La mission Juno a révélé que les pôles de Jupiter sont agités par des cyclones. Des formations atmosphériques mystérieuses dont les astronomes peinent toujours à expliquer la stabilité.

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La mission Juno (NasaNasa) est la première à avoir renvoyé vers la Terre des images des pôles de JupiterJupiter. Des images qui ont surpris les astronomesastronomes. Ils y ont découvert, non seulement un cyclone posé au-dessus de chacun des pôles de la planète géante gazeuse, mais aussi plusieurs cyclonescyclones entourant chacun d'entre eux. Le plus surprenant étant encore l'incroyable stabilité dont semblent faire preuve ces formations atmosphériques.

Sur Terre, les cyclones apparaissent, se déplacent et finissent par se dissiper. Rien de tout cela pour les cyclones aux pôles de Jupiter. Depuis le début des observations en 2017, ils n'ont pas bougé. Leur forme n'a même pas évolué et une équipe internationale de chercheurs a voulu comprendre les processus qui se cachent derrière ce drôle de phénomène.

Un anneau anticyclonique de vents

Les images prises par JunoJuno continuent de montrer un cyclone central et huit autres, presque équidistants de ce dernier et disposés selon un schéma octogonal. Ça, c'est pour ce qui se passe au-dessus du pôle nord de Jupiter. Au-dessus du pôle sud, le schéma est similaire. Mais avec seulement cinq cyclones « satellites » -- même si les astronomes ignorent encore si les cyclones de périphérie tournent autour du cyclone central -- disposés en forme de pentagone.

Les chercheurs ont étudié la vitesse et la direction des ventsvents à partir des données dans l'infrarougeinfrarouge renvoyées par la mission Juno. Des données qui apportent des détails de quelque 200 kilomètres. Ils ont ensuite suivi l'idée proposée par d'autres astronomes il y a quelques mois, à savoir que les cyclones aux pôles de Jupiter partageraient des similitudes avec les tourbillons observés dans les océans terrestres. Ils ont, cette fois, injecté leurs données dans des modèles d'eau peu profonde. Leurs résultats suggèrent qu'il existe une sorte d'« anneau anticyclonique » de vents qui se déplacent dans la direction opposée aux cyclones. En revanche, pas de signatures de convectionconvection comme celles découvertes par leurs collègues en début d'année -- lire ci-dessous. Il semblerait donc que des études complémentaires seront nécessaires à réconcilier ces différents travaux.


Les cyclones de Jupiter expliqués par la physique des océans

Grâce aux images de Jupiter acquises par la sonde Juno, une équipe d'océanographes a étudié les forces qui animent les cyclones polaires de la planète géanteplanète géante.

Article de Adrien CoffinetAdrien Coffinet paru le 23/01/2022

Jupiter survolée par la sonde Juno. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Kevin M. Gill, Apod (Nasa)
Jupiter survolée par la sonde Juno. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Kevin M. Gill, Apod (Nasa)

Depuis son arrivée dans le système jovien en juillet 2016, la sonde Juno nous régale de ses images de la géante gazeuse. Ces photographiesphotographies ont fourni la matièrematière première pour une nouvelle étude, publiée le 10 janvier dans Nature Physics, qui décrit les turbulencesturbulences aux pôles de Jupiter et les forces physiques qui entraînent les grands cyclones.

Juno est la première sonde spatiale à capturer des images des pôles de Jupiter. Les satellites précédents étaient en orbiteorbite autour de la région équatoriale de la planète, offrant notamment des vues sur la célèbre Grande Tache rouge. Juno est équipée de deux systèmes de caméras, l'un pour les images en lumièrelumière visible et l'autre qui capture les signatures thermiques à l'aide du Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM).

