Lunes galiléennes

Les quatre lunes galiléennes de Jupiter, dans une image composite comparant leurs tailles et la taille de Jupiter (Grande Tache rouge visible). Du haut, ce sont Io, Europa, Ganymède, Callisto.

Les lunes galiléennes sont les quatre lunes de Jupiter découvertes par Galileo Galilei. Elles sont les plus grandes des nombreuses lunes de Jupiter et ont été nommées Io, Europa, Ganymède et Callisto. Ganymède, Europa et Io participent à une résonance orbitale 1:2:4. Ils sont parmi les objets les plus massifs du Système solaire en dehors du Soleil et des huit planètes, avec des rayons plus grands que ceux des planètes naines.

Les quatre lunes ont été découvertes entre 1609 et 1610, lorsque Galilée a apporté des améliorations à son télescope, lui permettant d’observer les corps célestes plus distinctement que jamais auparavant. La découverte de Galilée a montré l’importance du télescope comme outil pour les astronomes en prouvant qu’il y avait des objets dans l’espace qui ne pouvaient pas être vus à l’œil nu. Plus important encore, la découverte de corps célestes en orbite autour d’autre chose que la Terre a porté un coup sérieux au modèle géocentrique (ou système mondial ptolémaïque) alors accepté, selon lequel chaque corps céleste était censé orbiter autour de la Terre.

Galilée a d’abord nommé sa découverte la Cosmica Sidera (« étoiles de Cosme »), mais les noms qui l’ont finalement emporté ont été choisis par Simon Marius. Marius prétend avoir découvert les lunes en même temps que Galilée, et leur donne leurs noms actuels dans son Mundus Jovialis, publié en 1614.

Faits saillants historiques

Découverte

Galileo Galilei, découvreur des quatre lunes galiléennes.

Grâce aux améliorations apportées par Galileo Galilei au télescope, avec une capacité de grossissement de 30 ×, il a pu voir les corps célestes plus distinctement que jamais auparavant. Cela a permis à Galilée de découvrir entre décembre 1609 et janvier 1610 ce qui est devenu connu sous le nom de lunes galiléennes. Néanmoins, un historien chinois de l’astronomie, Xi Zezong, a affirmé que l’astronome chinois Gan De a observé l’une des lunes de Jupiter en 362 avant notre ère, près de 2 millénaires plus tôt que Galilée.

Le 7 janvier 1610, Galilée écrit une lettre contenant la première mention des lunes de Jupiter. À l’époque, il n’en a vu que trois, et il les croyait être des étoiles fixes près de Jupiter. Il a continué à observer ces orbes célestes du 8 janvier au 2 mars 1610. Dans ces observations, il a découvert un quatrième corps et a également observé que les quatre n’étaient pas des étoiles fixes, mais plutôt en orbite autour de Jupiter.

La découverte de Galilée a prouvé l’importance du télescope comme outil pour les astronomes en montrant qu’il y avait dans l’espace des objets à découvrir qui jusque-là étaient restés invisibles à l’œil nu. Plus important encore, la découverte incontestable de corps célestes en orbite autour d’autre chose que la Terre a porté un coup sérieux au système mondial ptolémaïque alors accepté, qui soutenait que la Terre était au centre de l’univers et que tous les autres corps célestes tournaient autour d’elle. Le fait que Jupiter ait quatre lunes alors que la Terre n’en a qu’une réduit encore la croyance quasi universelle selon laquelle la Terre était le centre de l’univers à la fois en position et en importance. Le Sidereus Nuncius (Messager étoilé) de Galilée, qui annonçait des observations célestes à travers son télescope, ne mentionne pas explicitement l’héliocentrisme copernicien, une théorie qui plaçait le Soleil au centre de l’univers. Néanmoins, Galilée croyait à la théorie copernicienne. À la suite de ces découvertes, Galilée a pu développer une méthode de détermination de la longitude basée sur la synchronisation des orbites des lunes galiléennes.

Dédicace aux Médicis

Caractéristiques de surface des quatre membres.

