Traversant l'atmosphère à toute vitesse au-dessus de l'équateur de Jupiter, un courant-jet est-ouest s'inverse selon un horaire presque aussi prévisible que celui d'un train de Tokyo. Maintenant, une équipe dirigée par la NASA a identifié quel type de vague force ce jet à changer de direction.

Des courants-jets équatoriaux similaires ont été identifiés sur Saturne et sur Terre, où une perturbation rare de la configuration habituelle des vents a compliqué les prévisions météorologiques au début de 2016. La nouvelle étude combine la modélisation de l'atmosphère de Jupiter avec des observations détaillées faites au cours de cinq ans à partir de l'installation du télescope infrarouge de la NASA, ou IRTF, à Hawaii. Les résultats pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre l'atmosphère dynamique de Jupiter et d'autres planètes, y compris ceux au-delà de notre système solaire.

"Jupiter est bien plus grand que la Terre, beaucoup plus loin du Soleil, tourne beaucoup plus vite, et a une composition très différente, mais il s'avère être un excellent laboratoire pour comprendre ce phénomène équatorial, " a déclaré Rick Cosentino, un stagiaire postdoctoral au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et auteur principal de l'article publié dans le Journal de recherche géophysique - Planètes .

Le courant-jet équatorial de la Terre a été découvert après que des observateurs aient vu des débris de l'éruption du volcan Krakatoa de 1883 transportés par un vent d'ouest dans la stratosphère, la région de l'atmosphère où les avions modernes atteignent l'altitude de croisière. Plus tard, les ballons météo ont documenté un vent vers l'est dans la stratosphère. Les scientifiques ont finalement déterminé que ces vents s'inversaient régulièrement et que les deux cas faisaient partie du même phénomène.

Le modèle alterné commence dans la basse stratosphère et se propage jusqu'à la limite avec la troposphère, ou couche la plus basse de l'atmosphère. Dans sa phase orientale, il est associé à des températures plus chaudes. La phase vers l'ouest est associée à des températures plus fraîches. Le modèle est appelé oscillation quasi-biennale de la Terre, ou QBO, et un cycle dure environ 28 mois. La phase du QBO semble influencer le transport de l'ozone, la vapeur d'eau et la pollution de la haute atmosphère ainsi que la production d'ouragans.

Le cycle de Jupiter est appelé oscillation quasi quadriennale, ou QQO, et cela dure environ quatre années terrestres. Saturne a sa propre version du phénomène, l'oscillation quasi-périodique, d'une durée d'environ 15 années terrestres. Les chercheurs ont une compréhension générale de ces modèles, mais continuent de déterminer dans quelle mesure divers types d'ondes atmosphériques contribuent à entraîner les oscillations et à quel point les phénomènes sont similaires les uns aux autres.

Des études antérieures de Jupiter avaient identifié le QQO en mesurant les températures dans la stratosphère pour en déduire la vitesse et la direction du vent. Le nouvel ensemble de mesures est le premier à couvrir un cycle complet du QQO et couvre une zone beaucoup plus vaste de Jupiter. Les observations s'étendaient sur une large plage verticale et couvraient des latitudes d'environ 40 degrés nord à environ 40 degrés sud. L'équipe y est parvenue en installant un instrument à haute résolution appelé TEXES, abréviation de Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph, sur l'IRTF.

"Ces mesures ont permis de sonder de fines tranches verticales de l'atmosphère de Jupiter, " a déclaré la co-auteur Amy Simon, un scientifique Goddard spécialisé dans les atmosphères planétaires. "Les ensembles de données précédents avaient une résolution inférieure, les signaux étaient donc essentiellement étalés sur une grande partie de l'atmosphère."

L'équipe a découvert que le jet équatorial s'étend assez haut dans la stratosphère de Jupiter. Parce que les mesures couvraient une si grande région, les chercheurs pourraient éliminer plusieurs types d'ondes atmosphériques d'être des contributeurs majeurs au QQO, laissant les ondes de gravité comme moteur principal. Leur modèle suppose que les ondes de gravité sont produites par convection dans la basse atmosphère et remontent dans la stratosphère, où ils forcent le QQO à changer de direction.

Les résultats des simulations correspondaient parfaitement au nouvel ensemble d'observations, indiquant qu'ils ont correctement identifié le mécanisme. Sur Terre, les ondes de gravité sont considérées comme les plus susceptibles d'être responsables de forcer le QBO à changer de direction, bien qu'ils ne semblent pas assez forts pour faire le travail seuls.

"Grâce à cette étude, nous avons acquis une meilleure compréhension des mécanismes physiques couplant la basse et la haute atmosphère de Jupiter, et donc une meilleure compréhension de l'atmosphère dans son ensemble, " a déclaré Raúl Morales-Juberías, le deuxième auteur de l'article et professeur agrégé à l'Institut des mines et de la technologie du Nouveau-Mexique à Socorro. "Malgré les nombreuses différences entre la Terre et Jupiter, les mécanismes de couplage entre la basse et la haute atmosphère des deux planètes sont similaires et ont des effets similaires. Notre modèle pourrait être appliqué pour étudier les effets de ces mécanismes sur d'autres planètes du système solaire et sur des exoplanètes."