Dans l’atmosphère de Neptune, un vortex géant — en haut au centre de la planète sur cette image — se dirigeait tranquillement vers l’équateur lorsqu’il a soudainement fait demi-tour pour repartir vers le nord. © Nasa, ESA, STScI, M.H. Wong (Université de Californie, Berkeley), et L.A. Sromovsky et P.M. Fry (Université du Wisconsin-Madison)
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Une grande tache sombre sur Neptune a brusquement changé de direction !

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[EN VIDÉO] Neptune, une planète bleue si mystérieuse  Elle est bleue comme la Terre mais ce n'est pas à cause de l'eau. Elle est géante, elles très loin, installée juste avant la ceinture de Kuiper, un autre monde. Découvrons Neptune, visitée une seule fois, par Voyage-2, en 1989, et que l'on connaît si mal. Tout juste sait-on qu'en son cœur, peut-être, il pleut des diamants… 

Dans l'atmosphère de Neptune, il se développe à l'occasion des tempêtes que le télescope spatial Hubble nous montre sous la forme de taches sombres. Elles apparaissent à de hautes latitudes puis se dirigent vers l'équateur avant de se dissiper. Cet été, alors qu'elle suivait sagement la trajectoire classique de ce type de phénomène, l'une d'elles a brusquement changé de cap pour repartir vers le nord d'où elle venait.

Sur Neptune, ce que les astronomes appellent des vortex sombres peuvent se former aux latitudes moyennes. Ces tempêtes migrent ensuite vers l'équateur. Avec l'affaiblissement de l'effet Coriolis dans cette région, elles finissent par se désintégrer. Toutes les simulations s'accordent sur ce schéma. Mais des chercheurs de la Nasa viennent d'observer une tempête qui semble ne pas vouloir entrer dans les rangs.

Le télescope spatial Hubble a découvert cette tempête en septembre 2018, dans l'hémisphère nord de Neptune. Une tache sombre plus grande que l'océan Atlantique, d'un diamètre estimé à près de 7.500 kilomètres. Et qui, un an plus tard, était bien en route pour l'équateur, comme s'y attendaient les astronomes. Mais en août 2020, ils ont découvert qu'elle avait changé de direction pour repartir vers le nord. Une première !

Les astronomes tentent, depuis, d'apporter une explication à cet étrange phénomène. Or il se trouve que ce changement de cap s'est produit presque en même temps qu'apparaissait, aux côtés de ce vortex sombre, un autre système du même type. Les chercheurs l'ont baptisé « tache sombre junior ». Une tache plus petite, de moins de 6.300 kilomètres de diamètre. Et qui s'est formée du côté de la tache plus grande faisant face à l'équateur. Celui-là même où certaines simulations montrent qu'il peut se produire des perturbations.

Une tache sombre qui se fragmente ?

« Lorsque Hubble nous a révélé la "tache sombre junior", je n'ai pas cru qu'il se formait là une nouvelle tempête. J'ai tout de suite imaginé qu'elle était le résultat d'une perturbation du vortex géant que nous connaissions. Mais nous ne pouvons pas prouver que les deux sont liés. Cela reste un mystère complet », confie Michael Wong, chercheur à l'université de Californie (États-Unis), dans un communiqué de la Nasa.

Toutefois, la coïncidence de l'apparition de cette petite tache avec le changement de direction de la grande, fait penser aux astronomes que la « tache sombre junior » n'est autre qu'un fragment de la plus grande. En se rompant ainsi, ce fragment aurait pu suffisamment perturber la dynamique du vortex initial pour le rediriger vers l'hémisphère nord.

Autre surprise : les nuages lumineux qui accompagnaient la tache sombre à sa découverte en 2018 ont disparu. Semble-t-il également au moment où la trajectoire du vortex a basculé. Un phénomène qui pourrait également révéler des informations sur la manière dont ces tempêtes évoluent. Car même si Hubble a permis, ces dernières années, de bien documenter le phénomène de taches sombres sur Neptune, et suivre de près leur évolution, celles-ci gardent encore une grande part de mystère.

Pour en savoir plus

Neptune : Hubble a vu naître une tempête géante et sombre

Pour mieux comprendre la dynamique des atmosphères des planètes géantes glacées, des chercheurs de la Nasa se sont intéressés à la manière dont elles donnent naissance à des tempêtes. Grâce à des images du télescope spatial Hubble, ils en savent désormais un peu plus.

Article de Nathalie Mayer paru le 31/03/2019

En 1989, Voyager 2 avait identifié deux tempêtes sur Neptune. Depuis son lancement en 1990, Hubble en avait enregistré quatre autres. Et aujourd’hui pour la première fois, des chercheurs ont analysé ces images afin de décrire la croissance de l’une d’entre elles. © Nasa,ESA, GSFC, JPL

À l'image de la Grande Tache rouge de Jupiter, les taches sombres que l'on discerne sur Neptune correspondent à des tempêtes qui se forment dans des zones de haute pression atmosphérique. Et pour la première fois, des chercheurs de la Nasa ont analysé des images prises par Hubble ces dernières années afin de décrire la croissance de l'une de ces taches sombres, apparue en 2018.

