Jupiter : que se passe-t-il sous ses nuages lors d'une tempête ?

Une des critiques parfois faites à l'astrophysique et à la cosmologie est qu'il n'est pas possible de développer et de tester les théories dans ces deux domaines de connaissance à la façon dont le font les physiciensphysiciens et les chimistes sur Terre, c'est-à-dire en contrôlant plus ou moins à volonté les paramètres et les conditions d'expériences reproductibles en laboratoire.

La réponse, au moins dans le domaine de l'astrophysique, est que la Nature elle-même réalise les expériences avec un très grand nombre d'étoiles, de galaxies... possédant des valeurs différentes pour les masses, les températures, les compositions chimiques, etc. Mieux, le cosmoscosmos lui-même fournit des expériences que l'on ne peut pas réaliser sur Terre ou difficilement, par exemple dans le domaine de la physiquephysique des hautes énergiesénergies avec les accélérateurs de particules. On étudie ainsi des rayons cosmiques de ultra-hautes énergies produits vraisemblablement par des accélérateurs aussi colossaux que les noyaux actifs de galaxiesnoyaux actifs de galaxies.

La même stratégie est développée dans le cadre de la planétologie comparée. Les phénomènes géologiques et atmosphériques sur Terre permettent de comprendre ceux de la LuneLune, de Mars, de VénusVénus et aussi des planètes géantesplanètes géantes comme JupiterJupiter, SaturneSaturne ou NeptuneNeptune. Les modèles météorologiquesmodèles météorologiques sur Terre peuvent ainsi être étendus aux atmosphèresatmosphères de Vénus et Jupiter. Inversement, l'étude de ces atmosphères, par exemple en transposant les simulations numériquessimulations numériques bien terrestres aux enveloppes fluides de ces astresastres mais en remplaçant les valeurs de la gravitégravité, de la vitesse de rotation et bien sûr de l'éclairement du SoleilSoleil, ainsi que la composition des atmosphères par celles de ces deux planètes, permet de tester la validité de ces simulations d'une autre manière qu'en comparant leurs prédictions à ce qui est observé et surtout mesuré sur la Planète bleue.

Des missions comme GalileoGalileo, et aujourd'hui Juno, ne permettent donc pas seulement aux planétologues passionnés par les atmosphères planétaires d'étendre leur terrain de jeux et d'exploration favori. Elles permettent aussi d'apprendre potentiellement des choses nouvelles sur la Terre elle-même, sa météorologiemétéorologie et son climatclimat. Cela pourrait être crucial pour affiner nos scénarios concernant ce qui va se passer avec le réchauffement climatiqueréchauffement climatique d'origine anthropique.

Les nuages de Jupiter et les éruptions des tempêtes

Comme l'explique dans un communiqué du National Radio Astronomy Observatory (NRAO) la célèbre planétologue Imke de Pater (University of California, Berkeley), coauteure de l'ouvrage Fundamental planetary science : physics, chemistry, and habitability, notre connaissance de l'atmosphère de Jupiter vient de faire un nouveau pas en avant grâce à l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma). Avec ses collègues, Imke de Pater rend compte des progrès ainsi effectués dans un article publié dans the Astronomical Journal, et disponible en accès libre sur arXiv.

Ces deux cartes plates de Jupiter en ondes radioélectriques avec Alma (en haut) et en lumière visible avec le télescope spatial Hubble (en bas) montrent une tempête (Eruption) dans la ceinture équatoriale Sud. © Alma (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al. ; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello ; Nasa/Hubble

Les données fournies par Alma permettent d'en savoir un peu plus sur ce qui se passe sous la couche nuageuse de Jupiter, en dressant une carte en trois dimensions de cette couche sur une épaisseur d'environ 50 kilomètres (pour mémoire le rayon de Jupiter est d'environ 70.000 kilomètres) aux longueurs d'ondelongueurs d'onde accessibles au radiotélescoperadiotélescope.

Lorsque l'on parle de l'atmosphère de Jupiter, on considère en fait une couche nuageuse très mince de moins de 150 kilomètres d'épaisseur allant de la base de la troposphèretroposphère à la tropopausetropopause (des couches définies par analogieanalogie avec celles de l'atmosphère terrestre). Au sommet, on voit des nuagesnuages faits de glace d'ammoniacammoniac couvrant des nuages composés de particules d'hydrosulfure d'ammonium ou de sulfuresulfure d'ammonium, en dessous desquels doivent se trouver, croit-on, des nuages de gouttelettes d'eau liquideliquide. Jupiter elle-même étant principalement composée d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium avec des traces de méthane et d'éthane.

La couche nuageuse est elle-même constituée de la fameuse alternance de bandes brunes et blanchâtres vues depuis la Terre dans un bon télescopetélescope et observées de plus près par les sondes Voyager notamment. C'est dans cette couche que se produisent des tempêtestempêtes et des oragesorages qui ont justement fait l'objet de nouvelles observations avec Alma. Elles permettent notamment d'en savoir plus sur les panaches de nuages brillants qui sont produits par des tempêtes et qui font éruption jusqu'au sommet de la couche nuageuse, entraînant parfois des ruptures dans les bandes nuageuses bien visibles pendant des mois, voire des années.

Au sujet de celle qui a été étudiée à partir du début janvier 2017, Imke de Pater explique que : « Nos observations avec Alma sont les premières à montrer que de fortes concentrations d'ammoniac sont soulevées lors d'une éruption énergétique. La combinaison d'observations simultanées à différentes longueurs d'onde nous a permis d'examiner l'éruption en détail. Cela nous a amenés à confirmer la théorie selon laquelle les panaches énergétiques sont déclenchés par une convectionconvection humide à la base des nuages ​​d'eau, situés en profondeur dans l'atmosphère. Les panaches amènent de l'ammoniac des profondeurs de l'atmosphère jusqu'aux altitudes élevées, bien au-dessus de la surface des nuages ​​d'ammoniac. ».