Lune Galiléenne

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Lune Galiléenne

Lune galiléenne

Les quatre lunes galil√©ennes de Jupiter, dans un montage permettant de comparer leur taille et celle de la plan√®te. De haut en bas : Io, Europe, Ganym√®de et Callisto.

Les lunes galil√©ennes sont les quatre satellites naturels de Jupiter d√©couverts par Galil√©e : Io, Europe, Ganym√®de et Callisto. Ce sont, de loin, les plus grands satellites de Jupiter.

Sommaire

Caractéristiques

Dimensions

Les quatre lunes galil√©ennes sont les plus grands satellites du syst√®me jovien : la 5e plus grande lune du syst√®me, Amalth√©e, ne fait que 250 km dans sa plus grande dimension, l√† o√Ļ Europe, la plus petite des lunes galil√©ennes, mesure environ 3 100 km de diam√®tre. Ce sont donc les seuls satellites de Jupiter qui pr√©sentent un aspect sph√©rique et non irr√©gulier.

À titre de comparaison, Ganymède, le plus grand de tous les satellites naturels connus, est nettement plus grand que Mercure et mesure près des trois-quarts du diamètre de Mars. Dans tout le système solaire, seuls Titan et la Lune ont des dimensions comparables aux lunes galiléennes.

Le tableau ci-dessous regroupe les caract√©ristiques physiques principales des lunes galil√©ennes, class√©es par taille d√©croissante :

Lune Diamètre moyen[1]
(km)
Masse[1]
(kg)
Masse volumique[1]
(g/cm³)
Ganym√®de 5 262,4 ¬Ī 3,4 1,48√ó1023 1,942 ¬Ī 0,005
Callisto 4 820,6 ¬Ī 3,0 1,08√ó1023 1,834 ¬Ī 0,004
Io 3 643,2 ¬Ī 1,0 8,93√ó1022 3,528 ¬Ī 0,006
Europe 3 121,6 ¬Ī 1,0 4,8√ó1022 3,013 ¬Ī 0,005

Structure interne

Les donn√©es collect√©es par les sondes Voyager et Galileo, sur la densit√© des lunes galil√©ennes et la nature de leur cro√Ľte, ont permis d'√©laborer des mod√®les pour l'int√©rieur de chacune d'elles.

Io, Europe et Ganymède possèderaient une structure différenciée, avec un noyau de roches denses (éventuellement métallique dans le cas de Ganymède). Callisto, en revanche, possèderait un intérieur largement indifférencié constitué principalement de glace d'eau et de roches, avec éventuellement un petit noyau.

Orbite

Animation de la résonance de Laplace 4:2:1 entre Ganymède, Europe et Io.

Les lunes galil√©ennes sont plac√©es sur des orbites faiblement excentriques (moins de 0,009) et peu inclin√©es par rapport √† l'√©quateur de Jupiter (moins de 0,74¬į). Io, la plus proche, est situ√©e √† 421 800 km de Jupiter, soit un peu moins de 6 fois le rayon de la plan√®te. Callisto, la plus √©loign√©e, poss√®de un demi-grand axe √©gal √† 1 882 700 km, soit 26 rayons joviens.

Les orbites d'Io, Europe et Ganym√®de, les trois lunes les plus internes, pr√©sentent un type de r√©sonance orbitale particulier, dite r√©sonance de Laplace : leurs p√©riodes orbitales sont dans un rapport 1:2:4, c'est √† dire que Europe met deux fois plus de temps qu'Io √† parcourir son orbite et Ganym√®de quatre fois. Leurs phases orbitales sont √©galement li√©es et emp√™chent une triple conjonction de se produire.

Callisto, plus éloignée, n'est probablement pas en résonance avec les autres lunes[2].

Le tableau ci-dessous r√©capitule les √©l√©ments orbitaux des lunes galil√©ennes :

Lune Demi-grand axe[3]
(km)
Période orbitale[3]
(d)
Excentricité[3] Inclinaison[3]
(¬į)
Io 421 800 1,77 0,004 0,02 √† 0,04
Europa 671 100 3,55 0,009 0,42 √† 0,51
Ganym√®de 1 070 400 7,16 0,002 0,06 √† 0,30
Callisto 1 882 700 16,69 0,007 0,15 √† 0,74

Détails

Io

Io, photographiée par la sonde Galileo.
Article d√©taill√© : Io (lune).

