La météo du système solaire. Épisode 2 : Jupiter et Saturne

Résumé de l'épisode précédent, consacré à Mercure, Vénus et Mars : la météo ailleurs est vraiment pourrie, on est bien sur Terre, sauf à Paris. Je poursuis aujourd'hui avec la météo de deux "géantes gazeuses", ces planètes énormes qui gravitent loin du Soleil. Et autant vous le dire tout de suite : c'est pas vraiment mieux. Si vous passez vos vacances dans le coin, c'est l'occasion de tester votre kite-surf en titane et votre paddle pour hydrogène métallique !

Jeudi 14 Aout 2014, sur Jupiter

Après un début d'été jovial, les conditions se dégradent sur Jupiter, avec l'arrivée d'une nouvelle perturbation dans le sud. Des vents violents balaieront l'atmosphère, au grand bonheur des véliplanchistes joviens qui se feront fouetter le visage par des cristaux d'ammoniac à 600 km/h. La température de surface avoisinera les -160°, on pourra cependant retrouver un peu de douceur en s'immergeant dans les couches inférieures, si l'on n'est pas trop sensible à la pression.

La Grande Tache Rouge de Jupiter, vue en fausses couleurs par la sonde Voyager 1

La grande tache de Jupiter

Connue pour son climat agité et ses ouragans colossaux, l’atmosphère de Jupiter est composée de trois couches nuageuses concentriques : des nuages de glace d'ammoniac en surface, des nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium qui lui donnent une jolie couleur orangée en dessous, et une sous couche d'eau et de glace. Il s'y produit des orages cataclysmiques, où la foudre peut frapper avec 1000 fois plus d'intensité que sur Terre. Grâce à elle, il pourrait y avoir des averses de diamants !

L'atmosphère de la planète est le siège de turbulences hydrodynamiques instables, comme on peut le voir sur l'animation ci-dessus. On a identifié au moins 30 "jet-streams", ces courants atmosphériques confinés que l'on retrouve aussi sur Terre. Certaines bandes nuageuses circulent à contre-sens, et les zones de contact produisent des tourbillons.

Les méandres des nuages de Jupiter, photographiés par la sonde Juno

On connait bien sûr l'iconique Grande Tache Rouge, titanesque cyclone de 15 000 kilomètres de long et de 12 000 kilomètres de large (soit un peu plus que la taille de la Terre), où les vents soufflent à 700 km/h. La tache a changé de taille depuis sa découverte par Giovanni Domenico Cassini en 1655 ; elle était trois fois plus grande à la fin du XIXe siècle, et a fondu de moitié pendant le XXe siècle. Cela ne veut pas dire pour autant qu'elle va disparaître ; au XVIIe siècle, elle faisait à peu près la même taille qu'aujourd'hui, si l'on se fie aux dessins d’observations de son découvreur franco-italien.

Jupiter dessinée par Cassini en 1677.

Cassini avait aussi remarqué que la rotation au pôle nord dure environ 5 minutes de plus que la rotation à l'équateur, phénomène également à l'origine d'instabilités dans les couches de fluides. La composition de la planète elle-même n'est pas bien connue, mais en gros, ça donne à peu près ça :

Les couches de Jupiter

L'hydrogène métallique

Structure atomique des métaux : des noyaux (+) dans une mer d'électrons (-)

Ce qui est marrant, c'est cette ÉNORME couche d'hydrogène métallique. L'hydrogène, le plus simple des éléments connus (1 proton et 1 électron) est gazeux sur Terre, à pression et température ambiantes. Comme dans tous les atomes, l'électron reste près du noyau, ou s'autorise de petites excursions pour former du dihydrogène. Pour un rappel sur la formation des molécules, on peut lire cet article. Les métaux, quant à eux, sont des éléments généralement solides (toujours à pression et température ambiantes). Ils sont constitués de milliards d'atomes régulièrement empilés, tout comme les cristaux. La différence fondamentale, c'est que les électrons, au lieu de former des liaisons entre atomes, sont libres de se balader, ce qui confère aux métaux leurs propriétés. Eh bien, sur Jupiter, l'hydrogène est tellement sous pression que les protons s'écrasent les uns contre les autres, forçant les électrons à se faufiler là où ils peuvent. L'hydrogène devient ainsi métallique.

Cette couche d'hydrogène métallique accomplit une rotation complète en 10 heures seulement, et agit comme une dynamo géante particulièrement puissante, à l'origine d'une multitude de phénomènes électromagnétiques hyper cools (lire cet article détaillé si vous aimez les tores de plasma et les arcs de choc).

