Vue d’artiste de la sonde Juno en orbite autour de la planète Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech.
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La sonde Juno a vu des « farfadets » et des « elfes » dans l'atmosphère de Jupiter

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Un instrument de la sonde américaine Juno, en orbite autour de Jupiter, pourrait avoir détecté des événements lumineux transitoires, des flashs dans la haute atmosphère de la géante gazeuse.

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La sonde Juno, lancée en 2011, est en orbite autour de Jupiter depuis 2016. Depuis, la mission de la Nasa nous a apporté de nombreuses informations sur la géante gazeuse et de nouveaux résultats viennent d'être publiés le 27 octobre dans le Journal of Geophysical Research: Planets.

Dans leur nouvel article, Rohini S. Giles et ses collègues décrivent la détection, au cours des quatre premières années de la mission, de 11 brefs flashs lumineux par le spectrographe ultraviolet UVS. Cet instrument de la sonde Juno sert habituellement à imager les aurores de Jupiter. Cependant, ces 11 flashs, formellement nommés « événements lumineux transitoires » (ELT), ne sont observés que lors d'un passage de la sonde et leur luminosité décroît de façon exponentielle avec le temps, avec une durée typique d'environ 1,4 milliseconde. C'est la première fois que ces phénomènes sont observés sur un autre corps que la Terre.

Des flashs prédits et maintenant observés

Des travaux théoriques et expérimentaux avaient prédit que ces flashs devraient être présents dans l'atmosphère de Jupiter, mais ils n'avaient jamais été observés jusqu'ici. Cependant, à l'été 2019, les chercheurs travaillant avec des données d'UVS ont découvert quelque chose d'inattendu : « Nous avons découvert des images d'UVS qui montraient non seulement des aurores joviennes, mais aussi un flash brillant de lumière ultraviolette dans le coin où il n'était pas censé être. Plus notre équipe l'examinait, plus nous nous rendions compte que Juno pourrait avoir détecté un ELT sur Jupiter », explique Giles.

Vu d'artiste d'un farfadet (sprite) sur Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI

Les flashs détectés ressemblent à la foudre, mais ont été trouvés environ 300 kilomètres au-dessus de l'altitude où se forme la majorité des éclairs de Jupiter : sa couche de nuages d'eau. Les scientifiques de Juno ont ainsi pu exclure qu'il s'agissait simplement de méga-éclairs, sachant qu'UVS a par ailleurs enregistré que le spectre de ces événements brillants était dominé par les émissions d'hydrogène.

Des « farfadets » et des « elfes »

Giles et ses collègues proposent que ce sont des observations dans la haute atmosphère de Jupiter d'« elfes », de « farfadets » ou de « halos de farfadets », trois types d'événements lumineux transitoires (ELT) qui produisent des flashs spectaculaires de lumière très haut dans l'atmosphère terrestre en réponse aux coups de foudre entre nuages ou entre les nuages et le sol. Cette hypothèse est renforcée par les images en lumière visible, qui montrent des structures nuageuses typiques des régions sources de la foudre aux emplacements de plusieurs des flashs lumineux.

Vue du pôle Sud de Jupiter montrant les données d'UVS. Les bandes de blanc et bleu brillants près du pôle Sud sont les aurores australes de Jupiter. Les chercheurs ont cependant aussi observé un flash brillant inhabituel, entouré ici en jaune. Ce pourrait être un événement lumineux transitoire, produit par les éclairs d'orage loin en dessous. Les données de cette image d'UVS furent acquises le 10 avril 2020. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI

Les farfadets (en anglais sprites) sont des ELT déclenchés par des décharges de foudre provenant d'orages bien en dessous. Sur Terre, ils se produisent jusqu'à une centaine de kilomètres au-dessus d'orages intenses très hauts et illuminent une région du ciel de plusieurs dizaines de kilomètres de large, mais ne durent que quelques millièmes de secondes.

Les elfes (en anglais « elves pour Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources », en français « émission de lumière et perturbations à très basse fréquence dues à des sources d'impulsions électromagnétiques ») apparaissent comme un disque aplati brillant dans la haute atmosphère de la Terre. Eux aussi illuminent le ciel pendant quelques millisecondes mais peuvent devenir plus grands que les farfadets : jusqu'à 320 kilomètres de diamètre sur Terre !

Leurs couleurs sont également différentes, comme l'explique Giles : « Sur Terre, les farfadets et les elfes apparaissent de couleur rougeâtre en raison de leur interaction avec l'azote dans la haute atmosphère. Mais sur Jupiter, la haute atmosphère se compose principalement d'hydrogène, donc ils sembleraient probablement bleus ou roses. »

Giles conclut : « Nous continuons à chercher des signes plus révélateurs d'elfes et de farfadets lors de chaque passage scientifique de Juno. Maintenant que nous savons ce que nous cherchons, il sera plus facile de les trouver sur Jupiter et sur d'autres planètes. Et comparer les farfadets et les elfes de Jupiter avec ceux ici sur Terre nous aidera à mieux comprendre l'activité électrique dans les atmosphères planétaires. »

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