Jupiter et Europe photographiés par Hubble en août 2020. © Nasa, ESA, Hubble
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Juno révèle les dessous de Jupiter et de sa Grande Tache rouge

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[EN VIDÉO] Survolez Jupiter avec la sonde Juno  Découvrez Jupiter telle que vous ne l'avez jamais vue grâce au travail d'un citoyen scientifique. À l'aide des images collectées par la sonde Juno, celui-ci est parvenu à créer une modélisation 3D de la surface jovienne, dont il offre un survol époustouflant. 

La plus grosse planète de notre Système solaire, Jupiter, continue d'intriguer les astronomes qui l'étudient. Grâce à la sonde Juno qui a déjà réalisé 37 passages au-dessus de la géante gazeuse, ils ont désormais une idée de la structure de son atmosphère en trois dimensions.

C'est en 2016 que la sonde spatiale Juno s'est mise en orbite autour de Jupiter, la plus grande planète de notre Système solaire. Pas moins de cinq ans après son lancement. Son objectif : mieux comprendre ce qui se joue sous les nuages de la géante gazeuse. En assemblant les données renvoyées par la sonde depuis plusieurs années maintenant, les chercheurs commencent à dessiner, peu à peu, une image en 3D assez précise du fonctionnement à la fois merveilleux, complexe et violent de son épaisse atmosphère.

Grâce au radiomètre à micro-ondes (MWR) de la sonde Juno, notamment, les astronomes ont accès à des informations précieuses sur le sommet des nuages de la géante gazeuse. Ils peuvent aussi sonder les tourbillons qui les agitent jusqu'à 200 kilomètres sous la surface visible. Parmi ceux-ci, sans doute le plus célèbre d'entre eux, celui qui intrigue les chercheurs depuis au moins deux siècles : la Grande Tache rouge.

Les astronomes se sont appuyés notamment sur les données renvoyées par la sonde Juno pour enfin donner des limites à la profondeur de la Grande Tache rouge qu’ils observent dans l’atmosphère de Jupiter depuis près de deux siècles maintenant. © Nasa, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Kevin M. Gill

Dans le secret de la Grande Tache rouge

Les résultats les plus récents montrent que les cyclones sont plus chauds en altitude que les gaz environnants, avec des densités atmosphériques plus faibles. Les anticyclones -- qui tournent dans le sens inverse --, quant à eux, sont au contraire plus froids en altitude. Ces tempêtes se sont aussi révélées beaucoup plus profondes que le pensaient les astronomes. Certaines ne plongent qu'à 100 kilomètres sous les nuages. Mais la Grande Tache rouge semble s'enfoncer jusqu'à 350 kilomètres ! Ces tempêtes s'étendent donc bien au-delà des zones où l'eau se condense et où les nuages se forment. En dessous de la profondeur à laquelle la lumière du Soleil peut réchauffer l'atmosphère de Jupiter.

Pour compléter ces données sur la Grande Tache rouge, tout particulièrement, les astronomes ont cherché à caractériser sa signature gravitationnelle. Une signature qu'ils espéraient détectable du fait de la taille et de la masse colossale de cette immense figure météorologique. Ils ont profité d'un survol à basse altitude de Jupiter par Juno en juillet 2019 pour mesurer depuis la Terre, à une distance de 650 millions de kilomètres, des changements de vitesse aussi faible de 0,01 millimètre par seconde -- c'est 100 fois moins que la vitesse d'un escargot et sur une vitesse de la sonde de quelque 209.000 kilomètres par heure. « Une précision stupéfiante », souligne Marzia Parisi, chercheur au JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la Nasa, dans un communiqué. Et de quoi aider les chercheurs à donner une limite de 500 kilomètres à la profondeur de la Grande tache rouge.

L’apparence en bandes de Jupiter est créée par la « couche météorologique » formant des nuages. Ici, on peut voir à gauche, l’énergie thermique de Jupiter émise dans le domaine infrarouge, avec des bandes nuageuses sombres apparaissant comme des silhouettes contre la lueur thermique de Jupiter. L’image de droite montre l’apparence de Jupiter en lumière visible, avec des zones nuageuses blanches et des ceintures relativement sans nuages apparaissant sous forme de couleurs rouge-brun. © International Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AUR, Nasa, ESA, M.H. Wong and I. de Pater (UC Berkeley) et al.

Des précisions sur les ceintures nuageuses de Jupiter

Ce qui intrigue les astronomes dans l'atmosphère de Jupiter, ce n'est pas seulement cette Grande tache rouge. Ce sont aussi ces ceintures de nuages blancs et ces zones rouges qui s'enroulent littéralement autour de la planète géante. La sonde Juno avait déjà permis de préciser que les vents puissants qui se déplacent dans des directions opposées entre ces bandes s'enfonçaient jusqu'à environ 3.200 kilomètres. Et cette fois, les données recueillies par le MWR montrent que de l'ammoniac monte et descend dans l'atmosphère de Jupiter de manière étonnamment alignée avec ces courants-jets. De quoi peut-être éclairer le mécanisme à l'origine de leur formation.

« Nous avons trouvé des cellules de circulation dans les hémisphères nord et sud qui sont de nature similaire aux "cellules de Ferrel" qui contrôlent une grande partie de notre climat ici sur Terre, explique Keren Duer, auteur de l'un des articles récents sur l'atmosphère de Jupiter. Sur Terre, il y a une cellule de Ferrel par hémisphère. Sur Jupiter, il y en a huit. Chacune est au moins 30 fois plus grande ! »

Les données montrent également que ces ceintures nuageuses et ces zones relativement sans nuages subissent une transition à environ 65 kilomètres sous les nuages ​​​​d'eau. À faible profondeur, elles sont plus lumineuses dans le domaine des micro-ondes que les zones voisines. Mais à des niveaux plus profonds, c'est le contraire. Un peu comme ce qu'on observe du côté de nos océans. D'où le nom donné à ce niveau de Jovicline, par analogie avec la thermocline terrestre -- l'endroit où la température de l'eau bascule brusquement.

Des tempêtes polaires persistantes

Dernières figures explorées par les astronomes, les tempêtes polaires que Juno avait elle-même déjà découvertes. Huit disposées en forme d'octogone du côté du pôle nord de Jupiter. Cinq formant un pentagone au-dessus de son pôle sud. Le Jovian Infrared Auroral Mapper (Jiram) de la sonde a permis de déterminer que ces phénomènes atmosphériques sont extrêmement résistants et stationnaires.

« Ses cyclones oscillent autour d'une position d'équilibre, explique Alessandro Mura, chercheur à l'Institut national d'astrophysique de Rome (Italie). Le comportement de ces oscillations lentes suggère que ces cyclones ont des racines profondes ». Les données du Jiram indiquent également que, comme les ouragans sur Terre, ces cyclones ont tendance à vouloir se déplacer vers les pôles. Mais que les cyclones situés au centre de chaque pôle les repoussent.

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