Une étude de la structure atmosphérique de Saturne à l'aide des données du télescope spatial James Webb (JWST) a révélé des caractéristiques complexes et mystérieuses invisibles auparavant sur n'importe quelle planète de notre système solaire.
Les résultats ont été présentés par le professeur Tom Stallard de l'Université de Northumbria, au Royaume-Uni, lors de la réunion conjointe de l'EPSC-DPS2025 à Helsinki, et publiée dans la revue Lettres de recherche géophysique.
« Cette occasion d'utiliser JWST était la première fois que nous sommes en mesure de faire de telles observations détaillées sur l'infrarouge de l'Aurora et de l'atmosphère supérieure de Saturne. Les résultats ont été une surprise totale », a déclaré Stallard.
« Nous avons prévu de voir les émissions dans de larges bandes à différents niveaux. Au lieu de cela, nous avons vu des modèles à grande échelle de perles et d'étoiles qui, bien que nous avons été séparés par d'énormes distances d'altitude, peuvent être liés en quelque sorte – et peuvent également être liés à l'hexagone célèbre plus loin dans les clichés de Saturne. Ces caractéristiques étaient complètement inattendues et, actuellement, sont complètement inattendues. »
L'équipe internationale de chercheurs, comprenant 23 scientifiques d'institutions à travers le Royaume-Uni, les États-Unis et la France, a fait les découvertes pendant une période d'observation continue de 10 heures le 29 novembre 2024, alors que Saturne tournait sous le point de vue de JWST.
L'équipe s'est concentrée sur la détection des émissions infrarouges par une forme moléculaire chargée positivement d'hydrogène, H₃⁺, qui joue un rôle clé dans les réactions dans l'atmosphère de Saturne et peut donc fournir des informations précieuses sur les processus chimiques et physiques au travail.
Le spectrographe proche infrarouge de JWST a permis à l'équipe d'observer simultanément les ions H₃⁺ de l'ionosphère, à 1 100 kilomètres au-dessus de la surface nominale de Saturne et des molécules de méthane dans la stratosphère sous-jacente, à une altitude de 600 kilomètres.
Dans le plasma chargé de l'électricité de l'ionosphère, l'équipe a observé une série de caractéristiques sombres en forme de perles incrustées dans des halos auroraux brillants. Ces structures sont restées stables pendant des heures mais semblaient dériver lentement sur des périodes plus longues.
Environ 500 kilomètres plus bas, dans la stratosphère de Saturne, l'équipe a découvert une caractéristique asymétrique en forme d'étoile. Cette structure inhabituelle s'est étendue du pôle Nord de Saturne vers l'équateur. Seuls quatre des six bras de l'étoile étaient visibles, avec deux mystérieusement manquants, créant un motif déséquilibré.
« L'atmosphère supérieure de Saturne s'est révélée incroyablement difficile à étudier avec des missions et des installations de télescope à ce jour en raison des émissions extrêmement faibles de cette région », a déclaré Stallard.
« La sensibilité incroyable de JWST a révolutionné notre capacité à observer ces couches atmosphériques, révélant des structures qui sont complètement différentes de tout ce que nous avons vu auparavant sur n'importe quelle planète. »
L'équipe a cartographié les emplacements exacts des caractéristiques et a constaté qu'ils ont superposé la même région de Saturne à différents niveaux, les bras de l'étoile semblant émaner de positions directement au-dessus des points de l'hexagone au niveau de la tempête-nuage. Cela suggère que les processus qui conduisent les modèles peuvent influencer une colonne s'étendant à travers l'atmosphère de Saturne.
« Nous pensons que les perles sombres peuvent résulter d'interactions complexes entre la magnétosphère de Saturne et son atmosphère rotative, offrant potentiellement de nouvelles perspectives sur l'échange d'énergie qui entraîne une aurore de Saturne. Le motif d'étoile asymétrique suggère des processus atmosphériques inconnus auparavant observés profondément dans la stratosphère de Saturn dans l'atmosphère de Saturn.
« Tantalisant, les perles les plus sombres de l'ionosphère semblent s'aligner avec le bras étoilé le plus fort de la stratosphère, mais il n'est pas clair à ce stade s'ils sont réellement liés ou si ce n'est qu'une coïncidence. »
Bien que les deux fonctionnalités puissent avoir des implications importantes pour comprendre la dynamique atmosphérique sur les planètes géantes du gaz, plus de travail est nécessaire pour fournir des explications pour les causes sous-jacentes.
L'équipe espère que du temps supplémentaire pourrait être accordé à l'avenir pour effectuer des observations de suivi de Saturne avec JWST pour explorer davantage les fonctionnalités. Avec la planète à son équinoxe, qui se produit environ tous les 15 ans de terre, les structures peuvent changer considérablement alors que l'orientation de Saturne vers le soleil se déplace et que l'hémisphère nord se déplace en automne.
« Étant donné qu'aucune couche atmosphérique ne peut être observée à l'aide de télescopes au sol, la nécessité d'observations de suivi JWST pendant ce temps clé de changement saisonnier sur Saturne est pressant », a ajouté Stallard.
