• La plus grande et la plus " musclée " des tempêtes de ces 20 dernières années s'est terminée il y a quelque mois (août 2011) sur la planète Saturne après avoir duré presque neuf mois, de décembre 2010 et à fin août 2011.

    L'article " A giant thunderstorm on Saturn " (2011) a été publié début juillet 2011 par le journal Nature. Dr. Georg Fischer de Graz en est le premier auteur.

    Une image de la tempête a fait la page de couverture du journal.



    Saturne et le début de la tempête (tâche blanche) capture par le subsystème scientifique d'imagerie Cassini (ISS) le 24/12/2010
    Crédits : NASA/JPL/SSI

    Cet article a pu être rédigé grâce, entre autres, aux résultats du projet : " Electricité atmosphérique dans le système saturnien ", débuté en août 2009 et dirigé par le Dr Georg Fischer.

    Ce projet a été financé par un organisme de financement autrichien de promotion de la recherche scientifique, le FWF (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung).

    L'équipe de recherche est située à l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des Sciences Autrichienne à Graz.

    Le projet portait sur l'étude de l'électricité atmosphérique sur la planète gazeuse Saturne et de son satellite naturel Titan principalement via l'analyse les décharges d'éclairs dans leurs atmosphères respectives.

    C'est l'instrument " Science des ondes radios et onde plasma " (RPWS Radio and Plasma Wave Science) de la sonde spatiale de la NASA nommée Cassini (en orbite autour de Saturne) qui a permis de mesurer les ondes radios émises par les décharges électrostatiques saturniennes (SED Saturn Electrostatic Discharges).

    Si aucune preuve n'a été trouvée quant aux éclairs sur Titan, une intense activité d'éclairs a été trouvée sur Saturne durant ces quatre dernières années.

    Selon Dr Andrew Ingersoll, l'un des auteurs de l'article et membre de l'équipe " image de Cassini " à l'Institut de Technologie de Californie, Cassini montre que Saturne est " bipolaire ".

    A la différence de Jupiter ou de la Terre sur lesquelles les tempêtes sont plutôt fréquentes, le temps sur Saturne " ronronne " dans une longue placidité puis éclate violemment après plusieurs années.

    D'importantes caractéristiques physiques des SED ont été déterminées telles que leur durée, leur intensité ou leur polarisation.

    En outre, les occurrences des SED ont été mises en relations avec les observations optiques des nuages dans l'atmosphère de Saturne.

    L'étude de ses images et sons s'est poursuivie entre décembre 2010 et février 2011.

    Ces orages n'ont pas seulement été observés par la caméra Cassini mais aussi par des astronomes amateurs qui ont pu suivre ces tâches blanches de 2.000 km de largeur depuis leur(s) télescope(s) d'arrière-cour.

    Pour la dernière et longue tempête de neuf mois, un réseau mondial d'astronomes amateurs a, de fait, été mobilisé.

    Explication : une tempête était attendue mais une telle ampleur n'était pas suspectée.

    Cassini examinait les lieux supposés de tempête lorsque, le 5 décembre 2010, l'instrument RPWS a détecté un premier éclair au sein de l'une des tempêtes qui avait débuté sur l'hémisphère Nord.

    Or, c'est un hasard si la caméra Cassini pointait, au même moment, sur l'exact emplacement d'un petit nuage clair d'où provenait l'éclair.

    Il est en effet impossible de diriger comme plairait aux astronomes la caméra. Une image de ce nuage a donc pu être capturée.

    Parce que l'analyse de cette image ne pouvait être effectuée immédiatement, le Dr Georg Fischer a envoyé une annonce à la communauté d'astronomes amateurs pour qu'elle traque et récolte le plus d'images possibles de la tempête.

    On ne savait pas alors que cette tempête se présenterait comme la plus grande ayant été mesurée sur Saturne par Cassini.

    En août 2009, pendant l'équinoxe de Saturne, la première observation d'éclairs combinée simultanément avec les ondes radio SED avait été faite.

    Les conditions étaient idéales : l'éclairage de l'anneau était au minimum et le sommet des nuages éclairés par les éclairs pouvait être observé du côté où il faisait nuit sur Saturne.

    Cette combinaison image/onde radio SED d'un même éclair, a permis d'estimer une énergie optique de 10^9 Joules.