Des quatre lunes galiléennes, Io est la plus proche de Jupiter et la deuxième plus petite. Io, la 4e plus grande lune du système solaire mais celle qui possède la plus grande masse volumique, en est également le corps le plus actif géologiquement et celui qui possède les plus grandes éruptions volcaniques.

La surface d'Io semble très récente et est presque totalement dépourvue de cratères. Elle possède de nombreux volcans (la sonde Voyager 1 en détecta neuf pendant son survol de Jupiter) et une mince atmosphère composée principalement de dioxyde de soufre. Elle pourrait également posséder son propre champ magnétique.

L'√©nergie n√©cessaire √† cette activit√© g√©ologique proviendrait des forces de mar√©e d'Europe, Ganym√®de et Jupiter. Io poss√®de une rotation synchrone, pr√©sentant toujours la m√™me face √† Jupiter ; cependant, les trois lunes galil√©ennes internes √©tant en r√©sonance orbitale, la pr√©sence d'Europe et de Ganym√®de la fait vaciller l√©g√®rement. Cette interaction d√©forme la surface de Io qui se soul√®ve et s'abaisse jusqu'√† 100 m√®tres et les frottements produisent de la chaleur.

Europe

Europe, photographié par la sonde Galileo.
Article d√©taill√© : Europe (lune).

Europe est la seconde lune galil√©enne par la distance avec Jupiter, et la plus petite des quatre. Elle poss√®derait une cro√Ľte de glace surmontant une couche d'eau liquide atteignant 100 km de profondeur, elle m√™me entourant le manteau du satellite. Europe est l'objet le plus lisse du syst√®me solaire ; sa surface r√©cente est stri√©e de crevasses, mais de peu de crat√®res.

De façon similaire à Io, les forces de marée provoqueraient un échauffement d'Europe et assurerait la persistance de son océan interne et de son activité géologique.

Europe possède une atmosphère d'oxygène ténue.

Ganymède

Ganymède, photographié par la sonde Galileo.
Article d√©taill√© : Ganym√®de (lune).

Ganym√®de, la troisi√®me lune galil√©enne par la distance avec Jupiter, est le plus grand satellite du syst√®me solaire, et le plus massif. Elle serait compos√©e de silicates et de glace d'eau, avec une cro√Ľte de glace flottant sur un manteau de glace plus chaud. Elle poss√®derait √©galement un noyau m√©tallique. Ganym√®de poss√®de un champ magn√©tique, la seule lune du syst√®me solaire o√Ļ une telle caract√©ristique a √©t√© d√©termin√©e avec certitude.

La surface de Ganym√®de est un m√©lange de deux types de terrains : des r√©gions sombres tr√®s crat√©ris√©es et d'autres plus jeunes ‚ÄĒ mais toujours anciennes ‚ÄĒ pr√©sentant des crevasses et des falaises. Ganym√®de poss√®de beaucoup de crat√®res, mais la plupart sont effac√©s, ou tout juste visibles sous la cro√Ľte glac√©e du satellite.

Ganymède est entourée d'une petite atmosphère d'oxygène.

Callisto

Callisto, photographié par la sonde Galileo.
Article d√©taill√© : Callisto (lune).

Callisto est la plus lointaine des lunes galiléennes et la deuxième par la taille. Elle est également la moins dense de toutes.

Callisto poss√®de une caract√©ristique surfacique majeure, un bassin de 3 000 km de large nomm√© Valhalla, qui date probablement de la formation de la cro√Ľte du satellite. La surface de la lune repose sur une couche de glace de 150 km de profondeur, et une couche d'eau, √©paisse de 10 km.

Callisto possède une petite atmosphère de dioxyde de carbone.

Observation

Les lunes galliléennes vues avec un télescope amateur.

