Les gigantesques cyclones super polaires de Jupiter sont là pour rester

Pentagone de tourbillons. Mosaïque d’images infrarouges du pôle sud de Jupiter. Crédit : NASA/SWRI/JPL/ASI/INAF/IAPS

Les scientifiques de l’Institut Weizmann révèlent comment les gigantesques cyclones restent stables aux deux Jupiterles poteaux.

Jusqu’à récemment, avant NasaLa sonde spatiale Juno est entrée en orbite autour de la planète Jupiter, personne ne savait que de puissants cyclones, approximativement de la taille de l’Australie, faisaient rage dans ses régions polaires. Les tempêtes de Jupiter, contrairement à leur variété terrestre, ne se dispersent pas, changent à peine et ne sont clairement pas associées aux toits volants et aux reporters météorologiques humides. Dans un article publié récemment dans Géosciences de la nature, des chercheurs du Weizmann Institute of Science révèlent les mystères des cyclones de Jupiter : quelles forces sont à l’œuvre pour fixer ces orages gargantuesques à leurs emplacements polaires, et pourquoi leurs nombres et emplacements restent plus ou moins constants au fil du temps.

“Nous pouvons considérer Jupiter comme un laboratoire climatique idéal”, déclare le professeur Yohai Kaspi du département des sciences de la Terre et des planètes de Weizmann. La Terre est un système complexe et multivariable : elle a des océans et une atmosphère, des continents, une biologie – et bien sûr, une activité humaine. Jupiter, d’autre part, la plus grande planète de notre système solaire, est composée de gaz et est donc un système beaucoup plus facile à étudier, un système pour lequel nous pouvons créer des prédictions et tester des hypothèses. Les données nécessaires à ces prédictions et hypothèses sont collectées par Juno, une sonde de recherche lancée par la NASA en 2011 et entrée sur l’orbite de Jupiter mi-2016. Kaspi, co-investigateur de la NASA sur la mission Juno, a été témoin de l’une de ses découvertes les plus excitantes : les tempêtes cycloniques tourbillonnant autour des pôles de la planète.

Six cyclones au pôle sud de Jupiter capturés par la lentille infrarouge de Juno en février 2017. Étonnamment organisé et ressemblant à un plateau rond de brioches à la cannelle. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

« Si nous regardons des images plus anciennes de Jupiter prises avant 2016 », dit Kaspi, « nous voyons que les pôles étaient généralement représentés comme de grandes zones grises parce que personne ne savait alors à quoi ils ressemblaient réellement. » La raison en est que le système solaire est organisé sur un même plan, qui est très proche du plan de l’équateur de Jupiter. Par conséquent, les observations passées de la planète qui ont été effectuées depuis la Terre, ou lors de missions spatiales antérieures, ne pouvaient pour la plupart capturer que les basses latitudes de Jupiter. Ainsi, l’une des innovations notables de la mission Juno est son orbite polaire, qui a permis aux chercheurs d’observer en détail pour la première fois les pôles tumultueux de Jupiter. C’est exactement ainsi que les cyclones ont été exposés, étonnamment organisés et ressemblant à un plateau rond de brioches à la cannelle, le long de la latitude 84°N et S. De plus, les données recueillies à partir des nombreuses orbites de Juno autour de Jupiter indiquent que le nombre de cyclones reste fixe – huit sont actifs autour du pôle nord et cinq autour du sud. “Cette découverte était très surprenante à l’époque”, explique Kaspi, “car nous nous attendions à ce que les pôles soient plus ou moins symétriques.” Dans un étude précédente, Kaspi a utilisé le manque de symétrie du champ gravitationnel de Jupiter pour déterminer la profondeur des fortes ceintures de vent est-ouest caractéristiques de l’atmosphère de la planète.