Car contrairement à la Grande Tache rouge de Jupiter qui semble vouloir persister au-delà d'une durée de vie humaine, les taches sombres de Saturne vont et viennent. C'est d'ailleurs, alors qu'ils étudiaient les images fournies par Hubble d'une petite tache sombre qui avait vu le jour en 2015, que les chercheurs ont découvert de petits nuages blancs et lumineux dans la région qui verrait plus tard surgir la tache sombre dite de 2018.

Ici, des images des tempêtes sur Neptune depuis le télescope spatial Hubble (à gauche) et la sonde spatiale Voyager 2 (à droite). L’image de Neptune prise par la caméra Hubble Wide Field 3, prise en septembre et en novembre 2018, montre une nouvelle tempête sombre (en haut au centre). Sur l’image de Voyager, une tempête connue sous le nom de Great Dark Spot (GDS) apparaît au centre. Elle mesure environ 13.000 km sur 6.600 km. © Nasa, ESA, GSFC, JPL

Des tempêtes plus profondes que prévu

Ces nuages correspondent à des nuages de méthane de haute altitude. Et les chercheurs de la Nasa ont découvert que ceux-ci sont devenus plus brillants encore en 2016 et 2017, avant que la tache sombre ne devienne visible. Or, des modèles mathématiques relient la brillance de ces nuages à la profondeur des tempêtes qui leur succèdent. Ainsi les taches sombres pourraient-elles tirer leur origine plus profondément dans l'atmosphère de Neptune que prévu.

Grâce à d'autres données de Hubble et de Voyager 2, les chercheurs ont également établi que de nouvelles tempêtes se développent sur Neptune tous les quatre à six ans. Celles-ci peuvent ensuite durer jusqu'à six ans, mais la plupart semblent ne pas faire rage plus de deux ans.


Hubble observe les mystérieuses tempêtes sur Uranus et Neptune

Uranus et Neptune possèdent des atmosphères étonnantes, tout comme Jupiter et Saturne. Le télescope Hubble est utilisé périodiquement pour surveiller l'état de ces atmosphères et pour aider à en percer les secrets.

Article de Laurent Sacco paru le 20/02/2019

Voyager 2 est la seule sonde de l'humanité à avoir atteint Uranus et Neptune, offrant des images rapprochées de ces géantes de glaces ainsi que de leurs lunes et de leurs anneaux. Le regretté André Brahic, l'un des découvreurs des anneaux de Neptune était d'ailleurs tombé sous le charme de Triton, le satellite de Neptune avec des cryovolcans.

À cette occasion, en août 1989, Voyager 2 avait révélé l'existence sur Neptune, dans son hémisphère sud, de la Grande Tache sombre (Great Dark Spot ou GDS, en Anglais), en apparence analogue à la Grande Tache rouge de Jupiter, c'est-à-dire une tempête anticyclonique. Elle est cependant beaucoup plus instable. Alors que ce phénomène existe au moins depuis le XIXe siècle sur Jupiter, le GDS a fini par se dissiper ou devenir invisible en 1994, au télescope Hubble qui venait de détecter sa première lumière depuis quelques années seulement. Une nouvelle Grande Tache sombre est apparue dans l'hémisphère nord par la suite, mais pour disparaitre du regard des télescopes quelques années plus tard, là aussi.

Hubble surveille Neptune depuis des années. Traduction et sous-titrages en français en cliquant sur la roue crantée en bas à droite de la vidéo. © Nasa Goddard

Les astronomes continuent d'étudier la météorologie de Neptune, ainsi que celle d'Uranus, depuis le sol et, bien sûr, encore avec Hubble. Il est le seul à être doté de la sensibilité nécessaire pour détecter les grandes tempêtes dans la bande de couleur bleue dans le visible et a montré l'existence d'une Grande Tache sombre sur l'hémisphère nord de Neptune à la fin de l'année 2018. Bien qu'éloignée du Soleil et donc, moins alimentée en énergie que l'atmosphère de la Terre, celle de Neptune est étonnamment turbulente et active. On estime maintenant qu'une Grande Tache sombre apparaîtrait en moyenne tous les six ans mais ne durerait que deux ans environ.

La Nasa vient de rendre publiques les images des dernières observations de l'activité de Neptune, ainsi que celle d'Uranus, avec le télescope Hubble. Elles prennent place dans un programme à long terme de surveillance de ces planètes pour en percer les secrets tout comme il est nécessaire de surveiller, avec des satellites, l'état de l'atmosphère terrestre sur le long terme pour la comprendre et prédire son évolution. Les données collectées pour les géantes sont archivées dans le cadre de l'Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL).

