile et avec une meilleure résolution, grâce à un nouveau module d'Optique Adaptative intégré. Cet instrument sera installé au télescope de 1.88 m à l'observatoire d'Okayama au Japon, pour compléter le réseau. Des observations de 3 semaines au moins, avec une couverture temporelle supérieure à 50 %, seront réalisées en Juin 2018 sur Jupiter, puis sur Saturne en 2019.

La sensibilité et la résolution de JOVIAL permettront la détection et l'identification de modes d'oscillations d'amplitude supérieure à 5 cm/s jusqu'au degré l=25 au moins. De nouveaux modèles se de structure de l'intérieur de Jupiter seront déduits de ces observations avec une mesure directe de la taille du coeur et l'identification de discontinuités de densité. Il pourra également mesurer la circulation des vents zonaux avec une précision de l'ordre de 2 m/s et une résolution spatiale de l'ordre de 2000 km. Ces premières mesures directes des vitesses de vents seront comparées avec les mesures obtenues par suivi des nuages pour estimer l'influence des ondes dans la structure complexe de la météorologie jovienne.

JOVIAL est un jalon indispensable sur le chemin pour de futures missions spatiales vers les planètes extérieures Uranus et Neptune, qui seules permettront d'obtenir des données continues pendant plusieurs mois avec une résolution spatiale suffisante.

Coordination du projet

François-Xavier Schmider (Laboratoire J.-L. Lagrange)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Lagrange (OCA/CNRS/UNS) Laboratoire J.-L. Lagrange
UPSud/IAS Université Paris-Sud/Institut d’Astrophysique Spatiale
NMSU New Mexico State University, Department of Astronomy
EPS Dept. of Earth & Planetary Sciences, Tokyo Institute of Technology

Aide de l'ANR 420 243 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2015 - 48 Mois

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