Huit cyclones se produisent au pôle Nord de Jupiter et cinq à son pôle Sud. Ces tempêtestempêtes, d'un rayon d'environ 1.000 kilomètres, sont présentes depuis les premières observations de Juno. Les chercheurs ne connaissent pas leur origine ni ne savent depuis combien de temps ils circulent, mais ils savent maintenant que la convection humide est ce qui les maintient. Les chercheurs ont d'abord émis l'hypothèse de ce transfert d'énergieénergie après avoir observé des éclairséclairs lors d'orages sur Jupiter.

Le pôle Sud de Jupiter observé par la sonde Juno alors qu'elle se trouvait à 52.000 kilomètres du sommet de l'atmosphère. Les structures ovales sont des cyclones, larges d'un millier de kilomètres pour les plus grands. Cette image est une mosaïque construite avec les photographies réalisées par l'instrument JunoCam lors de trois orbites (pour montrer toutes les régions éclairées par le Soleil). Les couleurs ont été contrastées. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Betsy Asher Hall et Gervasio Robles
Le pôle Sud de Jupiter observé par la sonde Juno alors qu'elle se trouvait à 52.000 kilomètres du sommet de l'atmosphère. Les structures ovales sont des cyclones, larges d'un millier de kilomètres pour les plus grands. Cette image est une mosaïque construite avec les photographies réalisées par l'instrument JunoCam lors de trois orbites (pour montrer toutes les régions éclairées par le Soleil). Les couleurs ont été contrastées. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Betsy Asher Hall et Gervasio Robles

Des tourbillons océaniques aux cyclones de Jupiter

L'auteure principale de l'étude, Lia Siegelman, spécialiste d'océanographie physiquephysique en postdoctorat à l'Institut d'océanographie Scripps (Université de Californie à San Diego, États-Unis), a mené ces recherches après avoir remarqué que les cyclones aux pôles de Jupiter semblent partager des similitudes avec les tourbillonstourbillons océaniques qu'elle a étudiés pendant son doctorat. En utilisant les images de Juno et les principes utilisés en dynamique des fluides géophysiques, Siegelman et ses collègues ont fourni des preuves d'une hypothèse de longue date selon laquelle la convection humide - lorsque l'airair plus chaud et moins dense s'élève - entraîne ces cyclones.

Siegelman et ses collègues ont analysé un ensemble d'images infrarouges capturant la région polaire nord de Jupiter et en particulier l'amas de vortex polairesvortex polaires. Les chercheurs ont pu calculer la vitesse et la direction du vent en suivant le mouvementmouvement des nuagesnuages entre les images. L'équipe a ensuite interprété les images infrarouges pour ce qui est de l'épaisseur des nuages. Les régions chaudes correspondent à des nuages minces, où il est possible de voir plus profondément dans l'atmosphèreatmosphère de Jupiter, tandis que les régions froides représentent une épaisse couverture nuageuse, recouvrant l'atmosphère de Jupiter.

Tempêtes géantes sur Jupiter photographiées à 6.000 km d'altitude par la sonde Juno, le 29 novembre 2021. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Kevin M. Gill CC BY
Tempêtes géantes sur Jupiter photographiées à 6.000 km d'altitude par la sonde Juno, le 29 novembre 2021. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Kevin M. Gill CC BY

Des cyclones joviens au climat terrestre

Ces résultats ont donné aux chercheurs des indices sur l'énergie du système. Étant donné que les nuages joviens se forment lorsque de l'air plus chaud et moins dense s'élève, les chercheurs ont découvert que l'air qui s'élevait rapidement dans les nuages agissait comme une source d'énergie qui alimente de plus grandes échelles jusqu'aux grands cyclones circumpolaires et polaires.

Selon Siegelman, la compréhension du système énergétique de Jupiter, à une échelle beaucoup plus grande que celle de la Terre, pourrait également nous aider à comprendre les mécanismes physiques en jeu sur notre Planète en mettant en évidence certaines routes énergétiques qui pourraient également exister sur Terre.

Juno continuera pour sa part d'orbiterorbiter autour de Jupiter au moins jusqu'en 2025, offrant aux chercheurs et au public de nouvelles images de la planète et de son vaste système de satellites.