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.

Lancé 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 Vénus et de la Terre. L'insertion en orbite autour de Jupiter (Jupiter Orbit Insertion : JOI) sera le début d'une phase d'étude du système jovien (la planète Jupiter, sa magnétosphère et deux satellites galiléens : Europe et Callisto) qui durera 2,5 ans. Suivra une phase de 8 mois en orbite autour de Ganymède, où des phases en orbites elliptiques et circulaires d'observations scientifiques sont programmées afin de répondre à tous les objectifs de la mission.

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'émergence de la vie ?
• Comment fonctionne le Système solaire ?

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'étude de Ganymède (et à une moindre échelle de Callisto) sont :

• Caractérisation d’un océan potentiel et détection de possibles réservoirs d'eau dans la croûte
• Cartographie, géologie, topographie et composition de la surface
• Etude des propriétés physiques des croûtes glacées
• Caractérisation de la distribution de masse interne, de la dynamique et de l'évolution des couches internes,
• Etude de l'exosphère
• Etude des champs magnétiques intrinsèque (Ganymède uniquement) et induit et de leurs interactions avec la magnétosphère jovienne

Étude d’Europe 

Pour Europe, JUICE va effectuer uniquement deux survols au-dessus de régions à fort intérêt pour l'exobiologie, la chimie, et la géologie. Sur ces zones, JUICE va :

• Déterminer la composition des matériaux qui ne sont pas de l'eau glacée
• Fournir les premiers sondages de la subsurface pour chercher des réservoirs d'eau liquide et déterminer l'épaisseur minimale de la croûte de glace au-dessus des régions récemment actives
• Voir si les mouvements tectoniques à la surface sont encore actifs
• Explorer de possibles sites d'atterrissage pour les futures missions

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.

Déroulé du projet

Résumé des principales phases de la mission :

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

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, Universités), la maîtrise d'ouvrage de la contribution française à JUICE. À ce titre, le CNES :

• Finance les contributions des laboratoires français
• Supervise les développements des contributions françaises
• Fournit un support si nécessaire aux laboratoires pour l'assurance qualité, la mécanique, la thermique l'expertise en composants...
• Gère l'interface avec l'ESA pour les aspects techniques programmatiques
• Finance les activités scientifiques françaises

Contributions des laboratoires de recherche français aux instruments

• IAS (Institut d'astrophysique Spatiale) : Instruments JANUS et MAJIS
• IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul d'Ephémérides) : Instruments GALA, 3GM, et PRIDE
• IPAG (Institut de Planétologie 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 Planétologie) : 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 Météorologie Dynamique) : Instruments MAJIS
• LPC2E (Laboratoire de Physique et de Chimie de l'Environnement et de l'Espace) : Instrument RPWI
• LPG (Laboratoire de Planétologie et Géosciences) : Instruments JANUS, MAJIS, GALA, J-MAG, et 3GM
• LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas) : Instrument RPWI-SCM
• OCA (Observatoire de la Côte d'Azur) : Instrument 3GM