mardi 19 décembre 2017

Climat tourmenté sur Jupiter


Des oscillations atmosphériques quasi quadriennales ont été observées sur Jupiter en infra-rouge dès les années 1980. C'est aujourd'hui par une étude approfondie, et sur la durée d'un cycle complet, que ces oscillations (nommées QQO) ont été étudiées. Elles révèlent que ces mouvements atmosphériques s'étendent en profondeur dans l'atmosphère jovienne et ont des points communs avec les phénomènes atmosphériques terrestres.




Ce sont des différences de température atmosphérique qui permettent aux planétologues de suivre les mouvements de l'atmosphère de Jupiter. Ils utilisent pour cela des télescopes infra-rouge, notamment l'IRTF de la NASA (Infrared Telescope Facility). Grâce à leur spectrographe de haute résolution nommé TEXES, Richard Cosentino (Goddard Space Flight Center) et son équipe ont ainsi réussi à caractériser ces mouvements dans leur structure en profondeur, entre une pression de 0,1 hPa et 17 hPa, là où les données antérieures n'existaient qu'à une altitude correspondant à une pression de 10 hPa. C'est un véritable jet stream que les chercheurs observent, qui s'avère assez semblable aux jet streams existant à l'équateur dans la haute atmosphère de la Terre. Chez nous, ces vents de haute altitude changent de sens environ tous les deux ans, ces changement étant eux aussi accompagnés par des changements de température conséquents. Les astronomes ont observé l'évolution de ces mouvements de l'atmosphère jovienne durant un cycle complet de QQO, entre janvier 2012 et avril 2016.
Grâce à des simulations de l'atmosphère de Jupiter, Richard Cosentino et ses collaborateurs parviennent ensuite à reproduire très fidèlement le comportement des oscillations de température observées, à la fois dans le temps et dans l'espace (horizontalement et verticalement).

Sur la Terre, le phénomène d'inversion est appelé QBO (Quasi Biennial Oscillation), il a une période de 28 mois exactement. Lorsque le jet-stream équatorial s'écoule vers l'Est, il est associé à des températures "chaudes" et inversement, lorsqu'il s'écoule vers l'Ouest, des températures plus froides sont à l'oeuvre. Il semble que la phase de l'oscillation QBO soit intimement liée au transport d'ozone et de vapeur d'eau, ainsi qu'à la production de cyclones. Le phénomène sur Jupiter montre de fortes similitudes, avec une période plus longue, de 4 ans. Et Saturne aussi possède son oscillation, nommée elle QPO (Quasi Periodic Oscillation) mais a une période beaucoup plus longue (15 ans). 

Ces nouvelles observations de Jupiter sont les premières à s'étendre sur une durée aussi longue et sur une aussi grande zone atmosphérique (des latitudes entre -40° et +40°). Dans l'étude qu'ils publient cette semaine dans le Journal of Geophysical Research: planets, l'équipe de Richard Cosentino montre que le comportement du jet-stream équatorial de Jupiter à pour origine très probable la présence d'ondes de gravité dans la haute atmosphère, qui sont produites par un phénomène de convection des masses gazeuses situées à plus basse altitude. D'après Cosentino et ses collègues, ce sont ces ondes de gravité qui sont responsables  de l'inversion de direction, leurs simulations sont formelles. Sur la Terre aussi, des ondes de gravité atmosphériques sont mises en causes dans le comportement du jet-stream, mais elles ne sont toutefois pas suffisamment puissantes pour en être la cause unique.


Cette étude permet ainsi d'acquérir une meilleure compréhension des mécanismes et des phénomènes physiques qui agissent entre la basse et la haute atmosphère de Jupiter, et par extension, de tout type d'atmosphère en général. Malgré les nombreuses différences existant entre les atmosphères de la Terre et de Jupiter, les mécanismes de couplage entre la basse et la haute atmosphère des deux planètes apparaissent toutefois similaires, de quoi appliquer le modèle à tout type d'exoplanète possédant une atmosphère.


Source

New Observations and Modeling of Jupiter's Quasi-Quadrennial Oscillation
Richard G. Cosentino, Raúl Morales-Juberías, Thomas Greathouse, Glenn Orton, Perianne Johnson, Leigh N. Fletcher, Amy Simon
Journal of Geophysical Research: Planets (18 December 2017)


Illustration 

Jupiter imagée par Juno lors de son 9ème survol (NASA)