Ganymède (Jupiter III)

Ganymède est un corps totalement différencié avec un noyau liquide riche en fer et un océan sous la glace de surface qui pourrait contenir plus d'eau que tous les océans de la Terre réunis. Les deux grands types de terrains de sa surface couvrent pour environ un tiers des régions sombres, criblées de cratères d'impacts et âgées de quatre milliards d'années et, pour les deux tiers restants, des régions plus claires, recoupées par des rainures larges et à peine plus jeunes. La cause de cette perturbation géologique n'est pas bien connue, mais est probablement le résultat d'une activité tectonique provoquée par un réchauffement par effet de marée.

C'est le seul satellite du Système solaire connu pour posséder une magnétosphère, probablement créée par convection à l'intérieur du cœur ferreux liquide. Sa faible magnétosphère est comprise à l'intérieur du champ magnétique beaucoup plus important de Jupiter et connectée à lui par des lignes de champ ouvertes. Le satellite a une fine atmosphère qui contient de l'oxygène atomique (O), du dioxygène (O₂) et peut-être de l'ozone (O₃) ; de l'hydrogène atomique est également présent en faible proportion. On ignore encore si le satellite possède une ionosphère associée à son atmosphère ou non.

Bien que Ganymède puisse être vu à l'œil nu dans le ciel nocturne, il est considéré comme formant, avec Io, la première paire d'objets à avoir été tant détectés que résolus à l'aide d'un instrument d'optique. Leur découverte est en effet attribuée à Galilée, qui les observa séparément pour la première fois le 7 janvier 1610 à Padoue avec une lunette astronomique de sa fabrication. Le nom du satellite galiléen fut ensuite suggéré par l'astronome Simon Marius, d'après le Ganymède mythologique. Pioneer 10 est la première sonde à l'examiner de près. Les sondes Voyager ont affiné les mesures de sa taille, tandis que la sonde Galileo a découvert son océan souterrain et son champ magnétique. La prochaine mission programmée pour explorer le système jovien est le Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) de l'Agence spatiale européenne, dont le lancement est prévu en 2022.

Tableau complet des caractéristiques de Ganymède

Ganymède Jupiter III
Vue de Ganymède par la sonde Juno le 8 juin 2021 à une distance de 918 000 km.
Type	Satellite naturel de Jupiter
Caractéristiques orbitales (Époque J2000.0)
Demi-grand axe	1 070 400 km,
Périapside	1 069 008 km
Apoapside	1 071 792 km
Excentricité	0,001 5 à 0,001 3,
Circonférence orbitale	6 725 518,71 km
Période de révolution	7,154 552 9 d,
Vitesse orbitale moyenne	10,879 3 km/s
Inclinaison	0,21° (par rapport au plan équatorial de Jupiter) 0,117° (par rapport au plan de Laplace de Jupiter)
Caractéristiques physiques
Diamètre	5 262,4 km (diamètre moyen),
Masse	1,481 9 x 1023 kg,
Superficie	86 999 665,93 km2
Volume	76 304 506 998 km3
Masse volumique moyenne	1,940 à 1,942 × 103 kg/m3
Gravité à la surface	1,428 m/s2
Vitesse de libération	2,742 km/s
Période de rotation	7,154 553 d, (synchrone)
Magnitude apparente	4,61 ± 0,03 (à l'opposition)
Albédo moyen	0,44
Température de surface	minimale : 70 K moyenne : 110 K maximale : 152 K
Caractéristiques de l'atmosphère
Composition	Traces d'oxygène
Découverte
Découvreur	Galilée,
Méthode	observation à la lunette astronomique
Date de la découverte	7 janvier 1610,
Lieu de la découverte	Padoue
Désignation(s)
Nommé d'après	Ganymède
Nommé par	Simon Marius
Désignation(s) provisoire(s)	Jupiter III