A part ça, en ce moment, Jupiter gambade joyeusement de l'autre côté du Soleil, à 788 925 315 kilomètres du Soleil. La planète étant inclinée de 3° seulement sur son axe, il n'y a pas vraiment de saisons. Pour en savoir plus, on peut se rendre sur le site de la mission Juno. La sonde, partie en 2011, se placera en orbite de Jupiter en 2016, et permettra d'y voir un peu plus clair. Comme sur Terre, nous fêterons les Évrard car c'est un prénom d'extra-terrestre et nous perdrons 0 minutes de soleil.

Samedi 15 Août 2014, sur Saturne

Début d’accalmie en cette journée où Marie s'est carapatée directement aux confins du système solaire sans passer par la case décès. Elle a peut-être croisé la belle Saturne sur le chemin, qui sait ? Bref, parlons météo : après avoir atteint les 1760 km/h, les vents passeront sous la barre symbolique des 1200 km/h. À titre de comparaison, le record de vitesse sur terre se situe aux alentours de 484 km/h en pleine tornade. Si vous avez besoin de vous désincruster les pores à l'hydrosulfure d'ammonium, Saturne est l'endroit rêvé. Côté température, on se pèle un peu les miches par contre, puisqu'on est autour de -190°, ce qui correspond à peu près à la température de l'azote liquide. La couche nuageuse la plus haute est d'ailleurs constituée de cristaux d'ammoniac. Plus bas, on trouve d'autres composés ainsi que des nuages d'eau, en faible proportion.

Une photographie de Saturne prise par la sonde Cassini en 2007

Le cyclone hexagonal de Saturne

Alors, quoi de cool sur Saturne ? On retrouve des ouragans et des tempêtes géantes, mais ils sont moins impressionnants que ceux de Jupiter. La particularité de Saturne, c'est pluton son cyclone polaire hexagonal. Il n'a rien à envier à la grande tache rouge de Jupiter : chaque côté de l'hexagone fait à peu près le diamètre de la Terre. 

Le cyclone hexagonal au pôle nord de Saturne. Crédits : NASA Mission Cassini

Pourquoi cette forme si régulière ? Les scientifiques pensent qu'elle est due à une différence significative de vitesse entre deux couches concentriques. D'habitude, la vitesse augmente de façon continue à mesure que l'on s'approche du centre. Mais dans certaines conditions, il peut y avoir une "zone de rupture", où les turbulences hydrodynamiques engendrent la formation de tourbillons. Ces tourbillons se répartissent régulièrement le long d'une ligne circulaire, ce qui créerait une forme polygonale régulière. Pourquoi un hexagone ? Il semble que ce soit la forme la plus "probable". C'est du moins ce qu'ont montré Peter Read et Ana Aguiar, dans un article où ils montrent comment reproduire le phénomène en laboratoire. Voici la vidéo qu'ils ont réalisée :

Le cyclone hexagonal au pôle nord de Saturne

On dit souvent que Saturne pourrait flotter sur un océan d'eau, tellement sa densité moyenne est faible. C'est évidemment impossible, mais l'idée est séduisante. Par ailleurs, contrairement à ce que beaucoup de gens pensent, il n'y a pas de plomb sur Saturne. Le saturnisme (intoxication par le plomb) est ainsi nommé parce que le symbole alchimique du plomb correspond à celui de la planète Saturne (). 

Encore le cyclone de Saturne, photographié dans les infrarouges en avril 2017 par la sonde Cassini. Crédits : NASA, JPL-Caltech, SSI, Maksim Kakitsev

Côté saisons, Saturne est encore plus inclinée sur son axe que la Terre. La planète a donc des saisons bien marquées, mais, en raison de sa période de révolution d'environ 29 ans, elles durent un peu plus de 7 ans. En ce moment, c'est l'été dans l'hémisphère nord, et l'hiver dans le sud. Les anneaux rendent l'identification des saisons aisée : en été ou en hiver, les anneaux agissent comme une casquette, interceptant les rayons solaires et projetant une ombre rafraîchissante à la surface de la planète. Aux saisons intermédiaires, les anneaux sont orientés de façon à ne présenter qu'une surface réduite, et la zone d'ombre est fortement diminuée. Aujourd'hui, la planète aux anneaux est proche de son aphélie, le point de son orbite le plus éloigné du Soleil, à 1 485 391 670 kilomètres.

Saturne en différents points de son orbite, et donc en différentes saisons (été/hiver en haut, printemps/automne en bas).

C'est tout pour cette fois ! Les prochains épisodes seront consacrés à Neptune et Uranus, le Soleil et les exoplanètes !