Juno est une mission spatiale de la NASA qui a pour objectif l'étude de la planète Jupiter. La structure de cette planète géante gazeuse et son mode de formation restent, au lancement de la mission, largement inconnus malgré plusieurs missions spatiales et les observations astronomiques faites depuis la Terre. La sonde spatiale, lancée en 2011, doit collecter sur place des données sur les couches internes de Jupiter, la composition de son atmosphère et les caractéristiques de sa magnétosphère. Ces éléments doivent permettre de reconstituer la manière dont Jupiter s'est formée et de corriger ou d'affiner le scénario de formation des planètes du Système solaire dans lequel Jupiter a, du fait de sa masse importante, joué un rôle majeur.

La sonde spatiale Juno est lancée par une fusée le . Deux ans après son lancement, Juno effectue un survol à basse altitude de la Terre qui, par assistance gravitationnelle, lui fournit le surcroît de vitesse nécessaire pour atteindre Jupiter. La phase scientifique de la mission débute après la mise en orbite autour de Jupiter le . Juno commence ses observations, depuis une orbite polaire très elliptique d'une période de cinquante-trois jours qui fait passer la sonde à très basse altitude au-dessus de la planète de pôle en pôle, en évitant en grande partie la ceinture de radiations très intense, susceptible de l'endommager. La phase scientifique de la mission initiale comprend trente-six survols de la planète et est planifiée sur vingt mois. Un problème rencontré au niveau de la propulsion principale en ne permet pas de faire passer la sonde spatiale sur l'orbite courte de quatorze jours visée. Pour réaliser le nombre souhaité de survols, la mission est prolongée jusqu'en 2021. En , la NASA décide de prolonger la mission jusqu'en .

Juno emporte huit instruments scientifiques dont deux spectromètres, un radiomètre, un magnétomètre et un ensemble d'instruments destinés à l'étude des pôles de Jupiter. Juno est la première sonde spatiale à destination d'une planète externe qui utilise des panneaux solaires au lieu de générateurs thermoélectriques à radioisotope. La sonde spatiale est la deuxième mission du programme New Frontiers qui regroupe des missions d'exploration du Système solaire nécessitant un budget moyen. Au sein de la NASA, la gestion de la mission est assurée par le Jet Propulsion Laboratory tandis que le volet scientifique est pris en charge par le Southwest Research Institute. La sonde spatiale est fabriquée par Lockheed Martin. Le coût total est de de dollars.

Contexte vignette|Jupiter photographiée par la sonde Cassini.|alt=Jupiter photographiée par la sonde Cassini. Jupiter

Jupiter est la plus grosse des planètes du Système solaire, avec une masse qui représente deux fois et demie celle de l'ensemble des autres planètes, et un diamètre qui est plus de onze fois celui de la Terre (environ ). Elle fait partie des planètes externes du Système solaire, comme Saturne, Uranus et Neptune, et est également une planète gazeuse géante. Jupiter est composée essentiellement d'hydrogène et d'héliumLa densité de Jupiter est de 1,33 contre 5,52 pour la Terre., comme le Soleil, avec sans doute un noyau central rocheux d'une masse équivalente à dix fois celle de la Terre. La planète tourne sur elle-même en un peu moins de . Située à du Soleil, elle boucle son orbite autour du Soleil en terrestres. Jupiter dégage plus de chaleur qu'elle n'en reçoit du Soleil. Celle-ci est générée par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz : le refroidissement de la planète entraîne une lente contraction de celle-ci, qui génère en retour un échauffement localisé dans son cœur. Cette chaleur est transportée par convection jusqu'à la surface de la planète, et est sans doute responsable des mouvements complexes et violents agitant l'atmosphère de Jupiter. Celle-ci, d'une épaisseur de , serait formée de trois couches : jusqu'à de profondeur, des nuages de glace d'ammoniac, vers , des nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium et à partir de de profondeur, des nuages d'eau et de glace. À une profondeur plus importante, l'hydrogène, soumis à une pression énorme, se transforme en hydrogène métallique qui conduit l'électricité comme un métal. Les mouvements au sein de ce liquide métallique sont sans doute à l'origine du champ magnétique intense de la planète, onze fois supérieur à celui de la Terre, et qui piège les électrons et les ions, créant une ceinture de radiations particulièrement puissante. La magnétosphère de Jupiter, c'est-à-dire la zone de l'espace placée sous l'influence de ce champ magnétique, s'étend jusqu'à de kilomètres dans la direction du Soleil, et jusqu'à de kilomètres dans la direction opposée. Le système jovien comprend 67 satellites naturels. Les quatre principaux, Io, Europe, Ganymède et Callisto, figurent parmi les plus gros satellites naturels du Système solaire, et présentent des caractéristiques remarquables : activité volcanique intense dans le cas de Io, présence supposée d'océans composés d'eau liquide en dessous de la surface pour les autres. Jupiter, du fait de sa masse, a joué un rôle très important dans le processus de formation des autres planètes du Système solaire, et donc de la Terre, en agissant notamment sur leurs orbites et en contribuant à nettoyer progressivement le Système solaire des corps célestes mineurs susceptibles de les percuter...

L'exploration spatiale de Jupiter de 1973 à 2016

vignette|Galileo était la seule sonde spatiale à s'être placée en orbite autour de Jupiter avant Juno.|alt=Vue d'artiste de Galileo, seule sonde spatiale à s'être placée en orbite autour de Jupiter avant Juno.

