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Fast and Furious : le courant-jet secret de Jupiter accélère jusqu’à 500 km/h

Jupiter (Webb NIRCam Image)

Cette image de Jupiter prise par la NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope spatial James Webb de la NASA montre des détails époustouflants de la majestueuse planète en lumière infrarouge. Sur cette image, la luminosité indique une altitude élevée. Les nombreuses « taches » et « traînées » d’un blanc brillant sont probablement des sommets de nuages ​​​​à très haute altitude de tempêtes convectives condensées. Les aurores, apparaissant en rouge sur cette image, s’étendent à des altitudes plus élevées au-dessus des pôles nord et sud de la planète. En revanche, les rubans sombres au nord de la région équatoriale sont peu nuageux. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatoire de Paris), Leigh Fletcher (Université de Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)

Le Télescope spatial James Webb découvert un courant-jet inédit dans Jupiterl’atmosphère. Des phénomènes similaires ont été observés sur Saturneet les deux peuvent être liés aux variations de température dans les atmosphères respectives.

Les courants-jets à grande vitesse sont une caractéristique commune dans l’atmosphère de nombreuses planètes. Sur Terre, des courants-jets se forment à différentes latitudes et serpentent autour de la planète, changeant de latitude et atteignant des vitesses approchant les 400 km/h à une altitude de plus de 10 km au-dessus de la surface. Sur les planètes géantes Jupiter et Saturne, les courants-jets sont l’une des principales caractéristiques de l’atmosphère ; ils sont parfaitement alignés avec les parallèles et sont appelés jets zonaux. Sur Jupiter, ces jets alternent en direction à différentes latitudes pour atteindre des vitesses maximales proches de 500 km/h.

Images de Jupiter par le télescope spatial Webb

Images de Jupiter obtenues par le JWST (à gauche) Composition en fausses couleurs. (Centre) Image obtenue à une longueur d’onde sensible aux nuages ​​supérieurs. (À droite) Image obtenue à une longueur d’onde sensible aux nuages ​​inférieurs. Crédit : NASA/ESA/CSA et équipe Jupiter Early Release Science. Traitement : Ricardo Hueso (UPV/EHU)

Observation du télescope spatial James Webb

Le 27 juillet 2022, le télescope spatial James Webb (JWST) a observé l’atmosphère de Jupiter dans le cadre d’un programme international « Early Science » dans lequel des chercheurs du Groupe de Sciences Planétaires de l’Université du Pays Basque (UPV/EHU) sont participant. Ricardo Hueso, professeur à la Faculté d’Ingénierie de Bilbao, a conçu et dirigé l’analyse de la séquence d’images acquises par le JWST de la planète.

L’analyse des données, maintenant publiée dans la revue Astronomie naturelle(1) montre la découverte d’un courant-jet dans l’atmosphère de Jupiter qui était passé inaperçu pendant des décennies. Agustín Sánchez-Lavega et Arrate Antuñano-Martín, professeurs à la Faculté d’Ingénierie de Bilbao, ont également participé à la découverte.

Structure des vents zonaux sur Jupiter

Structure des vents zonaux sur Jupiter à partir d’observations aux longueurs d’onde visibles (profil blanc) et dans différents filtres utilisés dans l’étude (lignes colorées comme indiqué sur la figure). L’image d’arrière-plan est une combinaison d’images JWST sensibles aux nuages ​​supérieurs. Panneau de gauche : Structure générale des vents zonaux. Graphique de droite : région équatoriale avec le nouveau courant-jet observé dans les nuages ​​supérieurs. Crédit : NASA/ESA/CSA et équipe Jupiter Early Release Science

Un Jupiter sombre pour un télescope brillant

Parce que Jupiter est une cible très brillante pour le JWST (dont la zone de collecte de lumière est 6,3 fois plus grande que celle du JWST). Le télescope spatial Hubble), les images ont été acquises à des longueurs d’onde dans lesquelles la majeure partie de la lumière est absorbée par les gaz de l’atmosphère. Les observations se sont donc concentrées sur les longueurs d’onde dans lesquelles Jupiter est la plus sombre. Cela signifiait également qu’à bon nombre de ces longueurs d’onde, Jupiter n’avait jamais été observée avec la qualité nécessaire pour résoudre les détails des systèmes météorologiques dans son atmosphère.

Grâce aux fonctionnalités du JWST, une vue tridimensionnelle des systèmes météorologiques de Jupiter a pu être obtenue : les nuages ​​​​plus hauts apparaissent brillants sur ces images, et les nuages ​​​​plus profonds apparaissent comme des régions sombres. Les observations JWST ont également été conçues pour obtenir une mesure des mouvements de l’atmosphère en prenant deux séries d’images séparées par une rotation complète de la planète, permettant ainsi une étude détaillée des mouvements des nuages.

