Alors que le Royaume-Uni connaît un temps automnal chaud, une équipe de planétologues a découvert que la fin de l’été septentrional de Saturne connaît une tendance au refroidissement, car d’énormes flux d’air à l’échelle planétaire ont inversé leur direction à l’approche de l’automne.
Les nouvelles observations ont également fourni un dernier aperçu du pôle nord de Saturne, avec son énorme vortex chaud rempli de gaz d’hydrocarbures, avant que le pôle ne commence à reculer dans l’obscurité de l’hiver polaire.
Ce bulletin météorologique interplanétaire est dû à de nouvelles images analysées par une équipe dirigée par l’Université de Leicester du JWST et publiées dans Journal de recherche géophysique : Planètes. Ils ont fourni de nouvelles informations sur les changements de saisons sur l’immense planète extérieure, célèbre pour ses anneaux de glace.
Comme la Terre, Saturne a une inclinaison axiale et connaît les saisons de la même manière. Cependant, Saturne met 30 ans pour orbiter autour du soleil, donc les saisons durent 7,5 années terrestres. L’été dans l’hémisphère Nord touche à sa fin sur les deux mondes. Alors que la Terre se dirige vers l’équinoxe d’automne du nord en septembre, Saturne se dirige vers l’équinoxe d’automne du nord en 2025, ce qui signifie que les pôles nord des deux planètes se dirigent vers de longues périodes d’hiver polaire.
L’équipe de Leicester a utilisé l’instrument MIRI sur JWST pour étudier l’atmosphère de Saturne en lumière infrarouge, ce qui leur permet de mesurer les températures, les abondances gazeuses et les nuages depuis les sommets des nuages jusqu’aux régions élevées de l’atmosphère connues sous le nom de stratosphère. L’instrument MIRI divise la lumière infrarouge en longueurs d’onde qui la composent, permettant aux scientifiques de voir les empreintes digitales de la riche variété de produits chimiques présents dans l’atmosphère d’une planète.
Sur l’image, créée en combinant quelques-unes des longueurs d’onde observées par MIRI, la brillante émission thermique du pôle nord ressort en bleu. Le cyclone polaire nord (NPC), chaud et large de 1 500 km, observé pour la première fois par la mission Cassini, est visible au pôle nord. Celui-ci est entouré d’une région plus large de gaz chauds appelée vortex stratosphérique polaire nord (NPSV), qui s’est formé au printemps saturnien et a persisté tout au long de son été nordique.
Ce sont des vortex chauds situés en hauteur dans la stratosphère, chauffés par la chaleur du soleil pendant la longue saison estivale de Saturne. À l’approche de l’équinoxe d’automne en 2025, le vortex stratosphérique polaire nord commencera à se refroidir et disparaîtra à mesure que l’hémisphère nord se retirera dans l’obscurité de l’automne.
En modélisant les spectres infrarouge moyen, les scientifiques ont remarqué que les distributions des températures et des gaz stratosphériques à ce stade particulier du cycle saisonnier de Saturne étaient plutôt différentes de celles observées par la mission Cassini au cours de l’hiver et du printemps nordiques.
Saturne a un modèle de circulation stratosphérique à grande échelle avec des températures plus chaudes et un excès d’hydrocarbures, comme l’éthane et l’acétylène, dans les latitudes moyennes nord en hiver, ce qui signifie que l’air riche en hydrocarbures coule d’en haut. On pensait que l’air s’élevait dans les latitudes moyennes d’été du sud, traversait l’équateur et descendait dans les latitudes moyennes d’hiver du nord.
Les résultats du spectromètre à moyenne résolution MIRI pris en novembre 2022 ont révélé que cette circulation stratosphérique s’est désormais inversée et que des températures stratosphériques fraîches et de faibles abondances d’hydrocarbures sont observées dans le nord entre 10°N et 40°N, ce qui suggère une remontée d’air pauvre en hydrocarbures en été, ce qui puis s’écoule vers le sud.
Le professeur Leigh Fletcher, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Leicester, a déclaré : « La qualité des nouvelles données du JWST est tout simplement à couper le souffle : en une courte série d’observations, nous avons pu perpétuer l’héritage du Mission Cassini dans une toute nouvelle saison saturnienne, observant comment les conditions météorologiques et la circulation atmosphérique réagissent aux changements de lumière du soleil.
« JWST peut voir dans des longueurs d’onde de lumière inaccessibles à tout vaisseau spatial précédent, produisant un ensemble de données exquis qui aiguise l’appétit pour les années à venir. Ce travail sur Saturne n’est que le premier d’un programme d’observations des quatre planètes géantes, et JWST offre une capacité au-delà de tout ce que nous avons eu dans le passé : si nous pouvons obtenir autant de nouvelles découvertes à partir d’une seule observation d’un seul monde, imaginez quelles découvertes nous attendent ? »
Saturne a été choisie comme première cible du JWST pour tester ses capacités. Le Dr Oliver King, chercheur postdoctoral à l’École de physique et d’astronomie de Leicester, a expliqué : « Parce qu’il est grand, lumineux, qu’il tourne et qu’il se déplace dans le ciel, il constitue un défi pour le petit champ de vision de l’instrument MIRI. « MIRI ne peut voir qu’une petite zone de Saturne à la fois, et nous risquons de saturer les détecteurs car la planète est très brillante par rapport aux cibles habituelles de JWST. »
« Les observations ont été prises sous forme de trois tuiles, allant de l’équateur au pôle nord, puis aux anneaux pour une tuile finale. »
Le professeur Fletcher ajoute : « Nous avons commencé à concevoir ces observations de Saturne il y a plus de 8 ans. Ainsi, lorsque ces premières données ont atterri fin 2022, cela a certainement été un moment fort de notre carrière : l’équipe de planétologues de Leicester entassés autour d’un écran d’ordinateur, étonnés par la qualité. des nouvelles données, et peut-être en sirotant un vin mousseux pour célébrer. »
« Cela n’aurait pas été possible sans l’équipe plus large d’experts qui ont contribué au programme Saturn, en particulier les gens du Space Telescope qui ont supporté nos innombrables questions et problèmes alors que nous relevions tous les défis d’un tout nouveau télescope. »
« Aucun vaisseau spatial n’a jamais été présent pour explorer la fin de l’été et l’automne du nord de Saturne auparavant, nous espérons donc que ce n’est qu’un point de départ et que JWST pourra perpétuer l’héritage de Cassini au cours de la décennie à venir. »
Plus d’information:
Leigh N. Fletcher et al, L’atmosphère de Saturne pendant l’été nordique révélée par JWST/MIRI, Journal de recherche géophysique : Planètes (2023). DOI : 10.1029/2023JE007924