L'exploration spatiale de Jupiter débute tardivement, car l'envoi d'une sonde spatiale vers cette planète, située à cinq unités astronomiques du Soleil, nécessite le recours à une fusée puissanteUne unité astronomique représente la distance entre la Terre et le Soleil. La vitesse à laquelle une sonde spatiale doit être lancée croît avec la distance de la planète visée par rapport au Soleil : il faut que la sonde s'extraie du puits gravitationnel du Soleil et sa vitesse doit être suffisante pour que le temps de transit entre la Terre et la planète visée ne soit pas trop long. : il faut en effet accélérer un vaisseau à une vitesse de au départ de la Terre pour que celui-ci atteigne la planète, même si le recours à l'assistance gravitationnelle peut permettre de réduire cette vitesse d'injection. Aussi, l'exploration des planètes extérieures, dont fait partie Jupiter, ne débute qu'en 1973, alors que les planètes intérieuresToutefois la planète intérieure Mercure n'a reçu la visite que d'une seule sonde au . Étant la planète la plus proche du Soleil, elle est profondément enfoncée dans le puits gravitationnel du Soleil. Une sonde lancée vers Mercure doit consommer beaucoup de carburant pour réduire suffisamment sa vitesse. ont déjà reçu à l'époque la visite de plusieurs dizaines de sondes spatiales. Plusieurs engins spatiaux vont survoler Jupiter par la suite, mais seule Galileo effectuera un séjour prolongé, après s'être mise en orbite autour de la planète.

La première sonde à approcher Jupiter est , qui passe à une distance de de la planète le , et découvre sa ceinture de radiations.. survole à son tour Jupiter en 1974. Malgré leur instrumentation très simple, les deux sondes révèlent la complexité de l'atmosphère de Jupiter, fournissent des images d'une très grande qualité ainsi que les premières données sur la magnétosphère de la planète. Les sondes et 2, dotées d'une instrumentation scientifique beaucoup plus importante, effectuent leur survol de la planète en 1979. Elles découvrent les anneaux ténus qui entourent Jupiter, plusieurs lunes nouvelles, ainsi que l'activité volcanique à la surface de Io.. Ulysses en 1992 étudie la magnétosphère de Jupiter.. La sonde Galileo est le seul engin à avoir gravité autour de Jupiter. Elle atteint Jupiter en , et entame alors une mission d'exploration d'une durée de . Malgré une antenne parabolique grand gain défectueuse affectant fortement la quantité de données pouvant être transmise, Galileo parvient à transmettre des informations sur l'ensemble du système jovien. Au début de sa mission scientifique, Galileo lâche une petite sonde atmosphérique qui pénètre l'atmosphère de Jupiter et fournit la composition élémentaire des couches supérieures de celle-ci, avant d'être écrasée par la pression. Les données recueillies remettent en cause une partie des théories admises sur le processus de formation des planètes du Système solaire.. En , la sonde Cassini, en route pour Saturne, survole Jupiter : elle prend des images à haute résolution de la planète et, en coordination avec la sonde Galileo, étudie sa magnétosphère très étendue, ainsi que ses interactions avec le vent solaire. L'intensité de la ceinture de radiations est mesurée avec plus de précision et se révèle beaucoup plus élevée que prévu. Ces informations sont utilisées pour dimensionner les protections de la sonde Juno. .. Avant Juno, la sonde est la dernière à survoler Jupiter, le .. La sonde observe des éclairs aux pôles, la création de nuages d'ammoniac, et étudie la circulation des particules chargées dans la queue magnétique de la planète..

Un scénario de formation mal défini vignette|Schéma 1 : hypothèses et interrogations en 2011 sur la structure interne de Jupiter.|alt=Structure interne de Jupiter.

La sonde atmosphérique lancée par Galileo dans l'atmosphère de Jupiter a relevé des proportions d'éléments chimiques qui remettent en question les hypothèses sur la formation de la planète, et en conséquence les théories établies sur les origines et l'évolution du Système solaire. :

Jupiter semble pauvre en eau alors que selon les théories en vigueur, celle-ci est considérée comme un médium indispensable pour l'incorporation des éléments lourds lors de la formation des planètes du Système solaire externe dont fait partie Jupiter. Or ces éléments abondent sur Jupiter. La réponse qui sera apportée à cette question aura des répercussions sur le scénario de formation des planètes aux caractéristiques proches de celles de la Terre ; deux scénarios s'affrontent sur la manière dont la planète Jupiter s'est formée. Selon le premier scénario, la planète s'est formée en deux temps — accrétion de matériaux situés dans son voisinage jusqu'à former un noyau solide représentant une dizaine de masses terrestres, puis effondrement gravitationnel de la masse de gaz et de poussière entourant la planète ; le second scénario repose sur le seul effondrement gravitationnel d'un nuage de poussières et de gaz, mais nécessite la présence d'une nébuleuse originelle de plus grande taille que celle retenue dans les scénarios de formation du Système solaire. La confirmation de la présence d'un noyau solide au cœur de Jupiter et la détermination de sa composition pourraient permettre de trancher.

Objectifs

Juno a pour objectif principal de résoudre ce dilemme, en collectant des données permettant de reconstituer l'histoire de la formation de Jupiter et son évolution. Compte tenu du rôle central de la planète géante dans la formation du Système solaire, les informations recueillies doivent permettre d'affiner les théories dans ce domaine et, plus généralement, de mieux comprendre l'origine des systèmes planétaires découverts autour d'autres étoiles. À la date de lancement de la sonde, Jupiter reste une planète mal connue, malgré les données recueillies via les observations effectuées depuis la Terre par les astronomes, et bien que plusieurs sondes spatiales aient précédé Juno (). Juno, placée sur une orbite elliptique autour de Jupiter, doit permettre d'effectuer des observations permettant de préciser les points suivants : son mode de formation ; la proportion d'eau et d'oxygène présente ; sa structure interne ; la manière dont les différentes strates de la planète se déplacent les unes par rapport aux autres ;