Atmosphère et ionosphère

En 1972, une équipe d'astronomes indiens, britanniques et américains travaillant à Java et à Kavalur affirma avoir détecté une atmosphère fine autour du satellite durant une occultation, durant laquelle Jupiter et lui passèrent devant une étoile. Elle estima une pression à la surface d'environ 0,1 Pa. Cependant, Voyager 1 observa en 1979 l'occultation de l'étoile κ Centauri lors de son survol de la planète et fournit des résultats différents. Les mesures d'occultation ont été conduites dans le spectre ultraviolet (dans des longueurs d'onde inférieures à 200 nm) ; elles étaient bien plus sensibles à la présence de gaz que les mesures de 1972 dans le spectre visible. Aucune atmosphère ne fut révélée par les données de Voyager. La limite haute de la densité numérique des particules de surface fut établie à 1,5 × 10⁹ cm⁻³, ce qui correspond à une pression de surface de moins de 2,5 µPa. Cette dernière valeur est plus basse de presque cinq ordres de grandeur que l’estimation de 1972.

Malgré les données de Voyager, des preuves de l'existence d'une atmosphère d'oxygène ténue sur Ganymède, une exosphère très similaire à celle trouvée sur Europe, furent trouvées par le télescope spatial Hubble en 1995^,. Il observa en fait la lumière du ciel nocturne de l'oxygène atomique (O) dans l'ultraviolet lointain au longueurs d'onde 130,4 nm et 135,6 nm. Une telle luminescence est excitée lorsque de l'oxygène moléculaire est dissocié par des impacts d'électrons, preuve de l’existence d'une atmosphère significative composée majoritairement de molécules de dioxygène (O₂). La densité numérique de surface se situe probablement entre 1,2 × 10⁸ cm⁻³ et 7 × 10⁸ cm⁻³, ce qui correspond à une pression de surface entre 0,2 µPa et 1,2 µPa^,. Ces valeurs sont en accord avec la valeur maximale établie par Voyager en 1981. L'oxygène n'est pas une preuve de l'existence de la vie ; les chercheurs supposent qu'elle est produite lorsque la glace d'eau à la surface de Ganymède est séparée en hydrogène et en oxygène par radiation, avec l’hydrogène perdu dans l'espace bien plus rapidement du fait de sa masse atomique faible. La luminescence observée sur Ganymède n'est pas aussi spatialement homogène que celle d'Europe. Le télescope spatial Hubble observa deux points brillants situés dans les hémisphères Nord et Sud vers environ 50° de latitude, exactement là où se trouve la limite entre les lignes ouvertes et fermées du champ magnétique ganymédien (cf. infra). Les points brillants sont probablement des aurores polaires créées par la précipitation de plasma le long des lignes de champ ouvertes.

L'existence d'une atmosphère neutre implique celle d'une ionosphère, car les molécules d'oxygène sont ionisées par les impacts d'électrons énergétiques provenant de la magnétosphère et le rayonnement ultraviolet extrême. Cependant, la nature de l'ionosphère ganymédienne est aussi controversée que la nature de son atmosphère. En effet, certaines mesures de Galileo retrouvèrent une densité d'électrons élevée à proximité de Ganymède, suggérant ainsi une ionosphère, tandis que d'autres ne réussirent pas à détecter quoi que ce soit. La densité d'électrons près de la surface est estimée par différentes sources entre 400 cm⁻³ et 2 500 cm⁻³. En 2008, les paramètres de l'ionosphère de Ganymède ne sont pas encore bien limités.

Une autre preuve de l’existence d'une atmosphère d’oxygène provient des détections spectrales des gaz piégés dans la glace à la surface de Ganymède. La détection des bandes spectrales de l’ozone (O₃) fut annoncée en 1996. En 1997, une analyse spectroscopique révéla les caractéristiques d'absorption de dimères d'oxygène moléculaire (ou molécule diatomique). Ce genre d'absorption ne peut se produire que si l'oxygène est dans une phase dense. Le meilleur candidat est de l'oxygène moléculaire piégé dans la glace. La profondeur des bandes d’absorption de dimères dépend de la latitude et de la longitude et non de l'albédo de surface ; elles tendent à s'amenuiser avec l'augmentation de la latitude sur Ganymède, tandis que celles de l'O₃ montrent une tendance opposée. Une expérience de laboratoire a trouvé que l'O₂ ne produit pas de groupements ou de bulles, mais plutôt une dissolution dans la glace à la température relativement chaude de la surface de Ganymède, à 100 K (−173 °C).