    En outre, la location source de l'éclair a été estimée ; elle devrait se situer entre 125 et 250 km en dessous de la couche nuageuse la plus haute, vraisemblablement au niveau des nuages d'eau se trouvant sous une pression de huit-dix bars.

    Une année saturnienne correspond à 29,5 années terriennes et Cassini observait Saturne depuis 2004.

    Georg Fischer explique que jusqu'en août 2009, les orages n'étaient observés que sur l'hémisphère sud.

    Il établit l'hypothèse qu'aux alentours d'août 2009, le printemps commence sur Saturne et que les tempêtes orageuses passent en conséquence sur l'hémisphère Nord.

    Il a été lui-même surpris de la rapidité avec laquelle les éléments climatiques soutenant son hypothèse sont arrivés.

    Un autre thème important a été l'investigation de l'ionosphère de Saturne grâce aux ondes SED radio dont la très basse limite de fréquence peut être utilisée pour déterminer la densité d'électron maximum du plasma de l'ionosphère de Saturne à toute heure locale.

    En moyenne, la densité d'électrons nocturne est de 10^4 par centimètre et la densité d'électrons diurne à midi est supérieure à 10^5 par centimètre.

    Cette variation de densité entre le jour et la nuit est clairement plus petite que celle qui avait été mesurée par le vaisseau spatial Voyager au début des années 1980.

    Le nombre d'éclairs était dix fois plus fréquent que ceux observés sur les autres tempêtes ayant été surveillées par Cassini depuis son arrivée sur Saturne (en 2004).

    Selon Georg Fisher, cette tempête se démarque par son intensité de toutes celles observées depuis sept ans.

    En outre, un taux maximum de dix éclairs par seconde a été enregistré. Même avec une résolution à la milliseconde, l'instrument RPWS a eu du mal à séparer les signaux individuels (qui habituellement se présentent comme des émissions courtes et individuelles) durant les périodes les plus intenses.

    Le déroulé des éclairs individuels était alors tellement rapide qu'une émission radio quasi-continuelle a été mesurée.

    Les scientifiques ont créé un fichier son à partir de données d'ondes radios obtenues le 15 mars 2011 à une période d'intensité légèrement plus basse que les maxima.

    La tempête a atteint une extension latitudinale de 10.000 km en deux/trois semaines, et a développé une queue allant en direction de l'Est qui a pu entourer toute la planète,

    soit une distance de 300.000 km en deux mois sur une bande latitudinale environnant les 35° Nord, l'ensemble correspondant à une surface d'environ quatre milliards de km2.

    La tempête correspond donc à plus de huit fois la surface de la Terre.

    Elle est environ 500 fois plus large que la plus grosse tempête précédemment observée par Cassini pendant plusieurs mois de 2009 et 2010.

    Elle est également la plus grande ayant été observée par un satellite orbitant autour de Saturne.

    Notons cependant que le télescope Hubble Space NASA avait capturé des images d'une aussi vaste tempête en 1990.

    Les orages étaient principalement situés dans la tête de la tempête et avec le temps, des cellules orageuses se sont aussi développées dans la queue.

    De telles explosions appelées " Great White Spot " (GWS) sont rares et n'apparaissent généralement qu'une fois par année saturnienne.

    L'énergie totale de cette tempête a été estimé à 1024 Joule de libérées durant les deux-trois premiers mois, ce qui correspond à l'énergie solaire totale obtenue en une année sur Terre !

    Cette tempête consolide l'hypothèse qui avait prédit une dépendance saisonnière des tempêtes saturniennes.

    Elle montre comment le changement de saisons et l'éclairage solaire peuvent influer la météo de Saturne.

    A noter : l'instrument RPWS a été principalement construit à l'Université d'Iowa.

    Cependant, le receveur de hautes fréquences (HFR High Frequency Receiver), qui est le composant du RPWS détectant les éclairs a été construit à l'observatoire de Paris-Meudon.

    A relever également ; le quatrième auteur de l'article A giant thunderstorm on Saturn (2011), Philippe Zarka, vient de cette institution et le dernier auteur de l'article, M. Delacroix est un astronome amateur français.

    Le sens de ces découvertes ont permis à Dr Georg Fish de soumettre une nouvelle proposition de recherche sur les éclairs qui a été tout récemment approuvée par la FWF, offrant trois nouvelles années de financement pour le projet.


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