JUICE en détails

Contexte

Jupiter est l'archétype des planètes géantes du Système solaire et de nombreuses géantes gazeuses observées autour d'autres étoiles que le Soleil. L'étude des divers satellites galiléens - dont trois pourraient posséder un océan interne - est, de plus, essentielle pour comprendre l'habitabilité des mondes glacés.

LancĂ© mi-avril 2023 par un lanceur Ariane 5, la mission JUpiter ICy moons Explorer (JUICE), arrivera vers Jupiter en juillet 2031, après de multiples assistances gravitationnelles de VĂ©nus et de la Terre. L'insertion en orbite autour de Jupiter (Jupiter Orbit Insertion : JOI) sera le dĂ©but d'une phase d'Ă©tude du système jovien (la planète Jupiter, sa magnĂ©tosphère et deux satellites galilĂ©ens : Europe et Callisto) qui durera 2,5 ans. Suivra une phase de 8 mois en orbite autour de Ganymède, oĂą des phases en orbites elliptiques et circulaires d'observations scientifiques sont programmĂ©es afin de rĂ©pondre Ă  tous les objectifs de la mission.

Illustration des trois missions contemporaines et complémentaires autour de Jupiter
Les trois missions contemporaines et complémentaires autour de Jupiter : Juno (NASA) centrée sur l’étude de Jupiter, Europa Clipper (NASA) centrée sur l’étude d’Europe et JUICE (ESA) centrée sur l’étude de Ganymède © ESA

Objectifs

  • DĂ©terminer l'habitabilitĂ© des mondes glacĂ©s

  • Affiner l'histoire du Système Solaire

  • Mieux connaĂ®tre Jupiter

  • CaractĂ©riser les ocĂ©ans sous-glaciaires

La mission JUICE étudiera de façon détaillée Jupiter et son système dans toutes ses interactions et complexités, en mettant particulièrement l'accent sur Ganymède en tant que lune glacée possédant un océan sous une croûte de glace potentiellement habitable et pourvue d’un champ magnétique intrinsèque. Les observations d'Europe et Callisto complèteront l’étude des lunes galiléennes.

Mieux connaître le système jovien et son histoire, depuis son origine jusqu'à l'émergence possible d'environnements propices à la vie, nous donnera une meilleure idée de la façon dont les planètes géantes et leurs satellites se forment et évoluent. Un éclairage nouveau pourra aussi être apporté sur les possibilités d'apparition de la vie dans les systèmes planétaires extrasolaires similaires à Jupiter.

La mission JUICE abordera ainsi deux thèmes du programme Cosmic Vision de l'ESA :

  • Quelles sont les conditions pour la formation de planètes et l'Ă©mergence de la vie ?
  • Comment fonctionne le Système solaire ?
Illustration des cinq grandes questions auxquelles la mission JUICE cherchera des réponses
Cinq grandes questions auxquelles la mission JUICE cherchera des réponses © ESA
Principaux sujets d'étude de Jupiter et de son environnement par la mission JUICE
Principaux sujets d'étude de Jupiter et de son environnement par la mission JUICE © ESA

Étude de Ganymède 

Ganymède est le plus gros satellite naturel du Système solaire et la seule lune connue à posséder un champ magnétique intrinsèque, plongé lui-même dans la magnétosphère jovienne. Il possède aussi un champ magnétique induit qui a permis d'en déduire la présence d'un océan souterrain liquide et salé.

L'objectif de JUICE est de caractériser les conditions ayant pu amener à l'émergence d'environnements habitables parmi les satellites joviens glacés, en mettant l'accent sur les trois lunes comportant un océan, Ganymède, Europe et Callisto. Ganymède est une cible privilégiée en tant que laboratoire naturel représentatif des mondes glacés, de leur évolution et potentiel d'habitabilité, mais aussi pour son rôle au sein du système des satellites galiléens et ses interactions magnétiques et plasma très particulières avec l'environnement jovien.

Les principaux objectifs scientifiques pour l'Ă©tude de Ganymède (et Ă  une moindre Ă©chelle de Callisto) sont :

  • CaractĂ©risation d’un ocĂ©an potentiel et dĂ©tection de possibles rĂ©servoirs d'eau dans la croĂ»te
  • Cartographie, gĂ©ologie, topographie et composition de la surface
  • Etude des propriĂ©tĂ©s physiques des croĂ»tes glacĂ©es
  • CaractĂ©risation de la distribution de masse interne, de la dynamique et de l'Ă©volution des couches internes,
  • Etude de l'exosphère
  • Etude des champs magnĂ©tiques intrinsèque (Ganymède uniquement) et induit et de leurs interactions avec la magnĂ©tosphère jovienne


Étude d’Europe 

Pour Europe, JUICE va effectuer uniquement deux survols au-dessus de rĂ©gions Ă  fort intĂ©rĂŞt pour l'exobiologie, la chimie, et la gĂ©ologie. Sur ces zones, JUICE va :

  • DĂ©terminer la composition des matĂ©riaux qui ne sont pas de l'eau glacĂ©e
  • Fournir les premiers sondages de la subsurface pour chercher des rĂ©servoirs d'eau liquide et dĂ©terminer l'Ă©paisseur minimale de la croĂ»te de glace au-dessus des rĂ©gions rĂ©cemment actives
  • Voir si les mouvements tectoniques Ă  la surface sont encore actifs
  • Explorer de possibles sites d'atterrissage pour les futures missions
Illustration du résumé programme d'étude des trois satellites galiléens Europe, Callisto et Ganymède
Résumé du programme d'étude des trois satellites galiléens Europe, Callisto et Ganymède (objectif principal de la mission) © ESA

Étude du système de Jupiter 

La mission se concentrera aussi sur la caractérisation de la diversité des processus dans le système de Jupiter pouvant être nécessaire à la présence d'un environnement stable autour de Ganymède, Europe et Callisto à l'échelle des temps géologiques.