Une recherche de sodium dans l'atmosphère en 1997 à la suite de sa découverte sur Europe ne donna rien. Le sodium est au moins 13 fois moins abondant autour de Ganymède que d'Europe, peut-être à cause d'un manque relatif à sa surface ou parce que sa magnétosphère repousse les particules énergétiques. L'atome d'hydrogène est un autre composant mineur de l'atmosphère ganymédienne. Des atomes d'hydrogène furent observés jusqu'à 3 000 km de la surface de Ganymède. Leur densité à la surface est d'environ 1,5 × 10⁴ cm⁻³.

Anneaux

En 1999, un disque de débris en forme d'anneau a été mis en évidence par le détecteur de poussières Heidelberg embarqué à bord de Galileo, tout comme pour Europe et Callisto.

Sa découverte a été annoncée le 2 juin 1999 par un communiqué de presse de l'Institut Max-Planck de physique nucléaire et de la NASA^,.

Exploration

Missions passées

Quelques sondes survolant ou orbitant Jupiter ont exploré Ganymède de plus près, y compris quatre survols dans les années 1970 et plusieurs passages dans les années 1990 et 2000.

Pioneer 10 s’est approchée en premier en 1973 et Pioneer 11 en 1974. Ces sondes ont renvoyé des informations sur le satellite, avec une détermination plus précise des caractéristiques physiques et une résolution de 400 km des éléments de la surface. La distance la plus proche entre Pioneer 10 et Ganymède a été de 446,250 km.

Voyager 1 et Voyager 2 ont été les suivantes, passant à côté de Ganymède en 1979. Elles ont précisé sa taille et révélé qu’elle est supérieure à celle de Titan, une lune de Saturne que l’on croyait auparavant être plus grosse. Le terrain rainuré a aussi été aperçu.

En 1995, la sonde Galileo s'est placée en orbite autour de Jupiter, puis a effectué six survols d’exploration rapprochés de Ganymède entre 1996 et 2000. Ces survols sont G1, G2, G7, G8, G28 et G29. Lors de son survol le plus proche, G2, Galileo passa à seulement 264 km de la surface de Ganymède. On a découvert le champ magnétique ganymédien durant le survol G1 de 1996 tandis que la découverte de l’océan a été annoncée en 2001^,. Galileo a transmis un grand nombre d’images spectrales et découvert quelques-uns des composés non glacés de la surface de Ganymède. La sonde qui a exploré le plus récemment Ganymède de près était New Horizons, qui passa à proximité en 2007 sur son chemin pour Pluton. New Horizons réalisa les cartes de la topographie et de la composition de Ganymède alors qu'il passait à grande vitesse^,.

Projets de missions en cours

L'Europa Jupiter System Mission (EJSM) était un projet de mission commun entre la NASA et l'ESA pour explorer de nombreuses lunes de Jupiter, dont Ganymède. Une date de lancement avait été proposée pour 2020. En février 2009, les agences annoncèrent que la priorité a été donnée à cette mission face à la Titan Saturn System Mission. L'EJSM était composée du Jupiter Europa Orbiter de la NASA, du Jupiter Ganymede Orbiter de l'ESA, et éventuellement du Jupiter Magnetospheric Orbiter de Agence d'exploration aérospatiale japonaise. La contribution de l’ESA a été confrontée à une compétition financière d'autres projets de cette agence, mais le 2 mai 2012, la partie Européenne de la mission, renommée Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), a reçu un créneau de lancement L1 avec une Ariane 5 pour 2022 dans le programme scientifique Cosmic Vision de l'ESA. La sonde orbitera autour de Ganymède et conduira plusieurs études de Callisto et d'Europe par survols.

Un orbiteur autour de Ganymède basé sur la sonde Juno a été proposé en 2010 pour la Planetary Science Decadal Survey. Les instruments probables comprenaient une caméra à résolution moyenne, un magnétomètre à grille de flux, un spectromètre à imageries visible et proche-infrarouge, un altimètre laser, des paquets de plasma à faible et à haute énergies, un spectromètre de masse ionique et neutre, un spectromètre à imagerie ultraviolette, un capteur d'ondes radio et plasma, une caméra à angle étroit, et un radar de sous-surface.