En 1605, Galilée avait été employé comme professeur de mathématiques pour Cosme II de Médicis (1590-1621). En 1609, Cosme devient Grand-duc Cosme II de Toscane. Galilée, cherchant le patronage de son ancien étudiant désormais riche et de sa puissante famille, a utilisé la découverte des lunes de Jupiter pour l’obtenir. Le 13 février 1610, Galilée écrit au secrétaire du Grand-Duc:

Dieu m’a honoré de pouvoir, par un signe si singulier, révéler à mon Seigneur ma dévotion et le désir que j’ai que son nom glorieux vive à égalité parmi les étoiles, et comme c’est à moi, premier découvreur, de nommer ces nouvelles planètes, je souhaite, à l’imitation des grands sages qui ont placé parmi les étoiles les plus excellents héros de cette époque, les inscrire du nom du Grand-Duc le Plus Serein.

Galilée demanda s’il devait nommer les lunes les Cosmica Sidera (« étoiles de Cosme ») d’après Cosme seul, ou Medicea Sidera (« les Étoiles de Médicis »), ce qui honorerait les quatre frères (Cosme, Francesco, Carlo et Lorenzo) du clan des Médicis. Le secrétaire a répondu que ce dernier nom serait le meilleur.

Le 12 mars 1610, Galilée écrit sa lettre dédicatoire au duc de Toscane, et lui en envoie une copie le lendemain, espérant obtenir son soutien au plus vite. Le 19 mars, il envoya au Grand-Duc le télescope qu’il avait utilisé pour observer pour la première fois les lunes de Jupiter, ainsi qu’une copie officielle de Sidereus Nuncius (Le Messager étoilé) qui, suivant les conseils du secrétaire, nomma les quatre lunes Medicea Sidera. Dans son introduction dédicatoire, Galilée a écrit:

que les grâces immortelles de votre âme commencent à briller sur la terre alors que des étoiles brillantes s’offrent dans les cieux qui, comme des langues, parleront et célébreront vos plus excellentes vertus pour tous les temps. Voici donc quatre étoiles réservées à votre illustre nom which qui make font leurs voyages et orbitent à une vitesse merveilleuse autour de l’étoile de Jupiter like comme des enfants d’une même famille Indeed En effet, il semble que le Créateur des Étoiles lui-même, par des arguments clairs, m’ait exhorté à appeler ces nouvelles planètes du nom illustre de Votre Altesse avant toutes les autres.

Nommer les lunes

Galilée a reçu plusieurs suggestions de noms pour les lunes. Ils comprenaient:

• Principharus, Victipharus, Cosmipharus et Ferdinandipharus, pour chacun des quatre frères Médicis – par Giovanni Batista Hodierna, disciple de Galilée et auteur des premières éphémérides (Medicaeorum Ephemerides, 1656);
• Circulatores Jovis, ou Comités Jovis – par Johannes Hevelius;
• Gardes, ou Satellites (du latin satelles, satellitis, signifiant « escortes ») – par Jacques Ozanam.

Les noms qui ont finalement prévalu ont été choisis par Simon Marius, qui a prétendu avoir découvert les lunes en même temps que Galilée. Il les a nommés d’après les amants du dieu Zeus (l’équivalent grec de Jupiter): Io, Europa, Ganymède et Callisto, dans son Mundus Jovialis, publié en 1614.

Galilée refusa catégoriquement d’utiliser les noms de Marius et inventa en conséquence le schéma de numérotation qui est encore utilisé de nos jours, en parallèle avec les noms propres de la lune. Les nombres vont de Jupiter vers l’extérieur: I, II, III et IV correspondant respectivement à Io, Europa, Ganymède et Callisto. Bien que Galilée ait utilisé ce système dans ses cahiers, il ne l’a jamais publié. Les noms numérotés (Jupiter x) ont été utilisés jusqu’au milieu du XXe siècle, lorsque d’autres lunes intérieures ont été découvertes et que les noms de Marius sont devenus largement utilisés.

Quelques détails sur les lunes galiléennes

Les lunes galiléennes sont, par ordre croissant de distance de Jupiter:

Nom	Image	Diamètre (km)	Masse (kg)	Densité (g/ cm3)	Demi-grand axe (km)	Période orbitale (d) (relative)	Inclinaison (°)	Excentricité
Io (Jupiter I)		3660.0×3637.4×3630.6	8.93×1022	3.528	421,800	1.769 (1)	0.050	0.0041
Europe (Jupiter II)		3121.6	4.8×1022	3.014	671,100	3.551 (2)	0.471	0.0094
Ganymède (Jupiter III)		5262.4	1.48×1023	1.942	1,070,400	7.155 (4)	0.204	0.0011
Callisto (Jupiter IV)		4820.6	1.08×1023	1.834	1,882,700	16.69 (9.4)	0.205	0.0074

E/S

Les trois lunes galiléennes internes tournent dans une résonance 4:2:1.