Les études de l'atmosphère jovienne concerneront essentiellement sa structure, sa dynamique et sa composition. La circulation, la météorologie, la chimie et la structure de Jupiter seront étudiées depuis le sommet des nuages jusqu'à la thermosphère. Ces observations se feront sur une durée suffisante et une couverture latitudinale assez large afin d'étudier les systèmes météorologiques en évolution et les mécanismes de transfert d'énergie et de matière entre les différentes couches.

L'étude de la magnétosphère jovienne inclura une étude des propriétés en trois dimensions du magnétodisque, et une observation approfondie des processus de couplage dans la magnétosphère, l'ionosphère et la thermosphère. Les aurores et les émissions radio, ainsi que leurs interactions avec le vent solaire, seront analysées.

Dans le système de satellites de Jupiter, JUICE étudiera aussi les interactions des lunes avec la magnétosphère, le couplage gravitationnel et l'évolution à long terme des marées des satellites galiléens.

Illustration des objectifs scientifiques de JUICE pour l'atmosphère jovienne
Objectifs scientifiques de JUICE pour l'atmosphère jovienne © ESA
Illustration des interactions complexes dans le système jovien feront partie des études faites par JUICE
Les interactions complexes dans le système jovien feront partie des études faites par JUICE © ESA

Déroulé du projet

RĂ©sumĂ© des principales phases de la mission :

  • Lancement le 14 avril 2023
  • Phase de croisière et transfert en orbite jovienne (7,6 ans)
  • Phase Ă©quatoriale Jupiter / Transfert vers Callisto (11 mois)
  • Étude d'Europe (2 survols - 36 jours)
  • Orbite haute latitude de Jupiter et Ă©tude de Callisto (21 survols - 260 jours)
  • Orbite Ă©quatoriale de Jupiter / Transfert vers Ganymède (11 mois)
  • Orbite elliptique autour de Ganymède (30 jours)
  • Orbite circulaire Ă  haute altitude (5000 km) autour de Ganymède (90 jours)
  • Orbite circulaire Ă  moyenne altitude (500 km) autour de Ganymède (102 jours)
  • Orbite circulaire Ă  basse altitude (200 km) autour de Ganymède (30 jours)
  • Fin de la mission nominale après environ 11 annĂ©es
Schéma chronologie de la mission JUICE
Chronologie de la mission JUICE © ESA

Organisation

L'ESA assure la maîtrise d'ouvrage du projet JUICE. L'ESA est responsable du lancement, de la navigation vers Jupiter et de l'injection en orbite autour de Jupiter.

Le CNES participe au financement du projet JUICE à travers sa contribution au programme scientifique obligatoire de l'ESA et directement, à travers le programme national, via la contribution française aux instruments du satellite. Le CNES, représentant la France au Comité des Programmes Scientifiques de l'ESA, est responsable des fournitures françaises.

Le CNES assure, pour tous les participants français (CNRS, UniversitĂ©s), la maĂ®trise d'ouvrage de la contribution française Ă  JUICE. Ă€ ce titre, le CNES :

  • Finance les contributions des laboratoires français
  • Supervise les dĂ©veloppements des contributions françaises
  • Fournit un support si nĂ©cessaire aux laboratoires pour l'assurance qualitĂ©, la mĂ©canique, la thermique l'expertise en composants...
  • Gère l'interface avec l'ESA pour les aspects techniques programmatiques
  • Finance les activitĂ©s scientifiques françaises


Contributions des laboratoires de recherche français aux instruments

  • IAS (Institut d'astrophysique Spatiale) : Instruments JANUS et MAJIS
  • IMCCE (Institut de MĂ©canique CĂ©leste et de Calcul d'EphĂ©mĂ©rides) : Instruments GALA, 3GM, et PRIDE
  • IPAG (Institut de PlanĂ©tologie et d'Astrophysique de Grenoble) : Instruments MAJIS, RIME, PEP et RPWI-JENRAGE
  • IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) : Instrument GALA
  • IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et PlanĂ©tologie) : Instrument PEP et RPWI
  • LAB (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux) : Instrument SWI et MAJIS
  • LAM (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) : Instruments JANUS, SWI et PEP
  • LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) : Instruments UVS, PEP et RPWI
  • LERMA (Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères) : Instrument SWI
  • LIRA (Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique) : Instruments JANUS, MAJIS, SWI et RPWI-JENRAGE.
  • LMD (Laboratoire de MĂ©tĂ©orologie Dynamique) : Instruments MAJIS
  • LPC2E (Laboratoire de Physique et de Chimie de l'Environnement et de l'Espace) : Instrument RPWI
  • LPG (Laboratoire de PlanĂ©tologie et GĂ©osciences) : Instruments JANUS, MAJIS, GALA, J-MAG, et 3GM
  • LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas) : Instrument RPWI-SCM
  • OCA (Observatoire de la CĂ´te d'Azur) : Instrument 3GM