De nouvelles observations de la Grande Tache Rouge sur Jupiter ont révélé que l'atmosphère de la planète au-dessus et autour de la fameuse tempête est étonnamment intéressante et active. Ce graphique montre la région observée par Webb – d'abord sa position sur une image NIRCam de la planète entière (à gauche), et la région elle-même (à droite), imagée par le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec). Crédit : ESA/Webb, NASA et CSA, équipe Jupiter ERS, J. Schmidt, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb)
En utilisant le Télescope spatial James Webbles scientifiques ont observé la région au-dessus JupiterVisitez l'emblématique Grande Tache Rouge pour découvrir une gamme de caractéristiques inédites. La région, jusqu'alors considérée comme banale par nature, abrite une variété de structures et d'activités complexes.
Les observations récentes du télescope NIRSpec de Webb ont révélé des détails surprenants sur la haute atmosphère de Jupiter, en particulier au-dessus de la Grande Tache Rouge, montrant des structures complexes influencées par les ondes gravitationnelles. Ces résultats, capturés grâce aux capacités de haute résolution de Webb, pourraient soutenir la mission Jupiter Icy Moons Explorer (Juice), améliorant ainsi notre compréhension de Jupiter et de ses lunes.
Dévoilement de l'atmosphère de Jupiter
Jupiter est l'un des objets les plus brillants du ciel nocturne et il est facilement visible par temps clair. Mis à part les aurores boréales et australes brillantes dans les régions polaires de la planète, la lueur de la haute atmosphère de Jupiter est faible et il est donc difficile pour les télescopes terrestres de discerner les détails dans cette région. Cependant, la sensibilité infrarouge de Webb permet aux scientifiques d'étudier la haute atmosphère de Jupiter au-dessus de la célèbre Grande Tache Rouge avec des détails sans précédent.
La haute atmosphère de Jupiter est l'interface entre le champ magnétique de la planète et l'atmosphère sous-jacente. On peut y observer les aurores boréales et australes, qui sont alimentées par les matériaux volcaniques éjectés par Io, la lune de Jupiter. Cependant, plus près de l'équateur, la structure de la haute atmosphère de la planète est influencée par la lumière solaire incidente. Comme Jupiter ne reçoit que 4 % de la lumière solaire reçue sur Terre, les astronomes ont prédit que cette région serait de nature homogène.
La Grande Tache Rouge de Jupiter a été observée par le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) en juillet 2022, en utilisant les capacités de l'unité de champ intégral de l'instrument. Les observations de l'équipe dans le cadre du programme Early Release Science visaient à déterminer si cette région était en fait terne, et la région située au-dessus de l'emblématique Grande Tache Rouge a été ciblée pour les observations de Webb. L'équipe a été surprise de découvrir que la haute atmosphère abrite une variété de structures complexes, notamment des arcs sombres et des points lumineux, sur l'ensemble du champ de vision.
Les observations de Webb NIRSpec montrent la lumière infrarouge émise par les molécules d'hydrogène dans l'ionosphère de Jupiter. Ces molécules se trouvent à plus de 300 km au-dessus des nuages de la tempête, où la lumière du Soleil ionise l'hydrogène et stimule cette émission infrarouge. Sur cette image, les couleurs plus rouges montrent l'émission d'hydrogène à ces hautes altitudes dans l'ionosphère de la planète. Les couleurs plus bleues montrent la lumière infrarouge provenant des altitudes plus basses, y compris les sommets des nuages dans l'atmosphère et la très proéminente Grande Tache Rouge.
Jupiter est éloignée du Soleil et reçoit donc une lumière du jour uniforme et faible. La majeure partie de la surface de la planète est donc relativement sombre à ces longueurs d'onde infrarouges, en particulier par rapport à l'émission des molécules proches des pôles, où le champ magnétique de Jupiter est particulièrement puissant. Contrairement aux attentes des chercheurs qui pensaient que cette zone devait donc paraître homogène, elle abrite une variété de structures complexes, notamment des arcs sombres et des points lumineux, sur l'ensemble du champ de vision.
