image: The central part covers an area of 3200 x 3800 km. White clouds of ammonia can be seen, rotating anticlockwise. Clouds rising as much as 15 km above the others (based on the shadow they cast) are visible in several places, especially in the upper central part of the cyclone. These storms are thought to contain a kind of water-ammonia hail ('mushballs') specific to Jupiter's atmosphere, which drags the ammonia down into the deep atmosphere and may explain the presence of shallow lightning flashes. view more
Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
De nouveaux résultats de la sonde Juno suggèrent que de violents orages animent Jupiter et génèrent des grêlons dammoniaque qui jouent un rôle clé dans la dynamique atmosphérique de cette planète. Cette théorie, développée par léquipe Juno à partir de données du radiomètre microondes de la sonde, est décrite dans deux publications dirigées par un chercheur du laboratoire Lagrange (CNRS/Observatoire de la Côte dAzur/Université Côte dAzur), avec le soutien du CNES. Elle lève le voile sur certains mystères de la météorologie de Jupiter et a des implications quant au fonctionnement de latmosphère des planètes gazeuses en général. Une série de trois articles publiés dans les revues Nature et JGR Planets présente ces résultats.
Leau est un élément essentiel à la météorologie des planètes et a un rôle prépondérant lors de leur formation. Les orages terrestres sont mus par la condensation de leau, et la présence de ses trois phases (solide, liquide et vapeur) est essentielle à la formation déclairs. Comme sur Terre, leau de Jupiter est déplacée par des orages. Ceux-ci doivent se former au sein de 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.
Dans un premier article, des chercheurs américains et du laboratoire Lagrange suggèrent que lorsque ces cristaux interagissent avec de lammoniac gazeux, lammoniac agit comme un antigel et change la glace en liquide. Sur Jupiter comme sur Terre, de leau mélangée à un tiers dammoniac reste liquide jusquà -100°C. Les cristaux de glace qui ont été amenés haut dans latmosphère jovienne sont donc liquéfiés par lammoniac pour former des grêlons dammoniac-eau, ou grêlons dammoniaque (1). Plus lourds, ces derniers redescendent jusquau moment où, Jupiter ne possédant pas de surface, ils sévaporent. Ce mécanisme entraîne lammoniac et leau profondément dans la planète.
Or les observations de Juno montrent que, si lammoniac est très présent dans la zone équatoriale de Jupiter, son abondance est très variable et généralement faible ailleurs, jusquà des grandes profondeurs. Avant Juno, les scientifiques avaient mis en évidence cet appauvrissement jusquà des zones peu profondes et ceci navait jamais été expliqué. Pour expliquer cet appauvrissement jusque dans latmosphère profonde, les chercheurs ont développé un modèle de mélange atmosphérique présenté dans un deuxième article. Ils montrent que la présence dorages et la formation de grêlons dammoniaque conduisent à assécher latmosphère profonde en ammoniac et rendent compte des variations observées par Juno en fonction de la latitude.
Dans un troisième article, les chercheurs analysent des observations déclairs joviens par une des caméras de Juno. Les éclairs apparaissent comme des taches brillantes au sommet des nuages, avec des tailles proportionnelles à leur profondeur dans latmosphère jovienne. Contrairement aux missions précédentes qui avaient seulement observé des éclairs provenant de zones profondes, la proximité de Juno a permis la détection déclairs moins intenses et peu profonds. Ils proviennent de zones où les températures sont inférieures à -66°C et où leau seule ne devrait pas se trouver à létat liquide. Or on pense que la présence dun liquide est cruciale pour la formation déclairs dans Jupiter. La présence de grêlons dammoniaque partiellement liquides et les collisions entre particules engendrées par ces grêlons génèrent des différences de potentiel importantes entraînant la formation déclairs. La détection par Juno de ces éclairs peu profonds, à des altitudes où le mélange liquide ammoniac-eau peut se former, est ainsi une confirmation observationnelle que ce nouveau mécanisme serait à luvre dans latmosphère de Jupiter.
Comprendre la météorologie de cette planète et des autres géantes gazeuses comme Uranus et Neptune, encore inexplorées, permettra de mieux appréhender le fonctionnement dexoplanètes gazeuses au-delà de notre système solaire.
Notes:
(1) Lammoniaque est le produit de la dissolution dammoniac gazeux dans leau liquide.
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