Les quatre lunes galil√©ennes seraient suffisamment brillantes pour pouvoir √™tre per√ßues √† l'Ňďil nu si elles √©taient plus √©loign√©es de Jupiter. Lorsque Jupiter est en opposition, leur magnitude apparente est comprise entre 4,6 et 5,6, une unit√© de magnitude de moins lorsque Jupiter est en conjonction.

La principale difficulté pour les observer tient au fait qu'elles sont situées très près de Jupiter et donc noyées dans sa luminosité. Leur séparation angulaire maximale de Jupiter est comprise entre 2 et 10 minutes d'arc, proche de la limite de la vision humaine.

En revanche les lunes sont visibles avec une paire de jumelles de faible grossissement.

Lune Magnitude apparente
à l'opposition[1]
Albédo[1] Séparation maximale
à l'opposition[3]
Io 5,02 ¬Ī 0,03 0,63 ¬Ī 0,02 2' 27"
Europa 5,29 ¬Ī 0,02 0,67 ¬Ī 0,03 3' 54"
Ganym√®de 4,61 ¬Ī 0,03 0,43 ¬Ī 0,02 6' 13"
Callisto 5,65 ¬Ī 0,10 0,17 ¬Ī 0,02 10' 56"

Historique

Découverte

Galileo Galilei, brouillon d'une lettre √† Leonardo Donato, Doge de Venise. La partie inf√©rieure de la feuille montre l'utilisation que fit Galil√©e de sa lunette : alors qu'il regardait le ciel en janvier 1610, il nota ses premi√®res observations de Jupiter et de trois de ses lunes.

L'astronome italien Galil√©e d√©couvrit les lunes, qui devaient porter par la suite son nom, en janvier 1610, √† l'aide d'une lunette astronomique[4]. Le 7 janvier 1610, il √©crivit une lettre portant la premi√®re mention de ces objets. √Ä ce moment, il n'en avait observ√© que trois et pensait qu'il s'agissait d'√©toiles fixes pr√®s de Jupiter. Sur des observations ult√©rieures, entre le 8 janvier et le 2 mars, il d√©couvrit un 4e objet et se rendit compte que les corps n'√©taient pas fixes, mais tournaient autour de Jupiter[4]. Ce furent les premiers objets c√©lestes d√©couverts au moyen d'un instrument optique autre que l'Ňďil nu.

Galileo Galilei, le découvreur des quatre lunes galiléennes.

La d√©couverte de Galil√©e prouva l'importance de la lunette en tant qu'instrument astronomique. Qui plus est, la d√©couverte d'objets c√©lestes orbitant autour d'un autre astre que la Terre se r√©v√©la un coup important port√© au mod√®le g√©ocentrique, selon lequel la Terre √©tait situ√© au centre de l'Univers, √† la fois en termes de position et d'importance. Si l'ouvrage de Galil√©e, Sidereus Nuncius (¬ę le Messager stellaire ¬Ľ), dans lequel il publia ses d√©couvertes r√©alis√©es avec sa lunette, ne fait pas mention du mod√®le h√©liocentrique d√©velopp√© par Nicolas Copernic, Galil√©e en √©tait un partisan[4].

Galilée développa également une méthode permettant de déterminer la longitude sur la base d'éphémérides des lunes galiléennes.

L'ant√©riorit√© de leur d√©couverte fut contest√©e en 1614, soit quatre ans apr√®s, par l'astronome allemand Simon Marius dans un ouvrage intitul√© Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici (Le monde jovien d√©couvert en 1609 gr√Ęce au t√©lescope belge)[5], dans lequel il pr√©tendait avoir observ√© les quatre satellites de Jupiter d√®s novembre 1609[6] o√Ļ il pr√©tendait les avoir lui aussi observ√©es √† la m√™me date, et m√™me avant ; il les nomma d'ailleurs Io, Europe, Ganym√®de et Callisto. Cependant, Marius n'ayant pas publi√© ses observations avant 1614, il n'est pas cr√©dit√© de cette d√©couverte. Par ailleurs, la plus ancienne observation de Jupiter consign√©e par Marius date de d√©cembre 1610 et les exemples qu'il donne dans son ouvrage datent de 1613.

