jeudi 7 septembre 2017

Les aurores polaires de Jupiter sont différentes des aurores terrestres


L’un des objectifs majeurs de la sonde Juno en orbite autour de Jupiter est d’étudier les aurores polaires de la géante gazeuse. Les premières analyses viennent d’être publiées et montrent que les aurores joviennes les plus intenses ne sont pas produites par le même processus que dans le cas des plus intenses aurores terrestres.




Sur Terre, les aurores les plus intenses sont produites lorsque des électrons ou des protons sont accélérés par un potentiel électrique relativement stable généré le long des lignes du champ magnétique terrestre. Ces particules chargées fortement accélérées viennent ioniser les molécules de la haute atmosphère, produisant ses volutes colorées si impressionnantes, après désexcitation et réémission dans les longueurs d’ondes visibles.

L’équipe de Barry Mauk (Johns Hopkins University) a exploité les données acquises lors des premiers périjoves de Juno (le premier a eu lieu le 27 aout 2016) par les instruments JEDI (Jupiter Energetic Particle Detector Instrument) et JADE (Jupiter Auroral Distribution Experiment). Les résultats qu’ils publient cette semaine dans la revue Nature indiquent que pour les petites aurores de Jupiter, les processus en œuvre sont assez similaires à ceux observés pour les intenses aurores sur Terre, quoiqu’avec un potentiel électrique beaucoup plus important, qui peut atteindre 400 kV (30 fois plus que sur Terre). Mais pour ce qui concerne les aurores joviennes les plus intenses, des phénomènes bien différents apparaissent. Les champs électriques ne s’alignent pas avec les aurores qui sont observées. Les chercheurs américains en concluent que les aurores les plus intenses ne doivent pas être  produites simplement par l’apparition d’un potentiel électrique le long des lignes de champ magnétique. Ce que montrent en fait les données de Juno dans ses mesures du champ magnétique de Jupiter, c’est que ce dernier est très instable et il peut alors engendrer des potentiels électriques turbulents et oscillants à la manière de grandes « vagues » (des ondes de Alfvén). Or, de telles variations rapides du potentiel électrique génèrent aussitôt une accélération ou une succession d’accélérations sur les électrons, pouvant facilement les porter à des énergies élevées et être à l’origine de ces aurores les plus intenses (on parle alors d’accélération à « large bande »).


Ces observations des aurores de Jupiter sont contre-intuitives pour les spécialistes car le phénomène de turbulence du potentiel électrique et l’apparition d’ondes de champ existe aussi chez nous, mais sur Terre, il est à l’origine des aurores les plus faibles (on les appelle les aurores Alfvéniques). Les processus en jeu paraissent ainsi inversés entre la Terre et Jupiter. Le processus qui produit les aurores les plus faibles sur Terre produit les aurores les plus intenses sur Jupiter, et inversement.
Ce qui intrigue Barry Mauk et ses collègues, c’est la phase de transition entre les deux régimes qui coexistent sur Jupiter. Comment passe-t-on d’un phénomène d’accélération cohérente, qui s’avère minoritaire, à un phénomène d’accélération reposant sur la turbulence, majoritaire ? Les auteurs évoquent la possibilité que les aurores joviennes débutent toutes dans le mode cohérent (accélération « discrète ») mais que très vite, quand les courants deviennent forts, ils induiraient des instabilités électromagnétiques qui conduisent aux phénomènes stochastiques et aux oscillations de potentiel observés et donc à des accélérations à large bande.

Cette hypothèse devrait pouvoir être testée plus en détails grâce aux prochains survols de Juno à proximité immédiate des pôles de Jupiter, une sonde en pleine forme qui n’a pas fini sa mission.


Source

Discrete and broadband electron acceleration in Jupiter’s powerful aurora
B. H. Mauk, D. K. Haggerty, C. Paranicas, G. Clark,        P. Kollmann, A. M. Rymer, S. J. Bolton, S. M. Levin, A. Adriani, F. Allegrini, F. Bagenal, B. Bonfond, J. E. P. Connerney, G. R. Gladstone, W. S. Kurth, D. J. McComas & P. Valek
Nature 549, 66–69 (07 September 2017)

Illustration

Image de deux aurores en ultra-violet (imageur UVS de Juno) : a, au pôle Sud, observée lors du 4ème périjove le 2 février 2017; b, au pôle Nord, durant le 3ème périjove, le 11 décembre 2016. Le tracé en rouge indique la trajectoire de la sonde Juno lors de ses survols (Mauk et al., Nature).