Les stratosphères de Saturne et de la Terre : des cousines proches

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Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Des chercheurs de la Nasa et de l’Observatoire de Paris ont montré que la stratosphère de Saturne, au niveau de l’équateur, était le siège d’oscillations de température sur une longue période. Le phénomène est très similaire à celui que l’on connaît sur Terre sous le nom d’oscillation quasi-biennale.

L’ère spatiale a révolutionné notre vision du système solaire en montrant l’incroyable diversité et la surprenante richesse d’activités de ses corps célestes. Les sondes spatiales nous ont révélé les volcans de Io, les geysers d’Encelade, l'océan caché d'Europe et même les « soucoupes volantes » de Saturne. Cependant, derrière cette diversité se cache une grande unité et plusieurs phénomènes connus sur Terre se retrouvent sur les autres planètes, comme le volcanisme.

Aujourd’hui, grâce au spectromètre thermique équipant la mission Cassini et au bout de vingt-deux années d’observations patientes de Saturne à partir d’instruments au sol, les planétologues ont découvert des oscillations de température dans la stratosphère de Saturne. Ce phénomène bien connu sur Terre avait aussi été découvert sur Jupiter. Pourquoi une découverte aussi tardive ? Pour une question de temps... Sur Terre, la période d’oscillation est de deux ans environ et de 4 ans sur Jupiter, mais elle est de 15 ans dans le cas de Saturne.

Figure 1. Températures mesurées par Cassini/CIRS dans la stratosphère de Saturne en fonction de la latitude et de la pression (les latitudes négatives correspondent à l'hémisphère sud, les positives à l'hémisphère nord). Aux latitudes moyennes, la température croît avec l'altitude, donc lorsque la pression diminue. Au contraire, à l'équateur, la température oscille verticalement. De plus, à 1 hPa, la température chaude à l'équateur correspond à une température froide vers 20°N et 20°S, et vice-versa à 0,1 hPa et 10 hPa. Crédit : Observatoire de Paris

Pour être précis, les chercheurs de l’Observatoire de Paris ont utilisé le spectromètre infrarouge thermique (CIRS) équipant la sonde Cassini en orbite autour de Saturne depuis 2004 pour dresser une carte de la température stratosphérique de Saturne en fonction de l'altitude (ou de la pression) et de la latitude. Si l’on voit bien que la température augmente continuellement avec l’altitude dans la stratosphère à presque toutes les latitudes, comme c’est aussi le cas sur Terre, on constate la présence d’oscillations de températures dans la zone centrée sur l’équateur comme le montre la figure 1.

Ces oscillations de températures permettent de remonter à la direction des vents, qui eux aussi oscillent verticalement de l’est à l’ouest. Sur Terre, cette structure oscille dans l’espace mais aussi dans le temps. C'est ce qu’on appelle l’oscillation quasi-biennale. On constate alors que l’alternance des régimes de vents d'est et d'ouest dans la stratosphère, en deçà de 12° environ de part et d’autres de l'équateur, se modifie en se déplaçant en direction du sol avec une période variant approximativement de 24 à 30 mois. Un nouveau régime commence au-dessus de 30 km et se propage vers le bas à la vitesse de 1 km par mois environ, l'amplitude décroissant en dessous de 23 km.

La similitude entre le structure thermique et la direction des vents dans la stratosphère de Saturne laisse penser qu’un même mécanisme est à l’œuvre et c’est bien la conclusion qui vient d’être apportée après 22 ans de surveillance depuis la Terre des couches supérieures de la stratosphère de Saturne.

Figure 2 (cliquez pour agrandir). Les images montrent Saturne vue depuis la Terre avec des télescopes au sol. L'hémisphère sud est plus visible que le nord. Quant à la bande noire au-dessus de l'équateur, il s'agit des anneaux de Saturne (rings). Crédit : Nasa/JPL.

Comme le montrent par exemple les deux images de la figure 2, prises en 1997 et 2006, la température au niveau de l’équateur est plus froide que vers une zone située à 13° de latitude et presque 10 ans plus tard c’est l’inverse. Pour les chercheurs ces résultats sont intéressants car ils permettent de faire une étude comparée des atmosphères des planètes et ainsi de tester les modèles climatiques en les transposant dans des conditions de pesanteur, de composition chimique et d'ensoleillement différentes de celles du milieu terrestre.

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