Pourquoi les planètes joviennes tournent-elles aussi vite sur elles-mêmes ?

Plusieurs effets semblent jouer de concert.

• Considérons une planète légère et une massive. Dans le disque protoplanétaire, le gaz et les poussières sont capturés gravitationellement par la proto-planète. Plus celle-ci est lourde, plus la taille de la zone de capture est grande. La vitesse du gaz du disque autour du soleil dépend de la distance au soleil, selon une fonction décroissante et concave du rayon. Donc, plus la zone s'étend, plus la planète accrête du gaz avec un moment cinétique élevé. Cela se traduit par une accélération angulaire de la planète.
• Prenons une boule homogène en rotation uniforme, isolée de toutes intéractions. Les atomes et molécules «lourds» descendent vers le centre, alors que les «légers» migrent vers la surface - le poids (lié à la masse) n'étant pas exactement égal à la poussée d'Archimède (liée au volume). Le moment d'inertie (qui caractérise la répartition de la masse) diminue: comme le moment cinétique (la «quantité de rotation») est constant, la vitesse angulaire ne peut que croître. Pour les planètes gazeuses, le contraste de densité entre la périphérie et le centre est très élevé, pour les planètes solides, il est plus faible.

Pour les planètes gazeuses, c'est la pression thermique du gaz qui maintient l'équilibre. Le rayonnement (surtout infrarouge) se traduit par une baisse de température qui conduit à une contraction de la planète ainsi qu'à une accélération angulaire. Pour les planètes solides, la masse volumique, à pression donnée, ne dépend que très peu de la température: contraction et accélération insignifiantes.

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Cette réponse a été préparée par Raoul.Behrend@obs.unige.ch