Impression d’artiste basée sur l’image JunoCam de Jupiter acquise le 21 juillet 2021. Améliorée pour mettre en évidence les caractéristiques, les nuages, les couleurs et la beauté de Jupiter. Crédit : NASA/SwRI/MSSS/TanyaOleksuik © CC NC SA
Leicester étude des données capturées en orbite autour Jupiter a révélé de nouvelles informations sur ce qui se passe sous les bandes distinctives et colorées de la géante gazeuse.
Les données du radiomètre à micro-ondes transporté par NasaLe vaisseau spatial Juno montre que le motif en bandes de Jupiter s’étend profondément sous les nuages et que l’apparence des ceintures et des zones de Jupiter s’inverse près de la base des nuages d’eau. La lumière micro-ondes permet aux planétologues de regarder profondément sous les nuages colorés de Jupiter, de comprendre le temps et le climat dans les couches plus chaudes, plus sombres et plus profondes.
À des altitudes inférieures à cinq bars de pression (ou environ cinq fois la pression atmosphérique moyenne sur Terre), les ceintures de la planète brillent de mille feux à la lumière des micro-ondes, tandis que les zones sont sombres. Mais tout change à des pressions plus élevées, à des altitudes supérieures à 10 bars, donnant aux scientifiques un aperçu d’un renversement inattendu de la météorologie et de la circulation.
La grande tache rouge de Jupiter à PJ18 (2019), montrant de gros flocons de matière rouge à l’ouest (à gauche) du vortex. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
Le Dr Leigh Fletcher, professeur agrégé en sciences planétaires à l’Université de Leicester et scientifique participant à la mission Juno, est l’auteur principal de l’étude, publiée dans le Journal of Geophysical Research-Planets. Il a dit:
« L’un des principaux objectifs de Junon était de scruter sous le voile nuageux de l’atmosphère de Jupiter et de sonder les couches cachées les plus profondes.
« Notre étude a montré que ces bandes colorées ne sont que la ” partie émergée de l’iceberg “, et que les bandes des latitudes moyennes s’étendent non seulement en profondeur, mais semblent changer de nature au fur et à mesure que vous descendez.
« Nous avons appelé la zone de transition la jovicline, et sa découverte n’a été rendue possible que par l’instrument à micro-ondes de Juno.
Les ceintures et zones de Jupiter observées en lumière micro-ondes, comparées aux couleurs des sommets des nuages (à gauche) et aux vents au sommet des nuages (à droite). Deux longueurs d’onde de la lumière micro-ondes sont affichées, l’une détectant les altitudes au-dessus du nuage d’eau et l’autre détectant sous les nuages d’eau. Crédit : NASA/JPL/SwRI/Université de Leicester
L’un des attributs les plus remarquables de Jupiter est son apparence distincte en bandes. Les planétologues appellent la lumière des bandes blanchâtres zones, et les plus sombres, rougeâtres ceintures. Les vents planétaires de Jupiter circulent en sens inverse, est et ouest, sur les bords de ces bandes colorées. Une question clé est de savoir si cette structure est confinée au sommet des nuages de la planète, ou si les ceintures et les zones persistent avec une profondeur croissante.
Une enquête sur ce phénomène est l’un des principaux objectifs de la mission Juno de la NASA, et le vaisseau spatial transporte pour la première fois un radiomètre à micro-ondes spécialement conçu pour mesurer les émissions des profondeurs de la plus grande planète du système solaire.
L’équipe Juno utilise les données de cet instrument pour examiner la nature des ceintures et des zones en scrutant plus profondément l’atmosphère jovienne que jamais auparavant.
Le radiomètre micro-ondes de Juno fonctionne dans six canaux de longueur d’onde allant de 1,4 cm à 50 cm, et ceux-ci permettent à Juno de sonder l’atmosphère à des pressions commençant au sommet de l’atmosphère près de 0,6 bar jusqu’à des pressions supérieures à 100 bars, à environ 250 km de profondeur.
Au sommet des nuages, les ceintures de Jupiter apparaissent lumineuses avec l’émission de micro-ondes, tandis que les zones restent sombres. Une émission de micro-ondes lumineuse signifie soit des températures atmosphériques plus chaudes, soit une absence de gaz ammoniac, qui absorbe fortement la lumière des micro-ondes.