Agustín Sánchez Lavega, Ricardo Hueso et Arrate Antuñano Martín

De gauche à droite : Agustín Sánchez Lavega, Ricardo Hueso et Arrate Antuñano Martín. Crédit : UPV/EHU

Découverte : Jet Stream équatorial

Les images JWST ont montré que les mouvements qui se produisent dans les nuages ​​couvrant l’équateur sont très différents de ceux observés dans les nuages ​​inférieurs. Ces nuages ​​sont si faibles qu’aucun détail ne peut y être vu dans les observations obtenues depuis la Terre ou même par différentes missions spatiales. Cependant, les images détaillées du JWST montrent qu’au niveau de ces nuages, les vents atteignent des vitesses de 500 km/h, tandis que dans les nuages ​​inférieurs, situés 30 km en dessous, ils n’atteignent que 250 km/h.

Phénomène universel chez les géantes gazeuses

L’étude publiée dans Nature Astronomy compare ce nouveau jet de Jupiter à la structure du courant-jet équatorial de la géante gazeuse Saturne, où en 2009 le groupe des sciences planétaires de l’UPV/EHU a découvert une structure de vent très similaire à celle maintenant révélée sur Jupiter, et découvert sur Saturne grâce aux observations faites par NASAc’est Cassini sonde spatiale.(2-3) Sur les deux planètes, il y a un jet équatorial rapide et étroit à une altitude d’environ 200 mbar suivi par le mouvement rapide des nuages ​​​​équatoriaux. Sur Jupiter et Saturne, les jets équatoriaux élevés peuvent être liés aux variations globales de température se produisant dans l’atmosphère de ces planètes sur une base cyclique toutes les quelques années, mais dont on pensait qu’elles étaient limitées en altitude aux niveaux stratosphériques à des altitudes de 30 à 150. km au-dessus du niveau du nouveau courant-jet équatorial. Si le nouveau jet de Jupiter est lié à ces oscillations de température dans la haute atmosphère, alors le courant-jet équatorial devrait avoir une intensité variable à la fois sur Jupiter et sur Saturne, et également à des niveaux beaucoup plus profonds que ne peuvent l’expliquer les modèles atmosphériques existants. Ces phénomènes intrigants se produisent près de la tropopause de Jupiter et de Saturne, précisément là où la dynamique atmosphérique change en raison de l’effet d’atténuation des forces de Coriolis et où les propriétés thermiques de l’atmosphère changent considérablement. Les futures observations JWST de Jupiter et de Saturne pourraient apporter un nouvel éclairage sur ces phénomènes.

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Le télescope spatial Webb révèle une nouvelle fonctionnalité dans l’atmosphère de Jupiter.

  1. « Un jet équatorial étroit et intense dans la basse stratosphère de Jupiter observé par JWST » par Ricardo Hueso, Agustín Sánchez-Lavega, Thierry Fouchet, Imke de Pater, Arrate Antuñano, Leigh N. Fletcher, Michael H. Wong, Pablo Rodríguez-Ovalle, Lawrence A Sromovsky, Patrick M. Fry, Glenn S. Orton, Sandrine Guerlet, Patrick GJ Irwin, Emmanuel Lellouch, Jake Harkett, Katherine de Kleer, Henrik Melin, Vincent Hue, Amy A. Simon, Statia Luszcz-Cook et Kunio M. Sayanagi , 19 octobre 2023, Astronomie naturelle.
    DOI : 10.1038/s41550-023-02099-2
  2. « Un puissant jet étroit à haute altitude détecté à l’équateur de Saturne » par E. García-Melendo, A. Sánchez-Lavega, J. Legarreta, S. Perez-Hoyos et R. Hueso, 23 novembre 2010, Lettres de recherche géophysique.
    DOI : 10.1029/2010GL045434
  3. « Une tempête durable et rapide comme guide pour la structure complexe du jet équatorial de Saturne » par A. Sánchez-Lavega, E. García-Melendo, S. Pérez-Hoyos, R. Hueso, MH Wong, A. Simon, JF Sanz-Requena , A. Antuñano, N. Barrado-Izagirre, I. Garate-Lopez, JF Rojas, T. del Río-Gaztelurrutia, JM Gómez-Forrellad, I. de Pater, L. Li et T. Barry, 8 novembre 2016, Communications naturelles.
    DOI : 10.1038/ncomms13262
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