La Grande Tache Rouge de Jupiter, existant probablement au moins depuis les observations de l’astronome Jean-Dominique Cassini au XVIIe siècle, a vu sa taille et sa couleur varier depuis le XIXe siècle. C’est à cette époque qu’elle a pris la coloration qui lui a donné son nom. Il n’y a pas de consensus sur l’origine et la nature exacte des composés chimiques à l’origine de sa couleur. On en voit ici une photographie traitée à l'ordinateur à partir des observations de Voyager 1. © Nasa

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Jupiter : l'énigme de la Grande Tache Rouge est mieux comprise

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La Grande Tache Rouge de Jupiter, dont la découverte est attribuée à Cassini en 1665, est un tourbillon anticyclonique. Mais pourquoi est-il si stable qu'il se maintient depuis plusieurs siècles ? De nouvelles simulations numériques laissent penser que l'on est sur le point de résoudre cette énigme.

Saturne et ses anneaux fascinent les théoriciens de la mécanique céleste, mais c'est Jupiter, avec ses bandes nuageuses et ses taches rouges, qui exerce son attraction sur les mécaniciens des fluides et les climatologues. En particulier, la Grande Tache Rouge, dont l'existence est connue depuis plusieurs siècles depuis sa découverte par l'astronome Jean-Dominique Cassini, n'est toujours pas correctement comprise. On sait qu'il s'agit d'une tempête anticyclonique plus grande que la Terre, mais dont la taille a diminué de moitié depuis plus d'un siècle. En revanche, son étonnante stabilité est énigmatique. Certains physiciens ont proposé une explication basée sur la physique non linéaire en interprétant cette tache comme un soliton, mais ce n'est pas la seule hypothèse avancée.

Il existe d'autres vortex de plus petite taille dans l'atmosphère de Jupiter, observés sur les images prises par des sondes comme Voyager et Galileo, ou encore le télescope Hubble. Elles peuvent fusionner avec la Grande Tache Rouge et lui apporter de l'énergie pour l'entretenir. En effet, la Grande Tache Rouge en perd sous forme de chaleur par rayonnement, à cause des ondes et des turbulences qui l'entourent, et en particulier à cause de deux courants-jets soufflant dans des directions opposées. Ces jet streams sont en effet en mesure de ralentir la rotation des vents du vortex en lui enlevant du moment cinétique.

Une comparaison entre la Terre et la Grande Tache Rouge de Jupiter. C'est un anticyclone très stable existant depuis au moins 300 ans dans l'atmosphère de la géante gazeuse. © Nasa

Simulations en 3D de la Grande Tache Rouge de Jupiter

Malheureusement, les simulations sur ordinateurs réalisées jusqu'à présent pour faire le bilan des processus enlevant et apportant de l'énergie à la Grande Tache Rouge indiquaient que l'absorption de petits vortex ne suffisait pas à contrebalancer les sources de dissipation de son énergie. Deux chercheurs viennent cependant de remettre en cause ces simulations en en conduisant de nouvelles, plus précises.

Pedram Hassanzadeh de l'université Harvard et Philip Marcus de l'université de Californie à Berkeley pensent qu'ils ont peut-être trouvé une des clés de l'énigme de la stabilité de la Grande Tache Rouge. Ils ont tenu compte de la structure en 3D de l'atmosphère de Jupiter, sans approximer les écoulements de son atmosphère en surface par des modèles 2D.

Les simulations avaient jusqu'à présent négligé des transferts de matière et d'énergie verticaux dans l'atmosphère de Jupiter parce que l'on pensait qu'ils étaient négligeables devant les horizontaux. C'était aussi simplement une hypothèse permettant de simplifier les calculs pour les mettre à la portée des ordinateurs disponibles à une certaine époque.

Courants-jets et vortex pour alimenter la Grande Tache Rouge

Mais selon les deux physiciens, non seulement la prise en compte de la structure 3D des écoulements montre qu'une quantité non négligeable d'énergie est injectée dans la Grande Tache par des courants chauds qui s'élèvent des profondeurs de Jupiter, mais elle est aussi prélevée dans les deux courant-jets qui l'enserrent. Les chercheurs sont encore occupés à effectuer des calculs pour vérifier leur hypothèse, mais il se pourrait que ces apports d'énergie combinés avec ceux résultant de la fusion des petits vortex avec la Grande Tache soient en mesure d'expliquer pourquoi elle n'a pas disparu depuis au moins 300 ans.

Hassanzadeh et Marcus pensent que leurs travaux ont une portée qui ne se limite pas à l'atmosphère de Jupiter. Des tourbillons anticycloniques stables comme celui de la Grande Tache rouge sont en effet invoqués dans la formation des planètes rocheuses et pour expliquer certains vortex dans les océans de la Terre.