Cette configuration persiste jusqu’à environ cinq barres. Et à des pressions supérieures à 10 bars, le motif s’inverse, les zones devenant lumineuses aux micro-ondes et la ceinture devenant sombre. Les scientifiques pensent donc que quelque chose – que ce soit les températures physiques ou l’abondance d’ammoniac – doit donc changer avec la profondeur.
Le Dr Fletcher appelle cette région de transition entre 5 et 10 bars la jovicline, une comparaison avec la région thermocline des océans de la Terre, où l’eau de mer passe brusquement d’une chaleur relative à une froideur relative. Les chercheurs observent que la jovicline coïncide presque avec une couche atmosphérique stable créée par la condensation de l’eau.
Dr Scott Bolton, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA (JPL), est le chercheur principal (IP) de la mission Juno. Il a dit:
“Ces résultats étonnants donnent un premier aperçu de la façon dont les zones et ceintures célèbres de Jupiter évoluent avec la profondeur, révélant le pouvoir d’étudier l’atmosphère de la planète géante en trois dimensions.”
Il existe deux mécanismes possibles qui pourraient être responsables du changement de luminosité, chacun impliquant des conclusions physiques différentes.
Un mécanisme est lié à la distribution du gaz ammoniac dans les ceintures et les zones. L’ammoniac est opaque aux micro-ondes, ce qui signifie qu’une région avec relativement moins d’ammoniac brillera plus fort dans les observations de Juno. Ce mécanisme pourrait impliquer un système empilé de cellules de circulation opposées, similaire aux modèles des tropiques et des latitudes moyennes de la Terre.
Ces modèles de circulation entraîneraient un affaissement dans les ceintures à faible profondeur et une remontée dans les ceintures à des niveaux plus profonds – ou des tempêtes et des précipitations vigoureuses, déplaçant le gaz ammoniac d’un endroit à l’autre.
Une autre possibilité est que le gradient d’émission corresponde à un gradient de température, des températures plus élevées entraînant une plus grande émission de micro-ondes.
Les températures et les vents sont liés, donc si ce scénario est correct, les vents de Jupiter peuvent augmenter avec la profondeur sous les nuages jusqu’à ce que nous atteignions la jovicline, avant de s’estomper dans l’atmosphère plus profonde – ce qui a également été suggéré par la sonde Galileo de la NASA en 1995, qui mesuré la vitesse du vent alors qu’il descendait sous un parachute dans les nuages de Jupiter.
Le scénario probable est que les deux mécanismes sont à l’œuvre simultanément, chacun contribuant à une partie de la variation de luminosité observée. La course est maintenant lancée pour comprendre pourquoi la circulation de Jupiter se comporte de cette manière, et si cela est vrai pour les autres planètes géantes de notre système solaire.
‘Jupiter’s Temperate Belt/Zone Contrasts Revealed at Depth by Juno Microwave Observations’ est publié dans le Journal of Geophysical Research-Planets.
Des scientifiques de l’Université de Leicester ont été membres de l’équipe Juno tout au long de sa mission principale de 5 ans, en orbite autour de la géante gazeuse. Plus tôt cette année, des chercheurs de Leicester ont révélé une solution à la «crise énergétique» de Jupiter, en collaboration avec des collègues de l’Agence spatiale japonaise (JAXA), l’Université de Boston, le Goddard Space Flight Center de la NASA et le National Institute of Information and Communications Technology (NICT).
Leurs recherches, publiées dans La nature, a montré que les puissantes aurores de Jupiter sont responsables du chauffage à l’échelle de la planète, bien qu’elles ne couvrent que moins de 10 % de la superficie de la planète.
Les astronomes et planétologues de Leicester devraient également diriger les observations de Jupiter à partir du prochain Télescope spatial James Webb, et jouer un rôle de premier plan dans la science et l’instrumentation sur Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) de l’Agence spatiale européenne (ESA), dont le lancement est prévu en 2022.
Référence : “Jupiter’s Temperate Belt/Zone Contrasts Revealed at Depth by Juno Microwave Observations” par LN Fletcher, FA Oyafuso, M. Allison, A. Ingersoll, L. Li, Y. Kaspi, E. Galanti, MH Wong, GS Orton, K. Duer, Z. Zhang, C. Li, T. Guillot, SM Levin et S. Bolton, 28 octobre 2021, Journal des planètes de recherche géophysique.
DOI : 10.1029/2021JE006858
