Jupiter : combien ça pèse ?

On chronomètre ses lunes. Plus une lune tourne près et vite, plus l’attraction de la planète doit être forte. La fiche de la NASA place Io à 421 800 km du centre de Jupiter, qu’elle contourne en 1,769 jour (152 854 secondes). La version newtonienne de la troisième loi de Kepler transforme cela en masse : 4π² × (421 800 000 m)³ ÷ (G × 152 854²) donne environ 1,90 × 10²⁷ kg, déjà à une fraction de pour cent près du chiffre officiel.

Les sondes spatiales font bien plus précis. La sonde Juno de la NASA, en orbite autour de Jupiter depuis 2016, échange des signaux radio avec le Deep Space Network. Quand la gravité de Jupiter accélère ou ralentit la sonde, la fréquence du signal se décale légèrement (l’effet Doppler), et ces décalages cartographient en détail la gravité de la planète.

Ce que le suivi mesure réellement, c’est la masse multipliée par la constante gravitationnelle G : la NASA donne 126,687 × 10⁶ km³/s². Le maillon faible, c’est G, connu bien moins précisément que ce produit : la masse de Jupiter en kilogrammes est donc donnée à (1,89813 ± 0,00019) × 10²⁷ kg, soit à environ 1 dix-millième près.

En additionnant les masses données par la NASA pour Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Saturne, Uranus et Neptune, on obtient environ 768,6 × 10²⁴ kg. Jupiter seule fait 1 898 × 10²⁴ kg : elle pèse donc 2,47 fois plus que toutes les autres. Saturne, la suivante, a moins d’un tiers de la masse de Jupiter.

Elle reste petite à côté du Soleil, environ 1 047 fois plus massif. Jupiter est pourtant assez lourde pour que le point autour duquel tous deux tournent se trouve juste au-dessus de la surface du Soleil, à environ 1,07 rayon solaire de son centre. Pour toutes les autres planètes, ce point d’équilibre avec le Soleil se trouve à l’intérieur de l’astre.

Pour sa taille, Jupiter est légère. Elle a 1 321 fois le volume de la Terre mais seulement 318 fois sa masse, car elle est surtout faite d’hydrogène et d’hélium. Sa densité moyenne est de 1 326 kg/m³, environ un tiers de plus que l’eau et environ un quart de celle de la Terre.

Il lui faudrait être environ 75 à 80 fois plus lourde. Selon la NASA, Jupiter a les mêmes ingrédients qu’une étoile, mais n’est pas devenue assez massive pour s’allumer. Pour fusionner de l’hydrogène ordinaire en son cœur, il lui faudrait environ 80 masses joviennes, soit environ 1,5 × 10²⁹ kg, ou 7,6 % de la masse du Soleil.

Entre les deux se trouvent les naines brunes, qui ont selon le Jet Propulsion Laboratory de la NASA entre 13 et 80 fois la masse de Jupiter. Elles sont trop légères pour brûler l’hydrogène comme les étoiles.

Ajouter de la masse ne rendrait pas Jupiter beaucoup plus grande. Son intérieur est déjà si comprimé qu’avec plus d’environ 40 % de masse en plus, elle rapetisserait même, sa gravité la compressant davantage.

Les mesures de gravité de Juno ont montré que Jupiter n’a pas le petit noyau rocheux compact qu’attendaient de nombreux modèles. Ses éléments lourds semblent plutôt mélangés à l’hydrogène et à l’hélium dans un grand noyau « dilué » qui s’étend loin dans la planète. Une étude de 2017 menée par des membres de l’équipe Juno a estimé ces éléments lourds à 7 à 25 masses terrestres, soit environ 2 % à 8 % du total.

Le reste est surtout de l’hydrogène et de l’hélium. Dans l’atmosphère, ils représentent environ 76 % et 24 % de la masse, un mélange proche de celui du Soleil.