INTRODUCTION

     Dans l'ordre d'éloignement depuis le Soleil, les planètes qui composent le Système solaire sont : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Les quatre premières planètes sont telluriques, les deux suivantes sont des géantes gazeuses et les deux dernières sont des géantes gazeuses glacées. Or, Jupiter est la plus grosse et la plus massive des planètes, juste après Mars et est agitée de tempêtes toxiques. 

     Elle tourne autour d'elle-même en moins de 10h et fait le tour du Soleil en moins de 12 années. Elle pourrait contenir plus de 1 300  Terres et est 2,5 fois plus massive que la totalité des autres planètes réunies. La proximité de Jupiter en fait une planète propice à l'observation astronomique et spatiale. Jupiter est gazeuse, c'est-à-dire que ce n'est pas une planète dotée d'un sol solide où l'on pourrait se poser. 

     Les tempêtes en présence d'éléments chimiques et la rotation rapide forment les bandes de couleurs et les tourbillons blancs que l'on peut voir. Sur la photo, on voit aussi une énorme tache rouge : c'est un anticyclone géant qui existait déjà il y a plus de 350 ans et qui fait maintenant 2 fois la Terre. Jupiter possède aussi des anneaux qui sont trop fins pour être assez visibles. 

     Jupiter est un aimant géant en raison de sa rotation rapide et de son océan d'hydrogène liquide métallique. Elle serait à l'origine de la formation du Système solaire. La Lune, quatre fois plus petite que la Terre, est le satellite naturel de notre planète bleue qui a une seule lune. Elle exerce une influence déterminante sur la Terre grâce à son attraction gravitationnelle et est donc indispensable à la vie sur Terre. La Lune a la même durée de rotation et de révolution (27,3 jours). La température à sa surface varie de -170°C à +120°C.

     La Lune, née d'un morceau de la Terre, a les mêmes constituants que la Terre. La surface de la Lune possède plein de cratères remplis de magma qui sont causés par des impacts de météorites. La Lune n'a pas d'atmosphère et possède de l'eau sous forme de glace.

     Et si les endroits les plus fascinants du Système solaire ne se trouvaient pas sur des planètes mais autour d'elles ? Jupiter a-t-elle au moins une lune comme la Terre et peut-on voir et photographier les lunes de Jupiter depuis le lycée ? Certes, la Lune de la Terre a des conditions peu propices à la vie humaine, mais comment sont les autres lunes ?

DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE

     Hypothèse : 

     Nous sommes partis de l'hypothèse que Jupiter a des lunes comme la Terre. Il va falloir les chercher en observant au télescope Jupiter et ses environs, le soir vers 19h, dans la cour du lycée. Nous allons chercher des corps célestes en gravitation sur orbite autour de Jupiter : ce seraient ses satellites naturels ou lunes de Jupiter.

     Le matériel :    

• Le logiciel Stellarium
• Un carnet de bord et un stylo
• Un ordinateur portatif 
• Une table USB
• Un câble 
• Un logiciel de capture (SharpCap ou FireCapture ou NINA) et un logiciel de traitement d'images (AutoStakkert! ou RegiStax) ou un seul logiciel 2 en 1.
• Un appareil photographique normal (Canon ici) ou une caméra astronomique.
• une lunette astronomique apochromatique (ici) ou télescope.

Notre lunette astronomique 

     Nous avons une lunette astronomique apochromatique motorisée qui permet d'avoir des images nettes et qui facilite la mise au point.

     Protocole expérimental : 

1.      Il faut utiliser une carte du ciel afin de trouver Jupiter. La carte du ciel est une carte qui situe les constellations des étoiles les unes par rapport aux autres. Les étoiles sont tellement éloignées de la Terre que leurs positions les unes par rapport aux autres ne changent visiblement que sur au moins des milliers d'années. Concernant les étoiles, les cartes du ciel sont réutilisables d'une année à l'autre. On ne voit pas la même partie du ciel en hiver et en été à cause de la révolution de la Terre autour du Soleil. Les constellations visibles changent aussi au cours de la journée à cause de la rotation de la Terre. 
2.      Maintenant, on rajoute aussi les planètes dans les cartes du ciel afin de les trouver et les situer. Il n'y a pas de position fixe pour les planètes qui se déplacent d'une constellation à l'autre à cause de leur révolution autour du Soleil. Il faut suivre les positions des planètes en fonction de leur déplacement. Pour cela, nous avons utilisé le logiciel Stellarium : stellarium-web.org, téléchargeable aussi en application sur le téléphone. Grâce au GPS et à l'orientation du téléphone, Stellarium est une application de planétarium qui montre sur l'écran exactement ce que l'on devrait voir en regardant le ciel. Stellarium facilite la recherche et indique sur l'écran, les noms des astres et des constellations que l'on voit sur le lieu et sur le moment.
3.      Le chercheur de la lunette astronomique facilite dans un second temps la recherche en visant un pan plus étendu du ciel. Conditions de l'observation : Mardi 17 mars de 19h15 à 20h. La nuit commençait à tomber, le ciel était dégagé, il y avait pas mal de vent, pas de pluie. Bonnes conditions. Dernier croissant de lune avant la nouvelle lune.
4.     L'ordinateur portatif est posé sur une table. Il est relié à l'appareil photographique par un câble USB. 
5.     Jupiter était dans la constellation des Gémeaux, près de Castor et Pollux, haut vers le sud-ouest. Il est visible à l'oeil nu. La Lune se trouve à côté à ce moment-là mais c'était la veille de la nouvelle lune donc elle était très peu visible, il lui reste un fin croissant.
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8. La lunette apochromatique sert à réduire les défauts de convergence de couleurs afin d'avoir une image plus nette. L'appareil photo est collé au bout du tube de la lunette astronomique, à la place de l’œil. Il est relié à l'ordinateur et au logiciel de capture. L'appareil photo capte la lumière collectée par le télescope, un logiciel de capture dans le PC permet d'afficher l'image sur l'écran du PC. Nous aurions aussi pu utiliser un second logiciel de traitement pour rassembler les images et avoir une photo nette. Le logiciel de capture peut contrôler l'appareil photo et aider à la mise au point.
9. Mais quelle image apparaît à l'écran ?