Neptune et Uranus, des laboratoires pour comprendre les atmosphères planétaires

Sur la photo ci-dessous (vignette de droite) montrant la dernière apparition d'une Grande Tache sombre, se distingue à nouveau un cortège de nuages blancs et brillants, constitués de cristaux de méthane. On pense qu'ils se forment en raison de courants d'hydrogène et d'hélium (contenant aussi ce gaz) et qui sont déviés vers des altitudes plus hautes, un peu de la même façon que sur Terre, lorsqu'un courant atmosphérique similaire rencontre une montagne isolée. De la vapeur d'eau se condense alors aussi sous l'effet de la variation de pression en prenant de l'altitude et donne une couverture nuageuse étalée entourant le sommet de la montagne.

À gauche, une image d'Uranus et, à droite, une image de Neptune, prises toutes deux avec Hubble en 2018. © Nasa, ESA, A. Simon (Nasa Goddard Space Flight Center), and M.H. Wong and A. Hsu (University of California, Berkeley)

Comme celle sur Jupiter, la formation de la tache de Neptune reste difficile à élucider, et bien des mystères subsistent à son sujet. Hubble a toutefois montré qu'une augmentation de la formation des nuages de glace de méthane, en 2016, avait précédé l'apparition d'une nouvelle Grande Tache sombre. Cela laisse penser que cette tempête anticyclonique géante commence à se former en profondeur dans la couche atmosphérique entourant le vaste manteau de glaces, lui-même cernant le noyau roche de Neptune -- qui n'est pas une géante gazeuse comme Jupiter et Saturne mais bien une géante de glaces -- avant de remonter vers la surface.

En ce qui concerne Uranus, s'observe une sorte de vaste calotte blanche et brillante, correspondant à des nuages orageux, centrée sur son pôle nord et occupant une partie importante de son hémisphère (voir la photographie de Hubble ci-dessus). On pense que cette structure étonnante est liée au fait que l'axe de rotation de la géante de glace est particulièrement inclinée par rapport à la perpendiculaire du plan de son orbite au point d'être quasiment parallèle. Ainsi, Uranus présente alternativement au Soleil son pôle nord, puis son pôle sud pendant chaque orbite qui dure 84 ans. Cette surprenante inclinaison serait due à des collisions géantes entre Uranus et des corps célestes dans son passé.

Toujours est-il que cette configuration particulière doit être la source de phénomènes saisonniers qui le sont tout autant. Nous sommes actuellement au milieu de la saison estivale d'Uranus et sa calotte nuageuse polaire grandit. Là aussi, ce qui se passe dans l'atmosphère d'Uranus demeure, malgré tout, un sujet d'interrogation.

Dans les deux cas, ces planètes nous permettent d'explorer nos modèles d'atmosphère dans des conditions différentes et donc, de reproduire l'équivalent des expériences en physique où l'on peut contrôler les paramètres les gouvernant. Cela devrait permettre de mieux comprendre notre planète mais aussi les exoplanètes en dehors du Système solaire.


En bref : Hubble rend hommage à Neptune

Par Jean-Baptiste Feldmann publié le 15/07/2011

Neptune a été découverte... il y a un an ! Du moins en temps neptunien. La huitième planète du Système solaire vient en effet d'achever sa première orbite complète depuis sa découverte au 19e siècle. Un anniversaire que le télescope spatial Hubble se devait de fêter.

Le 23 septembre 1846 l'astronome allemand Johann Gottfried Galle retrouvait Neptune dans son télescope d'après les calculs de position réalisés par le Français Urbain Le Verrier. Pour la première fois une planète était découverte grâce aux mathématiques.

Depuis 2006 et la décision de l'Union Astronomique Internationale d'exclure Pluton du club des planètes du Système solaire, Neptune est donc la planète la plus éloignée du Soleil. Orbitant à environ une trentaine d'unités astronomiques (ce qui la rend invisible à l'œil nu depuis la Terre avec une magnitude de 8), Neptune met 164,79 ans à effectuer une révolution complète, le temps qui s'est écoulé depuis sa découverte. La planète a reçu en août 1989 la visite de la sonde Voyager 2 qui a découvert 5 nouveaux satellites (13 sont connus actuellement, dont le plus célèbre est Triton) et confirmé la présence d'anneaux et d'astéroïdes troyens.

Pour célébrer la première orbite complète de Neptune depuis sa découverte, le télescope Hubble a utilisé sa caméra grand champ et photographié les différents visages de la planète en rotation les 25 et 26 juin derniers. L'épaisse atmosphère de Neptune (principalement constituée d'hydrogène et d'hélium) est le siège de formidables tempêtes où les vents peuvent atteindre 2.000 kilomètres à l'heure.

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