Un nouveau modèle 3D pourrait expliquer la formation d’une tempête hexagonale sur Saturne –


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  • Avec son système éblouissant d’anneaux glacés, Saturne est un sujet de fascination depuis l’Antiquité. Même maintenant, la sixième planète du soleil recèle de nombreux mystères, en partie parce que sa distance rend l’observation directe difficile et en partie parce que cette géante gazeuse (qui est plusieurs fois la taille de notre planète) a une composition et une atmosphère, principalement de l’hydrogène et de l’hélium, donc contrairement à celui de la Terre. En savoir plus à ce sujet pourrait donner un aperçu de la création du système solaire lui-même.

    L’un des mystères de Saturne concerne la tempête massive en forme d’hexagone à son pôle nord. Le vortex à six côtés est un phénomène atmosphérique qui fascine les planétaires depuis sa découverte dans les années 1980 par le programme américain Voyager et la visite ultérieure en 2006 de la mission américaine-européenne Cassini-Huygens. La tempête mesure environ 20 000 milles de diamètre et est bordée par des bandes de vents soufflant jusqu’à 300 milles à l’heure. Un ouragan comme il n’existe sur aucune autre planète ou lune connue.

    Deux des nombreux scientifiques devenus chasseurs de tempêtes interplanétaires qui travaillent pour découvrir les secrets de cette merveille sont Jeremy Bloxham, le professeur de géophysique à Mallinckrodt, et l’associé de recherche Rakesh K. Sciences planétaires. Dans un article récemment publié dans PNAS, les chercheurs ont commencé à comprendre comment le vortex est né.

    “Nous voyons régulièrement des tempêtes sur Terre et elles sont toujours en spirale, parfois circulaires, mais jamais quelque chose avec des segments hexagonaux ou des polygones avec des bords”, a déclaré Yadav. «C’est vraiment frappant et complètement inattendu. [The question on Saturn is] comment un système aussi grand s’est-il formé et comment un système aussi grand peut-il rester inchangé sur cette grande planète? “

    En créant un modèle de simulation 3D de l’atmosphère de Saturne, Yadev et Bloxham pensent se rapprocher d’une réponse.

    Dans leur article, les scientifiques disent que l’ouragan d’apparence non naturelle se produit lorsque les écoulements atmosphériques au plus profond de Saturne créent de grands et petits tourbillons (alias cyclones) qui entourent un plus grand courant-jet horizontal soufflant vers l’est près du pôle nord de la planète qui a également un certain nombre de tempêtes. à l’intérieur. Les plus petites tempêtes interagissent avec le plus grand système et, par conséquent, pincent efficacement le jet oriental et le confinent au sommet de la planète. Le processus de pincement déforme le flux en un hexagone.

    “Ce jet fait le tour de la planète et il doit coexister avec ces [smaller] des tempêtes “, a déclaré Yadav, l’auteur principal de l’étude. Pensez-y comme ceci:” Imaginez que nous ayons un élastique et que nous plaçons un tas de petits élastiques autour de lui, puis nous pressons le tout de l’extérieur. Cet anneau central va être comprimé de quelques pouces et former une forme étrange avec un certain nombre d’arêtes. C’est essentiellement la physique de ce qui se passe. Nous avons ces tempêtes plus petites et elles pincent essentiellement les plus grosses tempêtes dans la région polaire et comme elles doivent coexister, elles doivent en quelque sorte trouver un espace pour abriter chaque système. En faisant cela, ils finissent par créer cette forme polygonale. “

    Le modèle que les chercheurs ont créé suggère que la tempête a des milliers de kilomètres de profondeur, bien sous le sommet des nuages ​​de Saturne. La simulation imite la couche externe de la planète et ne couvre qu’environ 10% de son rayon. Au cours d’une expérience d’un mois menée par les scientifiques, la simulation informatique a montré qu’un phénomène appelé convection thermique profonde – qui se produit lorsque la chaleur est transférée d’un endroit à un autre par le mouvement de fluides ou de gaz – peut provoquer de manière inattendue des flux atmosphériques qui créent de grands cyclones polaires et une configuration de jet vers l’est à haute latitude. Lorsque ceux-ci se mélangent au sommet, cela forme une forme inattendue, et parce que les tempêtes se forment au plus profond de la planète, les scientifiques ont déclaré que cela rend l’hexagone furieux et persistant.

    La convection est la même force qui provoque les tornades et les ouragans sur Terre. C’est similaire à faire bouillir une casserole d’eau: la chaleur du bas se transfère vers la surface plus froide, provoquant la formation de bulles sur le dessus. On pense que c’est ce qui est à l’origine de nombreuses tempêtes sur Saturne, qui, en tant que géante gazeuse, n’a pas de surface solide comme celle de la Terre.

    «Le modèle d’écoulement hexagonal sur Saturne est un exemple frappant d’auto-organisation turbulente», ont écrit les chercheurs dans l’article de juin. “Notre modèle produit simultanément et de manière auto-constante des jets zonaux alternés, le cyclone polaire et des structures polygonales en forme d’hexagone similaires à celles observées sur Saturne.”

    Ce que le modèle n’a pas produit, cependant, était un hexagone. Au lieu de cela, la forme que les chercheurs ont vue était un polygone à neuf côtés qui se déplaçait plus rapidement que la tempête de Saturne. Pourtant, la forme sert de preuve de concept pour la thèse globale sur la façon dont la forme majestueuse est formée et pourquoi elle est restée relativement inchangée depuis près de 40 ans.

    L’intérêt pour la tempête hexagonale de Saturne remonte à 1988, lorsque l’astronome David A. Godfrey a analysé les données de survol des passages de Saturne de 1980 et 1981 du vaisseau spatial Voyager et a rapporté la découverte. Des décennies plus tard, de 2004 à 2017, le vaisseau spatial Cassini de la NASA a capturé certaines des images les plus claires et les plus connues de l’anomalie avant de plonger dans la planète.

    On en sait relativement peu sur la tempête, car la planète met 30 ans à orbiter autour du soleil, laissant l’un ou l’autre des pôles dans l’obscurité pendant cette période. Cassini, par exemple, n’a pris des images thermiques de la tempête que lors de son arrivée en 2004. Même lorsque le soleil brille sur le pôle nord de Saturne, les nuages ​​sont si épais que la lumière ne pénètre pas profondément dans la planète.

    Quoi qu’il en soit, de nombreuses hypothèses existent sur la façon dont la tempête s’est formée. La plupart se concentrent sur deux écoles de pensée: l’une suggère que l’hexagone est peu profond et ne s’étend que sur des centaines de kilomètres de profondeur; l’autre suggère que les jets zonaux ont une profondeur de milliers de kilomètres.

    Les découvertes de Yadev et Bloxham s’appuient sur cette dernière théorie, mais doivent inclure davantage de données atmosphériques de Saturne et affiner davantage leur modèle pour créer une image plus précise de ce qui se passe avec la tempête. Dans l’ensemble, le duo espère que leurs découvertes pourront aider à brosser un portrait de l’activité sur Saturne en général.

    «D’un point de vue scientifique, l’atmosphère est vraiment importante pour déterminer la vitesse à laquelle une planète se refroidit. Toutes ces choses que vous voyez à la surface, ce sont essentiellement des manifestations du refroidissement de la planète et du refroidissement de la planète nous en dit long sur ce qui se passe à l’intérieur de la planète », a déclaré Yadav. “La motivation scientifique consiste essentiellement à comprendre comment Saturne est née et comment elle évolue au fil du temps.”

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