Établir l'âge et l'origine de la grande tache rouge de Jupiter

Des chercheurs de l'Université du Pays Basque (UPV/EHU), de l'Universitat Politècnica de Catalunya—BarcelonaTech (UPC) et du Centre de calcul intensif de Barcelone (CNS-BSC) ont analysé des observations historiques depuis le XVIIe siècle et développé des modèles numériques pour expliquer le phénomène. longévité et nature de la Grande Tache Rouge de Jupiter.

Ils ont publié les résultats de leurs observations et modèles numériques dans la revue Lettres de recherche géophysique.

En tant qu'icône populaire parmi les objets du système solaire, la Grande Tache Rouge (GRS) de Jupiter est probablement la structure atmosphérique la plus connue. Sa grande taille (actuellement son diamètre est celui de la Terre) et le contraste de sa couleur rougeâtre avec les nuages ​​pâles de la planète en font un objet facilement visible même avec de petits télescopes.

La Grande Tache Rouge de Jupiter est un immense vortex anticyclonique avec des vents soufflant à 450 km/h sur sa périphérie. Il s’agit du vortex le plus grand et le plus durable parmi tous ceux existant dans l’atmosphère des planètes du système solaire, mais son âge est sujet à débat et le mécanisme qui a conduit à sa formation reste obscur.

Les spéculations sur l'origine du GRS remontent aux premières observations télescopiques faites par l'astronome Giovanni Domenico Cassini, qui découvrit en 1665 un ovale sombre à la même latitude que le GRS et le nomma « Tache permanente » (PS), car il a été observé par lui et d'autres astronomes jusqu'en 1713.

Les astronomes en perdirent ensuite la trace pendant 118 ans et ce n'est qu'en 1831 et quelques années plus tard que S. Schwabe observa à nouveau une structure claire, de forme à peu près ovale et à la même latitude que le GRS ; cela peut être considéré comme la première observation du GRS actuel, peut-être d’un GRS naissant.

Depuis, le GRS a été observé régulièrement au moyen de télescopes et par les différentes missions spatiales qui ont visité la planète jusqu'à nos jours.

Dans l'étude, les auteurs ont d'abord analysé l'évolution de sa taille dans le temps, sa structure et les mouvements des deux formations météorologiques, l'ancien PS et le GRS ; pour ce faire, ils ont utilisé des sources historiques remontant au milieu du XVIIe siècle, peu après l’invention du télescope.

“Des mesures de tailles et de mouvements, nous avons déduit qu'il est très improbable que le GRS actuel soit le PS observé par GD Cassini. Le PS a probablement disparu entre le milieu du XVIIIe et le XIXe siècle, auquel cas nous pouvons dire que le La longévité de la Tache Rouge dépasse aujourd'hui au moins 190 ans”, a expliqué Agustín Sánchez-Lavega, professeur de physique à l'UPV/EHU et qui a dirigé cette recherche.

La Tache rouge, qui mesurait en 1879 39 000 km dans son axe le plus long, s'est réduite à environ 14 000 km aujourd'hui tout en s'arrondissant.

D’ailleurs, depuis les années 1970, plusieurs missions spatiales ont étudié de près ce phénomène météorologique.

Récemment, “divers instruments à bord de la mission Juno en orbite autour de Jupiter ont montré que le GRS est peu profond et mince par rapport à sa dimension horizontale, car verticalement il mesure environ 500 km de long”, a expliqué Sánchez-Lavega.

Pour comprendre comment cet immense vortex a pu se former, les équipes de l'UPV/EHU et de l'UPC ont réalisé des simulations numériques sur des supercalculateurs espagnols, comme le MareNostrum IV du BSC, qui fait partie du réseau espagnol de calcul intensif (RES), en utilisant deux types de modèles complémentaires de le comportement des vortex minces dans l'atmosphère de Jupiter.

Sur la planète géante, les courants de vent intenses circulent le long des parallèles en alternant dans leur direction avec la latitude.

Au nord du GRS, les vents soufflent en direction ouest à une vitesse de 180 km/h tandis qu'au sud, ils soufflent en direction opposée, en direction est, à une vitesse de 150 km/h. Cela génère un énorme cisaillement nord-sud de la vitesse du vent, qui est un ingrédient de base permettant au vortex de se développer à l’intérieur.

Au cours de la recherche, une série de mécanismes ont été explorés pour expliquer la genèse du GRS, notamment l'éruption d'une gigantesque super tempête, semblable à celles rarement observées sur la planète jumelle Saturne, ou la fusion de plusieurs vortex plus petits produits par le cisaillement du vent.

Les résultats indiquent que, bien qu'un anticyclone se forme dans les deux cas, il diffère en termes de forme et de propriétés dynamiques de ceux du GRS actuel.

“Nous pensons également que si l'un de ces phénomènes inhabituels s'était produit, ses conséquences dans l'atmosphère auraient dû être observées et rapportées par les astronomes de l'époque”, a déclaré Sánchez-Lavega.

Dans une troisième série d'expériences numériques, l'équipe de recherche a exploré la génération du GRS à partir d'une instabilité connue des vents, censée être capable de produire une cellule allongée qui les enferme et les emprisonne. Une telle cellule serait un proto-GRS, une tache rouge naissante, dont le rétrécissement ultérieur donnerait naissance au GRS compact et à rotation rapide observé à la fin du 19e siècle. La formation de grandes cellules allongées a déjà été observée lors de la genèse d’autres vortex majeurs sur Jupiter.

“Dans nos simulations, les superordinateurs nous ont permis de découvrir que les cellules allongées sont stables lorsqu'elles tournent autour de la périphérie du GRS à la vitesse des vents de Jupiter, comme on pouvait s'y attendre lorsqu'elles se forment à cause de cette instabilité”, a déclaré Enrique García-Melendo. , chercheur au Département de Physique de l'UPC.

En utilisant deux types différents de modèles numériques, l'un à l'UPV/EHU et l'autre à l'UPC, les chercheurs ont conclu que si la vitesse de rotation du proto-GRS est inférieure à celle des vents environnants, le proto-GRS se brisera. , rendant impossible la formation d’un vortex stable. Et, si elle est très élevée, les propriétés du proto-GRS diffèrent de celles du GRS actuel.

Les recherches futures viseront à tenter de reproduire le retrait du GRS dans le temps afin de connaître plus en détail les mécanismes physiques qui sous-tendent sa pérennité dans le temps.

Dans le même temps, il tentera de prédire si le GRS se désintégrera et disparaîtra lorsqu'il atteindra une taille limite, comme cela aurait pu se produire avec le PS de Cassini, ou s'il se stabilisera à une taille limite à laquelle il pourra durer encore de nombreuses années. .