Une multitude de nuages tourbillonnants dans la dynamique ceinture tempérée nord de Jupiter est capturée sur cette image de la sonde Juno de la NASA. On y voit plusieurs nuages “pop-up” d’un blanc éclatant ainsi qu’une tempête anticyclonique, connue sous le nom d’ovale blanc. Cette image rehaussée en couleur a été prise à 16 h 58 EDT le 29 octobre 2018, alors que la sonde spatiale effectuait son 16e survol rapproché de Jupiter. Crédit : Image améliorée par Gerald Eichstädt et Sean Doran (CC BY-NC-SA) basée sur des images fournies par NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS.
Images provenant de NASA satellite des cyclones polaires sur Jupiter permettent aux scientifiques d’étudier les forces qui les animent.
La sonde Juno, un satellite financé par la NASA, tourne autour de Jupiter et de ses 79 lunes et envoie des images de la plus grande planète de notre système solaire aux chercheurs sur Terre. Ces photographies ont fourni aux océanographes la matière première d’une nouvelle étude publiée aujourd’hui (10 janvier 2022) dans Nature Physics qui décrit la richesse des turbulences aux pôles de Jupiter et les forces physiques qui animent les grands cyclones.
L’auteur principal, Lia Siegelman, océanographe physique et chercheuse postdoctorale à la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, a décidé de poursuivre ses recherches après avoir remarqué que les cyclones au pôle de Jupiter semblaient présenter des similitudes avec les tourbillons océaniques qu’elle a étudiés pendant son doctorat. À l’aide d’un ensemble de ces images et des principes utilisés en dynamique des fluides géophysiques, Siegelman et ses collègues ont apporté des preuves à l’appui d’une hypothèse de longue date selon laquelle la convection humide – lorsque de l’air plus chaud et moins dense s’élève – alimente ces cyclones.
“Lorsque j’ai vu la richesse de la turbulence autour des cyclones joviens, avec tous les filaments et les petits tourbillons, cela m’a rappelé la turbulence que l’on observe dans l’océan autour des tourbillons”, a déclaré Siegelman. “Ceux-ci sont particulièrement évidents sur les images satellites à haute résolution des efflorescences de plancton par exemple”.
Siegelman affirme que la compréhension du système énergétique de Jupiter, une échelle bien plus grande que celle de la Terre, pourrait également nous aider à comprendre les mécanismes physiques en jeu sur notre propre planète en mettant en évidence certaines routes énergétiques qui pourraient également exister sur Terre.
“Pouvoir étudier une planète aussi lointaine et trouver des principes physiques qui s’y appliquent est fascinant”, a-t-elle déclaré. “Cela pose la question de savoir si ces processus sont également valables pour notre propre point bleu”.
Juno est le premier vaisseau spatial à capturer des images des pôles de Jupiter ; les satellites précédents tournaient autour de la région équatoriale de la planète, fournissant des vues de la célèbre tache rouge de la planète. Juno est équipé de deux systèmes de caméra, l’un pour les images en lumière visible et l’autre pour la capture des signatures thermiques à l’aide du Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM), un instrument à bord du vaisseau spatial Juno soutenu par l’Agence spatiale italienne.
Siegelman et ses collègues ont analysé un ensemble d’images infrarouges capturant la région polaire nord de Jupiter, et en particulier l’amas de tourbillons polaires. À partir de ces images, les chercheurs ont pu calculer la vitesse et la direction du vent en suivant le mouvement des nuages entre les images. Ensuite, l’équipe a interprété les images infrarouges en termes d’épaisseur des nuages. Les régions chaudes correspondent à des nuages fins, où il est possible de voir plus profondément dans l’atmosphère de Jupiter. Les régions froides représentent une couverture nuageuse épaisse, qui recouvre l’atmosphère de Jupiter.
Ces découvertes ont donné aux chercheurs des indices sur l’énergie du système. Comme 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’élève rapidement dans les nuages agit comme une source d’énergie qui alimente des échelles plus grandes, jusqu’aux grands cyclones circumpolaires et polaires.
Juno est arrivé pour la première fois dans le système jovien en 2016, fournissant aux scientifiques le premier aperçu de ces grands cyclones polaires, qui ont un rayon d’environ 1 000 kilomètres ou 620 miles. Huit de ces cyclones se produisent au pôle nord de Jupiter, et cinq à son pôle sud. Ces tempêtes sont présentes depuis la première observation, il y a cinq ans. Les chercheurs ne savent pas exactement comment elles sont nées ni depuis combien de temps elles circulent, mais ils savent maintenant que c’est la convection humide qui les soutient. Les chercheurs ont émis une première hypothèse sur ce transfert d’énergie après avoir observé des éclairs dans les tempêtes sur Jupiter.
Juno continuera à tourner autour de Jupiter jusqu’en 2025, fournissant aux chercheurs et au public des images inédites de la planète et de son vaste système lunaire.
Référence : “Moist convection drives an upscale energy transfer at Jovian high latitudes” 10 janvier 2022, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-021-01458-y
Seigelman est financé par le programme postdoctoral de la Scripps Institution of Oceanography, travaillant dans le laboratoire de l’océanographe physique William Young, dont le travail est soutenu par la National Science Foundation.
