À mesure que les taches solaires vont et viennent, le temps nuageux sur la planète géante bleue évolue également
Prévisions météo pour Neptune: Après un temps ensoleillé ces dernières années terrestres, nous verrons de plus en plus de nuages au cours des prochaines années.
En 1989, NASALe vaisseau spatial Voyager 2 de a fourni les premières images rapprochées de nuages linéaires et brillants, rappelant les cirrus sur Terre, vus haut dans l’atmosphère de Neptune. Ils se forment au-dessus de la majeure partie du méthane présent dans l’atmosphère de Neptune et reflètent toutes les couleurs de la lumière du soleil, ce qui les rend blancs.
Sur cette frontière gelée, le Soleil a toujours une influence sur le temps neptunien qui produit une couverture nuageuse. À une distance de Neptune de près de 3 milliards de kilomètres, le Soleil apparaît comme une étoile à 1/30ème du diamètre de la pleine Lune. Ce faible rayonnement ne représente que 1 % de la quantité de lumière stellaire reçue sur Terre.
Pourtant, l’influence du Soleil sur Neptune est devenue de plus en plus évidente lorsque les astronomes ont examiné 30 années d’observations de Neptune avec les télescopes Hubble et Keck. L’abondance des nuages de Neptune augmente et diminue sur un cycle de 11 ans. Le Soleil a également un cycle de 11 ans au cours duquel il devient orageux à mesure que ses champs magnétiques s’entremêlent, augmentant le nombre de taches solaires et le taux d’explosions violentes.
Des observations récentes du Le télescope spatial Hubble montrent que les nuages de Neptune disparaissent presque complètement ! Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
La disparition des nuages de Neptune liée au cycle solaire
Les astronomes ont découvert un lien entre l’abondance variable des nuages de Neptune et le cycle solaire de 11 ans, au cours duquel la croissance et le déclin des champs magnétiques intriqués du Soleil déterminent l’activité solaire.
Cette découverte découle de trois décennies d’observations de Neptune capturées par le télescope spatial Hubble de la NASA et l’observatoire WM Keck à Hawaï, ainsi que des données de l’observatoire Lick en Californie.
Le lien entre Neptune et l’activité solaire est surprenant pour les planétologues, car Neptune est la planète principale la plus éloignée de notre système solaire et reçoit la lumière du soleil avec environ 0,1 % de l’intensité que reçoit la Terre. Pourtant, le temps globalement nuageux de Neptune semble être dû à l’activité solaire, et non aux quatre saisons de la planète, qui durent chacune environ 40 ans.
Actuellement, la couverture nuageuse de Neptune est particulièrement clairsemée, à l’exception de quelques nuages planant au-dessus du pôle sud de la planète géante. Une équipe d’astronomes dirigée par l’Université de Californie (UC) Berkeley a découvert que l’abondance des nuages normalement observés aux latitudes moyennes du géant glacé a commencé à s’estomper en 2019.
« J’ai été surpris par la rapidité avec laquelle les nuages ont disparu sur Neptune », a déclaré Imke de Pater, professeur émérite d’astronomie à l’UC Berkeley et auteur principal de l’étude. « Nous avons essentiellement constaté une baisse de l’activité du cloud en quelques mois », a-t-elle déclaré.
Suivre les nuages de Neptune au fil des ans
« Même maintenant, quatre ans plus tard, les images les plus récentes que nous avons prises en juin dernier montrent toujours que les nuages ne sont pas revenus à leurs niveaux antérieurs », a déclaré Erandi Chavez, étudiante diplômée au Centre d’astrophysique | Harvard-Smithsonian (CfA) à Cambridge, Massachusetts, qui a dirigé l’étude alors qu’elle était étudiante en astronomie à l’UC Berkeley. « C’est extrêmement excitant et inattendu, d’autant plus que la période précédente d’activité de nuages bas sur Neptune n’était pas aussi dramatique et prolongée. »
Pour suivre l’évolution de l’apparence de Neptune, Chavez et son équipe ont analysé les images de l’observatoire Keck prises de 2002 à 2022, les observations d’archives du télescope spatial Hubble à partir de 1994 et les données de l’observatoire Lick en Californie de 2018 à 2019.
Ces dernières années, les observations de Keck ont été complétées par des images prises dans le cadre du programme Twilight Zone et du programme Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) de Hubble.