      Ah mais que se passe-t-il ? Nous ne voyons que Jupiter... Essayons des mises au point ou des changements de réglages pour essayer de faire apparaître les lunes de Jupiter s'il y en a.

1. Il nous semble apercevoir cette fois des astres apparaître autour de Jupiter... Mais il faut encore modifier le réglage pour vérifier ! La luminosité est un paramètre important en observation astronomique. Le contraste joue aussi pour faire apparaître les corps célestes dans la lunette astronomique. Les appareils sélectionnent ce qu'il y a à montrer. Jupiter renvoie beaucoup de lumière par rapport aux satellites naturels qui sont beaucoup plus petits. Le logiciel a-t-il choisi un temps de pose ou une certaine sensibilité ISO ? Plus l'ISO est élevé et plus de capteur de l'appareil photo est sensible à la lumière. L'appareil a-t-il adapté la luminosité pour Jupiter, et cela cache les satellites ? Essayons encore de modifier les réglages...
2.  

     Le réglage a l'air meilleur mais... Que voit-on si l'on zoom un peu ??? Est-ce une bonne photo ? Zoomons un peu !

     Observation :

        Mais comment cela se fait-il ? Les astres autour de Jupiter apparaissent en plusieurs exemplaires qui s'alignent et forment des traits. Ces traits sont quasi colinéaires. Nous pouvons vérifier ce parallélisme des traits. Cela montre que les astres dupliqués sont alignés avec Jupiter. On voit trois astres dupliqués apparaître sur la photo. 

         Comment expliquer cette duplication des astres ? Est-ce que parce que les astres auraient bougé trop vite ? C'est une lunette astronomique avec monture motorisée, donc l'appareil fait l'ajustement automatique en suivant le mouvement des astres, ce qui évite de faire constamment des mises au point. La Terre tourne et les astres observés aussi. L'explication n'est pas celle-là. 

        Cela vient peut-être de la luminosité et des réglages. Jupiter n'est pas dupliqué mais les astres à partir d'une certaine taille, autour le sont. Les duplications font des tracés colinéaires sur la photo. Il y a peut être un problème de réglage ou de capture. Le logiciel pourrait avoir centré Jupiter qui est très lumineux, mais pas les astres autour, quand il fusionne les images. L'appareil a peut-être bougé et il y a des décalages.

        Le logiciel aurait raté le captage de la lumière ou mal traité l'image : la cadence d'images aurait pu être mauvaise, l'empilement a pu être raté, le suivi mal synchronisé, le temps d'exposition mal réglé. Le logiciel qui traite les images a pu mal aligner les images.

     Déduction :

        Quoi qu'il en soit, on peut en déduire que Jupiter est le centre d'un système qui fonctionne tel que le système solaire : il orchestre un système jovien. Jupiter possède des satellites naturels qui évoluent en orbites elliptiques sur presque un même plan. Le système solaire possède des planètes qui évoluent sur des orbites qui ne sont que légèrement inclinées par rapport au plan de l'écliptique. 

        La photo ratée est donc intéressante car elle met en évidence des lunes de Jupiter qui tournent sur des orbites se situant presque sur un même plan : les lunes sont repérables car elles sont alignées sur un même plan avec Jupiter.. La photo ratée met en évidence trois lunes de Jupiter.

     Glossaire 

Écliptique :  Plan dans lequel s'effectue l'orbite de la Terre autour du Soleil.

Orbite elliptique : Orbite décrivant une ellipse, c’est-à-dire d’excentricité comprise entre 0 et 1.

Orbite : Trajectoire immatérielle décrite par un satellite (artificiel ou naturel) autour d’un astre. Elle correspond à l’ensemble des positions successives qu’il occupe dans l’espace.

Lune : Satellite naturel d'une planète. C'est à la fois un nom commun et un nom propre car la lune naturelle de la planète Terre se nomme la Lune. 

Planète : Corps céleste non lumineux par lui-même et gravitant autour du Soleil ou par extension, autour d’une autre étoile.