Selon l'historien de l'astronomie chinois Xi Zezong, l'astronome chinois Gan De aurait observ√© l'une des lunes galil√©ennes en -362, pr√®s de deux mill√©naires avant Galil√©e[7]. Les lunes galil√©ennes peuvent en effet √™tre distingu√©es √† l'Ňďil nu, lors de leur s√©paration maximale et dans des conditions d'observation exceptionnelles.

Noms

Les quatre corps c√©lestes furent d'abord nomm√©s par Galil√©e ¬ę Cosmica Sidera ¬Ľ, en l'honneur de Cosimo II de Medicis (1590-1621), grand-duc de Toscane √† partir de 1609, et dont Galil√©e cherchait le patronage. Galil√©e les appellera les Medicea Sidera (¬ę √©toiles M√©dic√©es ¬Ľ), en l'honneur des quatre fr√®res de la maison M√©dicis (Cosimo, Francesco, Carlo et Lorenzo). La d√©couverte fut annonc√©e dans le Sidereus Nuncius (¬ę Messager stellaire ¬Ľ), publi√© √† Venise en mars 1610, moins de deux mois apr√®s les premi√®res observations[4].

Parmi les autres noms propos√©s, on retrouve Principharus, Victipharus, Cosmipharus et Ferdinandipharus, en l'honneur des quatre fr√®res M√©dicis, noms que Hodierna, disciple de Galil√©e et auteur des premi√®res √©ph√©m√©rides (Medicaeorum Ephemerides, 1656), utilisera. H√©v√©lius les appelle Circulatores Jovis ou Jovis Comites, et Ozanam Gardes ou Satellites (du latin satelles, satellitis : ¬ę escorte ¬Ľ).

Ce seront les noms propos√©s par Simon Marius qui s'imposeront : Io, Europe, Ganym√®de et Callisto, publi√©s dans le Mundus Jovialis de l'auteur en 1614[5].

Galil√©e refusa d'utiliser les noms propos√©s par Marius et inventa par cons√©quent le syst√®me de num√©rotation qui est encore utilis√© de nos jours, en parall√®le avec les noms propres. La num√©rotation commence par la lune la plus proche de Jupiter : I pour Io, II pour Europe, III pour Ganym√®de et IV pour Callisto. Galil√©e utilisait ce syst√®me dans ses cahiers de notes, mais il n'eut pas l'occasion de l'utiliser dans une version imprim√©e.

Voir aussi

Liens internes

Liens externes

Références

  1. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ, c‚ÄČ, d‚ÄČ et e‚ÄČ Planetary Satellite Physical Parameters, Jet Propulsion Laboratory. Consult√© le 4 d√©cembre 2007
  2. ‚ÜĎ (en) Musotto, Susanna; Varadi, Ferenc; Moore, William; Schubert, Gerald, ¬ę Numerical Simulations of the Orbits of the Galilean Satellites ¬Ľ, dans Icarus, vol. 159, no 2, 10/2002, p. 500‚Äď504 [r√©sum√© lien DOI] 
  3. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ, c‚ÄČ, d‚ÄČ et e‚ÄČ Guide for the satellites of Jupiter, Natural Satellites Data Center. Consult√© le 29 novembre 2007
  4. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ, c‚ÄČ et d‚ÄČ Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, 13 mars 1610 
  5. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Simon Marius, Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici, 1614 
  6. ‚ÜĎ Simon Marius, The Galileo Project. Consult√© le 21 novembre 2007
  7. ‚ÜĎ (en) Xi, Z. Z., ¬ę The Discovery of Jupiter's Satellite Made by Gan De 2000 years Before Galileo ¬Ľ, dans Acta Astrophysica Sinica, vol. 1:2, 1981, p. 87 [r√©sum√©] 


Groupes de satellites naturels de Jupiter
Satellites internes ¬∑ Lunes galil√©ennes ¬∑ Th√©misto ¬∑ Groupe d'Himalia ¬∑ Carpo ¬∑ S/2003 J 12 ¬∑ Groupe d'Anank√© ¬∑ Groupe de Carm√© ¬∑ Groupe de Pasipha√© ¬∑ S/2003 J 2
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