Les images révèlent un schéma intrigant entre les changements saisonniers de la couverture nuageuse de Neptune et le cycle solaire – la période pendant laquelle le champ magnétique du Soleil s’inverse tous les 11 ans à mesure qu’il s’emmêle comme une pelote de laine. Cela est évident dans le nombre croissant de taches solaires et dans l’activité croissante des éruptions solaires. À mesure que le cycle progresse, le comportement tumultueux du Soleil atteint son maximum, jusqu’à ce que le champ magnétique diminue et inverse la polarité. Ensuite, le Soleil redescend au minimum, pour ensuite démarrer un autre cycle.
Implications de l’activité solaire
Lorsque le soleil est orageux, un rayonnement ultraviolet (UV) plus intense inonde le système solaire. Les chercheurs ont découvert que deux ans après le pic du cycle solaire, un nombre croissant de nuages apparaissent sur Neptune. L’équipe a en outre découvert une corrélation positive entre le nombre de nuages et la luminosité de la géante de glace due à la lumière du soleil qui s’y reflète.
« Ces données remarquables nous fournissent la preuve la plus solide à ce jour que la couverture nuageuse de Neptune est en corrélation avec le cycle du Soleil », a déclaré de Pater. « Nos résultats soutiennent la théorie selon laquelle les rayons UV du Soleil, lorsqu’ils sont suffisamment forts, pourraient déclencher une réaction photochimique qui produirait les nuages de Neptune. »
Les scientifiques ont découvert le lien entre le cycle solaire et le régime nuageux de Neptune en examinant 2,5 cycles d’activité nuageuse enregistrés au cours des 29 années d’observations neptuniennes. Pendant ce temps, la réflectivité de la planète a augmenté en 2002, puis s’est atténuée en 2007. Neptune est redevenue brillante en 2015, puis s’est assombrie en 2020 jusqu’au niveau le plus bas jamais observé, date à laquelle la plupart des nuages ont disparu.
Les changements de luminosité de Neptune provoqués par le Soleil semblent augmenter et diminuer relativement en synchronisation avec le va-et-vient des nuages sur la planète. Cependant, il y a un décalage de deux ans entre le pic du cycle solaire et l’abondance des nuages observés sur Neptune. Les changements chimiques sont causés par la photochimie, qui se produit dans la haute atmosphère de Neptune et met du temps à former des nuages.
Approfondir le climat de Neptune
« C’est fascinant de pouvoir utiliser des télescopes sur Terre pour étudier le climat d’un monde situé à plus de 4 milliards de kilomètres de nous », a déclaré Carlos Alvarez, astronome à l’observatoire Keck et co-auteur de l’étude. « Les progrès de la technologie et des observations nous ont permis de contraindre les modèles atmosphériques de Neptune, qui sont essentiels pour comprendre la corrélation entre le climat de la géante de glace et le cycle solaire. »
Cependant, davantage de travail est nécessaire. Par exemple, même si une augmentation des rayons UV du soleil pourrait produire davantage de nuages et de brume, elle pourrait également les assombrir, réduisant ainsi la luminosité globale de Neptune. Les tempêtes sur Neptune s’élevant de l’atmosphère profonde affectent la couverture nuageuse, mais ne sont pas liées aux nuages produits photochimiquement et peuvent donc compliquer les études de corrélation avec le cycle solaire. Des observations continues de Neptune sont également nécessaires pour voir combien de temps durera la quasi-absence actuelle de nuages.
L’équipe de recherche continue de suivre l’activité cloud de Neptune. « Nous avons vu davantage de nuages dans les images Keck les plus récentes, prises au même moment où la NASA Télescope spatial James Webb observé la planète; ces nuages ont été particulièrement observés aux latitudes septentrionales et à haute altitude, comme prévu par l’augmentation observée du flux UV solaire au cours des deux dernières années environ », a déclaré de Pater.
Les données combinées de Hubble, du télescope spatial Webb, de l’observatoire Keck et de l’observatoire Lick permettront d’approfondir les recherches sur la physique et la chimie qui conduisent à l’apparition dynamique de Neptune. Ceci, à son tour, pourrait aider les astronomes à mieux comprendre non seulement Neptune, mais également les exoplanètes, car on pense que de nombreuses planètes situées au-delà de notre système solaire possèdent des qualités similaires à celles de Neptune.
Les résultats ont été publiés dans la revue Icare.
Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités de recherche en astronomie, à Washington, DC.