Résoudre les étranges tempêtes sur Jupiter – Technoguide

Au pôle sud de Jupiter se cache un spectacle saisissant – même pour une planète géante gazeuse couverte de bandes colorées qui arbore une tache rouge plus grande que la terre. Près du pôle sud de la planète, principalement caché des regards indiscrets des humains, se trouve une collection de tempêtes tourbillonnantes disposées selon un motif géométrique inhabituel.

Depuis qu’ils ont été repérés pour la première fois par la sonde spatiale Juno de la NASA en 2019, les tempêtes ont présenté un mystère aux scientifiques. Les tempêtes sont analogues aux ouragans sur Terre. Cependant, sur notre planète, les ouragans ne se rassemblent pas aux pôles et tournoient les uns autour des autres en forme de pentagone ou d’hexagone, comme le font les curieuses tempêtes de Jupiter.

Maintenant, une équipe de recherche travaillant dans le laboratoire d’Andy Ingersoll, professeur de science planétaire à Caltech, a découvert pourquoi les tempêtes de Jupiter se comportent si étrangement. Ils l’ont fait en utilisant des mathématiques dérivées d’une preuve écrite par Lord Kelvin, un physicien mathématicien et ingénieur britannique, il y a près de 150 ans.

Ingersoll, qui était membre de l’équipe Juno, dit que les tempêtes de Jupiter sont remarquablement similaires à celles qui frappent la côte est des États-Unis chaque été et automne, juste à une échelle beaucoup plus grande.

«Si vous alliez sous le sommet des nuages, vous trouverez probablement des gouttes d’eau liquide, de la grêle et de la neige», dit-il. «Les vents seraient des vents de la force des ouragans. Les ouragans sur Terre sont un bon analogue des tourbillons individuels dans ces arrangements que nous voyons sur Jupiter, mais il n’y a rien d’aussi étonnamment beau ici.

Comme sur Terre, les tempêtes de Jupiter ont tendance à se former plus près de l’équateur puis à dériver vers les pôles. Cependant, les ouragans et les typhons de la Terre se dissipent avant de s’aventurer trop loin de l’équateur. Jupiter continue jusqu’à ce qu’ils atteignent les pôles.

“La différence est que sur la terre, les ouragans manquent d’eau chaude et ils se précipitent sur les continents”, dit Ingersoll. Jupiter n’a pas de terre, “donc il y a beaucoup moins de frottements parce qu’il n’y a rien contre quoi se frotter. Il y a juste plus de gaz sous les nuages. Jupiter a aussi de la chaleur qui reste de sa formation qui est comparable à la chaleur qu’elle obtient du soleil, donc la température la différence entre son équateur et ses pôles n’est pas aussi grande que sur Terre. “

Cependant, selon Ingersoll, cette explication ne tient toujours pas compte du comportement des tempêtes une fois qu’elles atteignent le pôle sud de Jupiter, ce qui est inhabituel même par rapport aux autres géantes gazeuses. Saturne, qui est également une géante gazeuse, a une énorme tempête à chacun de ses pôles, plutôt qu’une collection de tempêtes disposées géométriquement.

Ingersoll et ses collègues ont découvert que la réponse au mystère de savoir pourquoi Jupiter a ces formations géométriques et d’autres planètes n’a pas, pourrait être trouvée dans le passé, en particulier dans les travaux menés en 1878 par Alfred Mayer, un physicien américain et Lord Kelvin. Mayer avait placé des aimants circulaires flottants dans une mare d’eau et observé qu’ils s’organiseraient spontanément en configurations géométriques, similaires à celles vues sur Jupiter, avec des formes qui dépendaient du nombre d’aimants. Kelvin a utilisé les observations de Mayer pour développer un modèle mathématique pour expliquer le comportement des aimants.

«Au XIXe siècle, les gens pensaient à la façon dont les morceaux de fluide en rotation s’organiseraient en polygones», explique Ingersoll. “Bien qu’il y ait eu de nombreuses études en laboratoire sur ces polygones de fluides, personne n’avait pensé à les appliquer à une surface planétaire.”

Pour ce faire, l’équipe de recherche a utilisé un ensemble d’équations appelées équations des eaux peu profondes pour construire un modèle informatique de ce qui pourrait se passer sur Jupiter et a commencé à exécuter des simulations.

«Nous voulions explorer la combinaison de paramètres qui rend ces cyclones stables», déclare Cheng Li (Phd ’17), auteur principal et 51 stagiaire postdoctoral Pegasi b à l’UC Berkeley. “Il existe des théories établies qui prédisent que les cyclones ont tendance à fusionner au pôle en raison de la rotation de la planète et nous avons donc trouvé dans les essais initiaux.”

Finalement, cependant, l’équipe a découvert qu’un arrangement géométrique stable de tempêtes semblable à Jupiter se formerait si les tempêtes étaient chacune entourées d’un anneau de vents qui tournait dans la direction opposée aux tempêtes tournantes, ou un soi-disant anneau anticyclonique. La présence d’anneaux anticycloniques fait que les tempêtes se repoussent les unes les autres plutôt que de fusionner.

Ingersoll dit que la recherche pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le comportement du temps sur Terre.

«D’autres planètes offrent une gamme de comportements beaucoup plus large que ce que vous voyez sur Terre», dit-il, «vous étudiez donc la météo sur d’autres planètes afin de tester vos théories.

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