Io est la plus intérieure des quatre lunes galiléennes de Jupiter et, avec un diamètre de 3 642 kilomètres, la quatrième plus grande lune du Système solaire. Il a été nommé d’après Io, une prêtresse d’Héra qui est devenue l’un des amants de Zeus. Néanmoins, il était simplement appelé « Jupiter I », ou « Le premier satellite de Jupiter », jusqu’au milieu du XXe siècle.

Avec plus de 400 volcans actifs, Io est l’objet géologiquement le plus actif du système solaire. Sa surface est parsemée de plus de 100 montagnes dont certaines sont plus hautes que le mont Everest de la Terre. Contrairement à la plupart des satellites du système solaire externe (qui ont une épaisse couche de glace), Io est principalement composée de roches silicatées entourant un noyau de fer fondu ou de sulfure de fer.

Bien qu’elles ne soient pas prouvées, les données récentes de l’orbiteur Galileo indiquent qu’Io pourrait avoir son propre champ magnétique. Io a une atmosphère extrêmement mince composée principalement de dioxyde de soufre (SO2). Si un navire de collecte ou de collecte de données de surface devait atterrir sur Io à l’avenir, il devrait être extrêmement difficile (similaire aux corps ressemblant à des chars des atterrisseurs soviétiques Venera) pour survivre au rayonnement et aux champs magnétiques provenant de Jupiter.

Europe

Les masses relatives des lunes galiléennes. Io et Callisto représentent ensemble 50%, tout comme Europa et Ganymède. Les Galiléens dominent tellement le système que toutes les autres lunes joviennes réunies ne sont pas visibles à cette échelle.

Europe, la deuxième des quatre lunes galiléennes, est la deuxième plus proche de Jupiter et la plus petite avec 3121,6 kilomètres de diamètre, ce qui est légèrement plus petit que la Lune terrestre. Le nom, Europa était d’après une noble phénicienne mythique, Europa, qui a été courtisée par Zeus et est devenue la reine de Crète, mais n’est devenue largement utilisée qu’au milieu du XXe siècle.

C’est l’un des objets les plus lisses du système solaire, avec une couche d’eau entourant le manteau de la planète, estimée à 100 kilomètres d’épaisseur. La surface lisse comprend une couche de glace, tandis que le fond de la glace est théorisé comme étant de l’eau liquide. La jeunesse apparente et la douceur de la surface ont conduit à l’hypothèse qu’un océan d’eau existe en dessous, qui pourrait éventuellement servir de demeure à la vie extraterrestre. L’énergie thermique provenant de la flexion des marées garantit que l’océan reste liquide et stimule l’activité géologique. La vie peut exister dans l’océan sous glace d’Europe, peut-être subsistant dans un environnement similaire aux sources hydrothermales océaniques profondes de la Terre ou au lac antarctique Vostok. La vie dans un tel océan pourrait être similaire à la vie microbienne sur Terre dans l’océan profond. Jusqu’à présent, il n’y a aucune preuve que la vie existe sur Europa, mais la présence probable d’eau liquide a incité les appels à y envoyer une sonde.

Les marques proéminentes qui sillonnent la lune semblent être principalement des caractéristiques d’albédo, qui soulignent une topographie basse. Il y a peu de cratères sur Europe car sa surface est tectoniquement active et jeune. Certaines théories suggèrent que la gravité de Jupiter est à l’origine de ces marques, car un côté d’Europe fait constamment face à Jupiter. En outre, des éruptions d’eau volcanique divisant la surface d’Europe, et même des geysers ont été considérés comme une cause. La couleur des marques, brun rougeâtre, est théorisée comme étant causée par le soufre, mais les scientifiques ne peuvent pas le confirmer, car aucun dispositif de collecte de données n’a été envoyé à Europa. Europa est principalement faite de roche silicatée et a probablement un noyau de fer. Il a une atmosphère ténue composée principalement d’oxygène.

Ganymède

Ganymède, le troisième galiléen est nommé Ganymède mythologique, porte-gobelet des dieux grecs et bien-aimé de Zeus. Ganymède est le plus grand satellite naturel du système solaire avec 5262,4 kilomètres de diamètre, ce qui le rend plus grand que la planète Mercure – bien qu’il ne représente qu’environ la moitié de sa masse. C’est le seul satellite du Système solaire connu pour posséder une magnétosphère, probablement créée par convection dans le noyau de fer liquide.

