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Des grêlons d’ammoniaque tombent sur Jupiter

Mieux cerner la météorologie de cette planète permettra de mieux saisir celle d’exoplanètes gazeuses au-delà de notre système solaire.

Une tempête sur Jupiter prend la forme d'un tourbillon blanchâtre.

Une tempête observée dans l’hémisphère nord de Jupiter en juillet 2018. La partie centrale s’étend sur 3 200 x 3 800 km. Des nuages blancs d’ammoniac sont visibles, en rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Des nuages s’élevant jusqu’à 15 km au-dessus du reste (d’après l’ombre qu’ils laissent) sont visibles à plusieurs endroits, notamment dans la partie centrale supérieure du cyclone.

Photo :  NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Radio-Canada

Les orages qui font rage sur Jupiter génèrent des grêlons d’ammoniaque qui jouent un rôle important dans la dynamique atmosphérique de cette planète, la plus grosse de notre système solaire.

Des scientifiques français, japonais et américains ont analysé l’information récoltée par la sonde Juno en orbite autour de Jupiter depuis le 5 juillet 2016.

Ils publient cette semaine une série de trois articles dans les revues Nature (Nouvelle fenêtre) et JGR Planets (Nouvelle fenêtre) (en anglais) qui appuient la théorie de l’existence des grêlons d’ammoniaque sur Jupiter.

Le scientifique français Tristan Guillot de l’Observatoire de la Côte d'Azur et ses collègues ont parcouru les données obtenues par le radiomètre microondes embarqué dans la sonde de la NASA.

Illustration montrant un orage intense dans Jupiter. Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Représentation d’un orage intense dans Jupiter, prenant naissance environ 50 km sous les nuages visibles par la condensation de l’eau. Des courants ascendants transportent des cristaux de glace vers le haut.

Photo : NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS

Repères

  • Jupiter est la cinquième planète du système solaire.
  • Elle est située à 778 millions de km en moyenne du Soleil.
  • Elle est si imposante qu'elle pourrait contenir les sept autres planètes du système.
  • Elle parcourt son orbite autour du Soleil en 11,86 ans.
  • Elle est une géante gazeuse (comme Saturne, Uranus et Neptune). Ces planètes sont dites gazeuses en raison de l'épaisse atmosphère qui entoure leur noyau de dimension relativement faible.
  • Jupiter n'a pas de surface solide.

De l'importance de l'eau

L’eau est considérée comme l’un des éléments essentiels à la météorologie des planètes et joue un rôle prépondérant dans leur formation.

Par exemple, sur la Terre, les orages sont mus par la condensation de l’eau, et la présence de ses trois phases (solide, liquide et vapeur) est essentielle à la formation d’éclairs.

L’eau de Jupiter se déplace aussi grâce aux orages.

Photo de la surface de Jupiter où apparaissent plusieurs nuages, dont l’anticyclone connu sous le nom d’ovale blanc (white oval).

Cette image aux couleurs retouchées a été prise à 13 h 58 le 29 octobre dernier alors que Juno effectuait sa 16e approche de Jupiter. À ce moment-là, la sonde se trouvait à environ 7000 km des nuages les plus hauts de la planète, à une latitude d'environ 40° Nord. L’image montre des nuages tourbillonnants dans la ceinture tempérée nord de Jupiter. On y voit plusieurs nuages, dont l’anticyclone connu sous le nom d’ovale blanc (white oval).

Photo : NASA/JPL-Caltech /SwRI/MSSS /Gerald Eichstaedt/Sean Doran

En février dernier, des astrophysiciens américains estimaient que l’eau compte pour environ 0,25 % des molécules présentes dans l'atmosphère à l'équateur de Jupiter.

Les orages joviens se formeraient dans son atmosphère profonde, environ 50 km en dessous des nuages visibles, où la température avoisine 0 °C. Lorsque ces orages sont suffisamment intenses, ils apportent des cristaux de glace dans la haute atmosphère.

Les chercheurs pensent que lorsque ces cristaux interagissent avec de l’ammoniac gazeux, ce dernier agit comme un antigel et change la glace en liquide.

De l’eau mélangée à un tiers d’ammoniac reste liquide jusqu’à -100 °C. Les cristaux de glace qui ont été amenés haut dans l’atmosphère de Jupiter seraient ainsi liquéfiés par l’ammoniac pour former des grêlons d’ammoniac-eau, ou grêlons d’ammoniaque.

Lorsque ces grêlons lourds redescendent, ils s’évaporent, puisque Jupiter ne possède pas de surface solide. Ce mécanisme entraîne l’ammoniac et l’eau profondément dans la planète.

Les observations de Juno montrent aussi que, si l’ammoniac est très présent dans la zone équatoriale de Jupiter, son abondance est très variable et généralement faible ailleurs, jusqu’à de grandes profondeurs.

Jusqu’à aujourd’hui, les scientifiques avaient mis en évidence cet appauvrissement jusqu’à des zones peu profondes et ceci n’était pas expliqué. Pour expliquer cet appauvrissement jusque dans l’atmosphère profonde, les auteurs des présents travaux ont développé un modèle de mélange. Ce modèle montre que la présence d’orages et la formation de grêlons d’ammoniaque conduisent à assécher l’atmosphère profonde en ammoniac.

Les chercheurs ont aussi analysé des éclairs captés par une des caméras de Juno. Ces éclairs apparaissent comme des taches brillantes au sommet des nuages, avec des tailles proportionnelles à leur profondeur dans l’atmosphère jovienne.

Contrairement aux missions précédentes, qui avaient seulement observé des éclairs provenant de zones profondes, la proximité de Juno a permis la détection d’éclairs moins intenses et peu profonds. Ils proviennent de zones où les températures sont inférieures à -66 °C et l’eau seule ne devrait pas se trouver à l’état liquide.

La présence d’un liquide est centrale pour la formation d’éclairs dans l’atmosphère de Jupiter. Les scientifiques pensent que la présence de grêlons d’ammoniaque partiellement liquides et les collisions entre particules engendrées par ces grêlons génèrent des différences de potentiel importantes entraînant la formation d’éclairs.

La détection par Juno d’éclairs peu profonds, à des altitudes où le mélange liquide ammoniac-eau peut se former, représente donc une confirmation que ce mécanisme est à l’œuvre dans l’atmosphère de Jupiter.

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