Kaspi : « Les pôles de Jupiter et des autres planètes gazeuses sont peut-être les derniers points du système solaire qu’il reste encore à explorer »

Sur Terre, les tempêtes tropicales cycloniques se forment dans les zones où la température de l’eau dépasse 26 degrés Celsius – généralement au centre des océans Atlantique et Pacifique – et ils dérivent dans un mouvement circulaire vers les pôles, en raison d’une traction résultant de la rotation de la planète. Sur Jupiter, en revanche, de forts courants-jets empêchent ces tempêtes de se former en dessous de la latitude 60º – ce n’est qu’au-dessus que les courants sont suffisamment faibles pour permettre aux cyclones de faire rage. Qu’est-ce qui fait que ces tempêtes particulières sur Jupiter s’installent à 84 ° de latitude ? Selon la nouvelle étude, les cyclones de Jupiter sont en effet attirés par les pôles, mais la tempête polaire située au centre de l’anneau de cyclones les repousse, les empêchant d’atteindre le pôle lui-même.

« Tant que les cyclones restent à distance du pôle, ils sont attirés par celui-ci. Mais plus ils s’approchent, plus ils sont fortement repoussés », explique le doctorant Nimrod Gavriel du groupe de recherche de Kaspi, dont la thèse porte sur l’élucidation de ce phénomène. « La question est de savoir si l’effet de répulsion est suffisamment fort pour résister à l’attraction du pôle. La latitude 84º est l’endroit où ces forces s’intensifient. Gavriel et Kaspi proposent un modèle mathématique qui considère le diamètre du cyclone polaire (qui est plus grand au pôle sud qu’au nord), la distance minimale possible entre chaque cyclone, la superficie autour de la latitude 84º et la taille des cyclones et leur rotation, et qui prédit avec précision la présence de huit cyclones à travers le pôle nord. Quant au pôle sud, d’après leurs calculs, le nombre de cyclones devrait être de 5,62. Ce nombre est cohérent avec les données recueillies par Juno : en réalité ce nombre ne peut pas exister, mais les cinq tempêtes australes se séparent souvent en six tempêtes, comme observé lors des dix-huitième et trente-quatrième orbites de la sonde autour de Jupiter. Le modèle proposé explique également pourquoi ce phénomène est absent sur la planète voisine la plus proche de Jupiter – Saturne.

Juno planant au-dessus du pôle sud de Jupiter. En orbite autour de la plus grande planète du système solaire depuis 2016. Crédit : NASA

“Nous essayons de comprendre la dynamique atmosphérique à grande échelle, et fournir une explication réussie du phénomène des cyclones polaires de Jupiter nous donne l’assurance que nous savons vraiment ce qui se passe là-bas”, a déclaré Kaspi. Cette confiance peut être primordiale pour nous ici sur Terre, car une meilleure compréhension des cyclones pourrait aider les météorologues à prédire, par exemple, comment le réchauffement de notre planète affectera le mouvement des tempêtes à travers elle – un défi auquel l’humanité sera très probablement confrontée. dans le futur proche. Mais la fascination de Kaspi pour l’exploration de Jupiter est plus simple : « Il n’y a pas de nouvelles îles à découvrir dans le Pacifique, et la plupart des corps planétaires du système solaire ont déjà été cartographiés. Les pôles de Jupiter et des autres planètes gazeuses sont peut-être les derniers points du système solaire qu’il reste encore à explorer.

Le diamètre de chacun des cyclones de Jupiter est d’environ 4 000 à 5 000 kilomètres, et ils tournent à des vitesses allant jusqu’à 360 kilomètres par heure.

“Nous nous attendons à ce que des données plus précieuses arrivent de Juno au cours des deux prochaines années”, ajoute Kaspi, à la suite de la récente prolongation de la mission Juno jusqu’en 2025. “En raison des changements progressifs de l’orbite polaire du vaisseau spatial, il se rapproche maintenant et plus proche du pôle nord de Jupiter, nous permettant d’obtenir des informations sur cette région polaire à partir de plusieurs instruments spécialisés », conclut-il.

Référence : « Le nombre et l’emplacement des cyclones circumpolaires de Jupiter expliqués par la dynamique du tourbillon » par Nimrod Gavriel et Yohai Kaspi, 19 juillet 2021, Géosciences de la nature.
DOI : 10.1038 / s41561-021-00781-6