Ganymède est composée principalement de roches silicatées et de glace d’eau, et un océan d’eau salée existerait à près de 200 km sous la surface de Ganymède, pris en sandwich entre des couches de glace. Le noyau métallique de Ganymède suggère une chaleur plus élevée à un moment donné de son passé que ce qui avait été proposé précédemment. La surface est un mélange de deux types de terrain — des régions sombres très cratérisées et des régions plus jeunes, mais toujours anciennes, avec un large éventail de rainures et de crêtes. Ganymède a un grand nombre de cratères, mais beaucoup ont disparu ou sont à peine visibles en raison de la formation de sa croûte glacée sur eux. Le satellite a une atmosphère d’oxygène mince qui comprend O, O2, et peut-être O3 (ozone), et un peu d’hydrogène atomique.

Callisto

Callisto est la quatrième et dernière lune galiléenne, et est la deuxième plus grande des quatre, et avec 4820,6 kilomètres de diamètre, c’est la troisième plus grande lune du Système solaire. Il ne fait pas partie de la résonance orbitale qui affecte trois satellites galiléens internes et ne subit donc pas de chauffage de marée appréciable. Callisto est composé de quantités à peu près égales de roches et de glaces, ce qui en fait la moins dense des lunes galiléennes. C’est l’un des satellites les plus fortement cratérisés du système solaire, et une caractéristique majeure est un bassin d’environ 3000 km de large appelé Valhalla.

Callisto est entourée d’une atmosphère extrêmement mince composée de dioxyde de carbone et probablement d’oxygène moléculaire. L’enquête a révélé que Callisto pourrait avoir un océan souterrain d’eau liquide à des profondeurs supérieures à 100 kilomètres. La présence probable d’un océan dans Callisto indique qu’il peut ou pourrait abriter de la vie. Cependant, cela est moins probable que sur Europa à proximité. Callisto a longtemps été considéré comme l’endroit le plus approprié pour une base humaine pour l’exploration future du système de Jupiter.

Visibilité

Les lunes galiléennes vues avec un télescope amateur.

Les quatre lunes galiléennes sont suffisamment brillantes pour qu’elles puissent, si elles étaient plus éloignées de Jupiter, être aperçues de la Terre sans télescope. Elles ont des magnitudes apparentes comprises entre 4,6 et 5,6 lorsque Jupiter est en opposition avec le Soleil, et sont plus faibles d’environ une unité de magnitude lorsque Jupiter est en conjonction. La principale difficulté pour observer les lunes depuis la Terre est leur proximité avec Jupiter car elles sont obscurcies par sa luminosité. Les séparations angulaires maximales des lunes se situent entre 2 et 10 minutes d’arc de Jupiter, près de la limite de l’acuité visuelle humaine. Ganymède et Callisto, à leur séparation maximale, sont les cibles les plus susceptibles d’être observées à l’œil nu. La façon la plus simple de les observer est de couvrir Jupiter avec un objet, par exemple, un membre à trois branches ou une ligne électrique perpendiculaire au plan des orbites des lunes.

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Voir aussi objets astronomiques, la liste des objets du Système solaire, classés par rayon ou masse, et le Portail du Système solaire

Voir aussi

• Copernic
• Galileo Galilei
• Jupiter
• Satellite naturel
• Ptolémée
• Système solaire
• Télescope

Notes

Références Les liens ISBN soutiennent le NWE par le biais de frais de référence

• Galilei, Galileo, Albert Van Helden (trans.). 1989. Sidereus Nuncius. Il s’agit de la première édition de la série. Numéro ISBN 9780226279039.
• Leutwyler, Kristin et John R. Casani. 2003. Les Lunes de Jupiter. New York, NY : W.W. Norton. Numéro ISBN 0393050602.
• Schenk, P.M., C.R. Chapman, K. Zahnle et J.M. Moore.  » Chapitre 18 : Âges et intérieurs : les cratères des Satellites Galiléens. » Dans Bagenal, Fran, Timothy E. Dowling, William B. McKinnon (dir.), 2004. Jupiter : La Planète, les Satellites et la Magnétosphère. New York, NY : Cambridge University Press. Numéro ISBN 9780521818087.

Tous les liens récupérés le 18 mai 2017.

• Animation de l’observation de Galilée, mars 1613.