Crédits : ESA/Webb, NASA et ASC, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb)
Des découvertes surprenantes au-dessus de la Grande Tache Rouge
« Nous pensions, peut-être naïvement, que cette région serait vraiment ennuyeuse », a confié le chef d’équipe Henrik Melin de l’Université de Leicester au Royaume-Uni. « Elle est en fait tout aussi intéressante que les aurores boréales, voire plus. Jupiter ne cesse jamais de nous surprendre. »
Bien que la lumière émise par cette région soit générée par la lumière du soleil, l’équipe suggère qu’il doit exister un autre mécanisme modifiant la forme et la structure de la haute atmosphère.
« L’une des façons de modifier cette structure est d’utiliser des ondes gravitationnelles, semblables à celles des vagues qui s’écrasent sur une plage et créent des ondulations dans le sable », explique Henrik. « Ces ondes sont générées dans les profondeurs de la basse atmosphère turbulente, tout autour de la Grande Tache rouge, et elles peuvent se déplacer en altitude, modifiant la structure et les émissions de la haute atmosphère. »
Observations et implications futures
L'équipe explique que ces ondes atmosphériques peuvent être observées sur Terre à l'occasion, mais qu'elles sont beaucoup plus faibles que celles observées sur Jupiter par Webb. Ils espèrent également effectuer des observations complémentaires de Webb sur ces modèles d'ondes complexes à l'avenir pour étudier comment ces modèles se déplacent dans la haute atmosphère de la planète et pour développer notre compréhension du bilan énergétique de cette région et de la façon dont les caractéristiques évoluent au fil du temps.
Ces résultats pourraient également étayer les travaux de Juice, l'explorateur des lunes glacées de Jupiter de l'ESA, qui a été lancé le 14 avril 2023. Juice effectuera des observations détaillées de Jupiter et de ses trois grandes lunes océaniques – Ganymède, Callisto et Europe – avec un ensemble d'instruments de télédétection, de géophysique et in situ. La mission caractérisera ces lunes à la fois comme des objets planétaires et comme des habitats potentiels, explorera en profondeur l'environnement complexe de Jupiter et étudiera le système Jupiter dans son ensemble comme archétype des géantes gazeuses de l'Univers.
Réflexions sur l'impact de la recherche
Ces observations ont été prises dans le cadre du programme Early Release Science #1373 : Observations du système jovien par l'ERS comme démonstration des capacités du JWST pour la science du système solaire (Co-PIs : I. de Pater, T. Fouchet).
« Cette proposition ERS a été rédigée en 2017 », a déclaré Imke de Pater, membre de l'équipe du Université de Californie, Berkeley. « L’un de nos objectifs était d’étudier pourquoi la température au-dessus de la Grande Tache Rouge semblait être élevée, car à l’époque, des observations récentes avec le NASA L’Infrared Telescope Facility avait révélé des résultats très différents. Cependant, nos nouvelles données ont montré des résultats très différents.
Ces résultats ont été publiés dans Astronomie de la nature.
Webb est le télescope le plus grand et le plus puissant jamais lancé dans l'espace. Dans le cadre d'un accord de collaboration internationale, l'ESA a fourni le service de lancement du télescope, en utilisant le lanceur Ariane 5. En collaboration avec des partenaires, l'ESA a été responsable du développement et de la qualification des adaptations d'Ariane 5 pour la mission Webb et de l'approvisionnement du service de lancement par Arianespace. L'ESA a également fourni le spectrographe NIRSpec, un outil de travail indispensable, et 50 % de l'instrument dans l'infrarouge moyen MIRIqui a été conçu et construit par un consortium d'instituts européens financés au niveau national (le consortium européen MIRI) en partenariat avec JPL et l'Université de l'Arizona.
Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC).