Étoile : Astre émettant sa propre lumière. Une planète ne fait que renvoyer la lumière reçue. Le Soleil est notre étoile, l'étoile centrale du Système solaire.

Satellite : Objet naturel ou artificiel animé d'un mouvement quasi périodique autour d'un corps de masse prépondérante, ce mouvement étant principalement déterminé par le champ de gravité de ce dernier.

Système solaire : Ensemble constitué par le Soleil et les astres qui gravitent autour de lui : planètes, satellites naturels, comètes, astéroïdes.

     On peut relier les trois lunes par une droite passant vers le centre de Jupiter. On voit trois lunes qui orbitent presque dans un même plan , le plan équatorial de Jupiter. 

1. Et si maintenant nous faisons le bon réglage, avec une photo non ratée, que voit-on ?
2.  

1. Avec un bon agrandissement, nous avons repéré quatre lunes de Jupiter ! Le logiciel Stellarium nous a aidé à nommer et repérer les satellites naturels : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Io et Callisto sont proches de Jupiter et aussi l'une de l'autre, c'est pourquoi avec un agrandissement pas assez fort, Callisto ne se démarquait pas de Jupiter. Parfois, le satellite passe derrière Jupiter qui le cache et n'est pas visible à l'observation. D'autres fois, la lune passe devant ou très près de Jupiter et se confond donc avec la planète. 
2. Mais pourquoi les lunes orbitent-elles sur un même plan avec Jupiter ?
3. Concernant le système solaire, celui-ci s'est formé à partir d'un énorme nuage de gaz et de poussières autour du Soleil. Le nuage s'est aplati en un disque en rotation autour du Soleil, comme pour une pâte à pizza. Les planètes se sont formées dans ce disque en gardant le même plan orbital et gravitent toutes dans le même sens autour du Soleil.
4. Gravitation : Phénomène physique d’attraction des corps matériels les uns par les autres. La gravitation et la force qu’elle génère constituent le moteur des satellites artificiels et des sondes spatiales.
5. Graviter : Se mouvoir selon les lois de la gravitation, en décrivant une trajectoire ou une orbite autour d'un centre d'attraction (comme une planète autour du Soleil). Synonyme : orbiter.
6. Révolution : mouvement de l’astre pour parcourir l’orbite.
7. Quand Jupiter était en formation dans le grand disque du système solaire, Jupiter a formé autour d'elle un autre disque jovien : le disque circumjovien qui va former le système jovien. Dans cet autre disque autour de Jupiter, se sont formées ses lunes joviennes. Les lunes et les planètes situées dans le système solaire sont constituées de la même matière ou viennent de la même origine. Les lunes de Jupiter gravitent aussi dans le même sens.

Interprétation

     Nous avons pu repérer au télescope, quatre satellites naturels de Jupiter : Io, Europe, Callisto, Ganymède.

     Pour confirmer, nous aurions pu observer Jupiter et les astres que l'on a déduits être des lunes, sur une certaine période, au même endroit, une fois par jour sur deux semaines. Io fait le tour de Jupiter en un jour et demi, Europe gravite en trois jours, Ganymède a une période de révolution d'une semaine et Callisto revient au même point en un peu plus de deux semaines. 

     Nous aurions vu les lunes bouger et se déplacer sur la même droite qui représente le plan orbital vu par la tranche, le plan équatorial de Jupiter, dans un sens puis dans l'autre. Observer les astres sur plusieurs jours aurait confirmé que ce sont des lunes qui gravitent autour de Jupiter.

INFORMATIONS SUR LES LUNES DE JUPITER

     Les quatre lunes observables à la lunette astronomiques sont de la taille d'une planète. Elles sont nommées d’après l’astronome italien Galilée, qui les a découvertes en 1610. Ces 4 principaux satellites de Jupiter sont :

CONCLUSION

     Seules Mercure et Vénus, les deux planètes les plus proches du Soleil, n'ont pas de satellites naturels. Jupiter possède 95 lunes connues à ce jour dont Io, Europe, Ganymède et Callisto qui sont de la taille d'une planète, que l'on peut photographier et qui sont observables avec des lunettes astronomiques. Mais Jupiter forme aussi un véritable système planétaire jovien qui abrite encore plus de 95 lunes, le second plus grand nombre de lunes après Saturne.

     Toutes les planètes ne se ressemblent pas, certaines lunes pourraient même peut-être abriter des conditions favorables à la vie. C’est grâce à la sonde américaine Galileo qui a étudié Jupiter et ses lunes jusqu'en 2003, qu’a été détectée la présence d’eau liquide sous la surface d’Europe mais aussi le champ magnétique de Ganymède. 

     En 2031, la sonde européenne JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) lancée par l'Agence Spatiale Européenne en 2023, doit rejoindre l'orbite de Jupiter pour observer la géante gazeuse et ses lunes. Les scientifiques cherchent à savoir si la vie pourrait se développer dans les océans des lunes de Jupiter. Que découvrira-t-on encore sur les lunes ?

     Si tu souhaites en savoir plus sur les astres de l'univers et les observer, viens participer au club Astro du lycée ! Tu peux aussi choisir un projet astro en option SL de seconde.