De puissants vents stratosphériques mesurés sur Jupiter pour la première fois

Grâce à ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), une équipe d’astronomes menée par des chercheurs du LAB a mesuré directement les vents dans la moyenne atmosphère de Jupiter pour la première fois. Ils ont mis en évidence des vents incroyablement puissants, dont la vitesse peut atteindre 1 450 kilomètres par heure, près des pôles de Jupiter. Ils pourraient représenter ce que l’équipe a décrit comme un « monstre météorologique unique dans notre système solaire ».

Jupiter est connue pour ses bandes rouges et blanches particulièrement distinctives : des nuages tourbillonnants de gaz en mouvement que les astronomes utilisent traditionnellement pour suivre les vents dans la basse atmosphère de Jupiter. Les astronomes ont également observé, près des pôles de Jupiter, des lueurs brillantes connues sous le nom d’aurores, qui semblent être associées à des vents forts dans la haute atmosphère de la planète. Mais, jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient jamais été en mesure de mesurer directement la dynamique des vents entre ces deux couches atmosphériques, dans la stratosphère.

Mesurer la vitesse des vents dans la stratosphère de Jupiter à l’aide de techniques de suivi des nuages est impossible en raison de l’absence de nuages dans cette partie de l’atmosphère. Cependant, les astronomes ont trouvé un autre outil de mesure avec la comète Shoemaker-Levy 9, qui est entrée en collision avec la géante gazeuse de façon spectaculaire en 1994. Cet impact a produit de nouvelles molécules dans la stratosphère de Jupiter, où elles se déplacent depuis lors au gré des vents.

Une équipe d’astronomes, dirigée par Thibault Cavalié du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux en France, a pu suivre l’une de ces molécules – le cyanure d’hydrogène – pour mesurer directement les  » courants-jets  » stratosphériques sur Jupiter. Les scientifiques utilisent le mot « courant-jet » pour désigner des bandes étroites de vent dans l’atmosphère, comme les courants-jets (ou jet stream) de la Terre.

« Le résultat le plus spectaculaire est la présence de puissants jets, dont la vitesse peut atteindre 400 mètres par seconde, qui sont situés sous les aurores près des pôles« , explique Thibault Cavalié. Ces vitesses de vent, équivalentes à environ 1450 kilomètres par heure, sont plus de deux fois supérieures aux vitesses maximales atteintes dans la Grande Tache Rouge de Jupiter et plus de trois fois supérieures à la vitesse du vent mesurée sur les plus fortes tornades de la Terre.

« Notre découverte indique que ces jets pourraient se comporter comme un vortex géant d’un diamètre pouvant atteindre quatre fois celui de la Terre, et d’une hauteur de quelque 900 kilomètres« , précise le coauteur Bilal Benmahi, également du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux. « Un vortex de cette taille serait un monstre météorologique unique dans notre système solaire« , ajoute Thibault Cavalié.

Les astronomes connaissaient l’existence de vents forts près des pôles de Jupiter, mais beaucoup plus haut dans l’atmosphère, à des centaines de kilomètres au-dessus de la zone visée par la nouvelle étude, qui est publiée aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics. Des études antérieures avaient prédit que ces vents de la haute atmosphère diminueraient en vitesse et disparaîtraient bien avant d’atteindre la stratosphère. « Les nouvelles données d’ALMA nous disent le contraire« , déclare Thibault Cavalié, ajoutant que la découverte de ces forts vents stratosphériques près des pôles de Jupiter a été une « vraie surprise« .

L’équipe a utilisé 42 des 66 antennes de haute précision d’ALMA, situées dans le désert d’Atacama au nord du Chili, pour analyser les molécules de cyanure d’hydrogène qui se déplacent dans la stratosphère de Jupiter depuis l’impact de Shoemaker-Levy 9. Les données d’ALMA leur ont permis de mesurer le décalage Doppler – de minuscules changements dans la fréquence du rayonnement émis par les molécules – causé par les vents dans cette région de la planète. « En mesurant ce décalage, nous avons pu déduire la vitesse des vents, un peu comme on peut déduire la vitesse d’un train qui passe par le changement de fréquence du klaxon du train« , explique le co-auteur de l’étude, Vincent Hue, un planétologue du Southwest Research Institute aux États-Unis.

En plus des surprenants vents polaires, l’équipe a également utilisé ALMA pour confirmer l’existence de forts vents stratosphériques autour de l’équateur de la planète, en mesurant directement leur vitesse, également pour la première fois. Les courants-jets repérés dans cette partie de la planète ont une vitesse moyenne d’environ 600 kilomètres par heure.

Les observations d’ALMA nécessaires pour suivre les vents stratosphériques aux pôles et à l’équateur de Jupiter ont nécessité moins de 30 minutes de temps de télescope. « Les hauts niveaux de détails que nous avons atteints en si peu de temps démontrent vraiment la puissance des observations d’ALMA« , explique Thomas Greathouse, scientifique au Southwest Research Institute aux États-Unis et coauteur de l’étude. « Pour moi ce fut vraiment incroyable de voir la première mesure directe de ces vents« .

« Ces résultats d’ALMA ouvrent une nouvelle fenêtre pour l’étude des régions aurorales de Jupiter, ce qui était vraiment inattendu il y a seulement quelques mois« , déclare Cavalié. « Ils ouvrent également la voie à des mesures similaires et plus approfondies qui seront effectuées par la mission JUICE et son instrument submillimétrique SWI« , ajoute Thomas Greathouse, en référence à la mission JUpiter ICy moons Explorer de l’Agence Spatiale Européenne, qui devrait être lancée dans l’espace l’année prochaine.

L’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, qui devrait voir sa première lumière dans le courant de la décennie, explorera également Jupiter. Ce télescope sera capable de faire des observations très détaillées des aurores de la planète, ce qui nous permettra de mieux comprendre l’atmosphère de Jupiter.

Plus d’informations

Cette recherche est présentée dans l’article « First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter » publié aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202140330).

L’équipe est composée de T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux – Centre national de la recherche scientifique [CNRS] et Université de Bordeaux [LAB], France, et du LESIA, Observatoire de Paris, CNRS, PSL Research University [LESIA], France), B. Benmahi (LAB), V. Hue (Southwest Research Institute [SwRI], USA), R. Moreno (LESIA), E. Lellouch (LESIA), T. Fouchet (LESIA), P. Hartogh (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung [MPS], Germany), L. Rezac (MPS), T. K. Greathouse (SwRI), G. R. Gladstone (SwRI), J. A. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA), M. Dobrijevic (LAB), F. Billebaud (LAB) et C. Jarchow (MPS).

L’ESO est la première organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe et l’observatoire astronomique le plus productif au monde. L’ESO est soutenu par 16 pays : l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, l’Irlande, l’Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’ESO conduit d’ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l’astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d’importantes découvertes scientifiques. L’ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l’organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L’ESO gère trois sites d’observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l’observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l’infrarouge. C’est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est l’un des plus grands télescopes conçus exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L’ESO est le partenaire européen d’ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L’ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d’un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L’ELT sera « l’œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l’Atacama (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l’ESO, la U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l’Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d’ALMA sont supervisées par l’ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l’Asie de l’Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

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Thibault Cavalié
Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux
Bordeaux, France
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