L’Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie a évoqué la mission Laplace-P, avec un accent mis sur l’astrobiologie. Cet atterrisseur pour Ganymède serait une mission partenaire de JUICE^,. Si le projet est sélectionné, le lancement aurait lieu en 2024, encore que son calendrier pourrait être révisé et aligné sur celui de JUICE. Fin 2013, le gouvernement russe a alloué 50 millions de roubles à la mission Laplace-P, ancien nom du projet, pour une proposition technique en 2015. Une vidéo promotionnelle de Roscosmos postée en 2016 suggère quant à elle un lancement pour la décennie suivante, si la Russie arrive à surmonter les difficultés techniques et financières pesant sur la mission^,.

Projets de missions annulés

Une autre proposition pour orbiter autour de Ganymède était le Jupiter Icy Moons Orbiter. Il était conçu pour utiliser la fission nucléaire afin de fournir de l’électricité à la sonde, un moteur ionique pour la propulsion, et aurait étudié Ganymède de façon plus détaillée qu’auparavant. Cependant, la mission a été annulée en 2005 en raison de coupes budgétaires. Une autre ancienne proposition était « The Grandeur of Ganymede » (en français, « la Grandeur de Ganymède »).

Implantation humaine

Dans la fiction

Ganymède a fait l'objet d'une colonisation (voire d'une terraformation) dans plusieurs œuvres notoires de science-fiction (SF). C'est ainsi le cas dans :

• Farmer in the Sky de Robert A. Heinlein, un roman publié en 1953, et d'autres de ses œuvres telles que The Rolling Stones (1952), Double Étoile (1956), Le Ravin des ténèbres (1970) et Variable Star ;
• le reste la littérature de SF du même demi-siècle, avec le roman court The Snows of Ganymede par Poul Anderson de 1954, le roman 2061 : Odyssée trois d'Arthur C. Clarke de 1987 et les deux nouvelles d'Isaac Asimov Not Final! (1941) et Victory ‘Unintentional’ de 1942 ;
• La série de romans et la série télévisée The Expanse (2017) ;
• la série animée Cowboy Bebop, où Ganymède est aussi la lune où sont péchés les rats marins.

Projets de colonisation

La possibilité de s'établir sur Ganymède, voire de le terraformer, a été étudiée à plusieurs reprises. Ainsi, la Lifeboat Foundation publia en 2012 une étude sur la colonisation des lunes de Jupiter en tant que colonies potentielles alternatives à celle de Mars^,. En septembre 2016, Space X révéla le projet Interplanetary Transport System, dont le rôle a été étendu au transport d'êtres humains vers des destination lointaines du Système solaire dont Europe et les autres lunes joviennes^,,.

L'intérêt de ce satellite naturel s'explique par plusieurs avantages potentiels. En effet, avec sa gravité proche de celle de la Lune, les effets de la dégénérescence musculo-squelettique seraient limités et les fusées dépenseraient peu de carburant en décollant. Sa petite magnétosphère protégerait mieux les colons que sur d'autres astres. Quant à la glace d'eau présente en grande quantité dans le sous-sol, elle permettrait de générer pour les colons de l'oxygène pour respirer, de l'eau potable et du carburant à fusée. L'océan sous-glacial permettrait de faire d'importants progrès scientifiques en montant de nombreuses missions d'explorations^,.

Mais la colonisation de Ganymède devrait aussi surmonter de nombreuses difficultés. Ainsi, concernant la santé des colons, la petite magnétosphère du satellite est dominée par celle plus puissante de Jupiter, les exposant à des taux de radiation élevés, tandis que la faible gravité cause une dégénérescence des muscles et de la densité des os. Enfin, la longueur du voyage et les coûts financiers associés au manque d'infrastructure et à l'éloignement de la Terre sont des risques supplémentaires à prendre en compte^,.

Source: Wikipedia (vendredi 26 novembre 2021)

Drapeau

Comme il n'existe pas de drapeau officiel pour Ganymède, j'ai utilisé un fond noir pour symboliser l'espace, dans le coin supérieur droit le soleil su système solaire, avec en dessous un cercle dont l'intérieur est noir pour symboliser un type satellite (rouge pour une planète, gris foncé pour un corps céleste, noir pour un satellite, bleu pour une étoile), puis encore en dessous le symbole de Jupiter dont il est un des satellites. Ensuite, en grand le nom du satellite.