La mission internationale de longue durée Cassini a révélé une caractéristique surprenante émergeant au pôle nord de Saturne à l'approche de l'été :un réchauffement, vortex de haute altitude de forme hexagonale, semblable au célèbre hexagone vu plus loin dans les nuages ​​de Saturne. Cela suggère que l'hexagone de basse altitude peut influencer ce qui se passe au-dessus, et qu'il pourrait s'agir d'une structure imposante s'étendant sur des centaines de kilomètres de hauteur.

Lorsque Cassini est arrivé au système saturnien en 2004, l'hémisphère sud profitait de l'été, tandis que le nord était en plein hiver. Le vaisseau spatial a espionné un large, chaleureux, vortex de haute altitude au pôle sud de Saturne, mais aucun au pôle nord de la planète.

Une nouvelle étude à long terme a maintenant repéré les premiers aperçus d'un vortex polaire nord se formant haut dans l'atmosphère alors que l'hémisphère nord de Saturne approchait de l'été. Ce vortex chaud se trouve à des centaines de kilomètres au-dessus des nuages, dans une couche de l'atmosphère appelée stratosphère, et révèle une surprise inattendue.

"Les bords de ce vortex nouvellement découvert semblent être hexagonaux, correspondant précisément à un modèle de nuage hexagonal célèbre et bizarre que nous voyons plus loin dans l'atmosphère de Saturne, " dit Leigh Fletcher de l'Université de Leicester, ROYAUME-UNI, auteur principal de la nouvelle étude.

"Alors que nous nous attendions à voir une sorte de vortex au pôle nord de Saturne à mesure qu'il se réchauffait, sa forme est vraiment surprenante. Soit un hexagone a pondu spontanément et à l'identique à deux altitudes différentes, un plus bas dans les nuages ​​et un haut dans la stratosphère, ou l'hexagone est en fait une structure imposante s'étendant sur une plage verticale de plusieurs centaines de kilomètres."

Les niveaux de nuages ​​de Saturne hébergent la majorité de la météo de la planète, y compris l'hexagone polaire nord préexistant. Cette caractéristique a été découverte par le vaisseau spatial Voyager de la NASA dans les années 1980 et a été étudiée pendant des décennies; c'est une onde de longue durée potentiellement liée à la rotation de Saturne, un type de phénomène également observé sur Terre dans des structures telles que le Polar Jet Stream.

Ses propriétés ont été révélées en détail par Cassini, qui l'a observé dans de multiples longueurs d'onde - de l'ultraviolet à l'infrarouge - à l'aide d'instruments dont son spectromètre infrarouge composite (CIRS). Cependant, au début de la mission cet instrument ne pouvait pas scruter plus haut dans la stratosphère nord, qui avait des températures d'environ -158 degrés Celsius - environ 20 degrés trop froids pour des observations infrarouges fiables du CIRS - laissant ces régions de haute altitude relativement inexplorées pendant de nombreuses années.

"Une année saturnienne s'étend sur environ 30 années terrestres, donc les hivers sont longs, " ajoute la co-auteur Sandrine Guerlet du Laboratoire de Météorologie Dynamique, La France.

"Saturne n'a commencé à émerger des profondeurs de l'hiver nordique qu'en 2009, et s'est progressivement réchauffé à mesure que l'hémisphère nord approchait de l'été."

Un étrange processus en jeu dans l'atmosphère de Saturne a accéléré ce réchauffement :lorsque l'air a coulé au pôle nord, l'hexagone supérieur s'est réchauffé de plus en plus vite, et le transport de l'air vers le bas a concentré l'abondance de plusieurs espèces mineures. L'augmentation de la température a permis à Fletcher et à ses collègues d'étudier le vortex polaire en lumière infrarouge.

"Nous avons pu utiliser l'instrument CIRS pour explorer la stratosphère nord pour la première fois, à partir de 2014, " ajoute Guerlet. " Au fur et à mesure que le vortex polaire est devenu de plus en plus visible, nous avons remarqué qu'il avait des bords hexagonaux, et nous avons réalisé que nous voyions l'hexagone préexistant à des altitudes beaucoup plus élevées qu'on ne le pensait auparavant."

Cela indique que les deux pôles de Saturne se comportent très différemment - il n'y avait pas d'hexagone au pôle sud, soit au sommet des nuages, soit au-dessus, quand il a été observé au début de la mission de Cassini pendant l'été austral. Le vortex nord est également loin d'être aussi mature que le vortex sud, comme il fait plus frais, et affiche une dynamique différente de son homologue du sud.

"Cela pourrait signifier qu'il existe une asymétrie fondamentale entre les pôles de Saturne que nous ne comprenons pas encore, ou cela pourrait signifier que le vortex polaire nord se développait encore dans nos dernières observations et a continué à le faire après la disparition de Cassini, " ajoute Fletcher. La mission Cassini a pris fin en septembre 2017.

La présence d'un hexagone dans la stratosphère nord de Saturne, des centaines de kilomètres au-dessus des nuages, suggère qu'il y a beaucoup plus à apprendre sur la dynamique en jeu dans l'atmosphère de la géante gazeuse.

Un seul, structure hexagonale imposante qui s'étend à travers l'atmosphère serait peu probable étant donné que les conditions de vent changent considérablement avec l'altitude. Cependant, en étudiant les propriétés atmosphériques dans la région nord, Fletcher et ses collègues ont également déterminé que les vagues comme l'hexagone devraient être incapables de se propager vers le haut - elles devraient rester piégées dans les sommets des nuages, comme on le pensait auparavant.

"L'une des manières dont l'onde" information " peut fuir vers le haut est via un processus appelé évanescence, où la force d'une vague décroît avec la hauteur mais est à peu près assez forte pour persister dans la stratosphère, " explique Fletcher. " Nous avons simplement besoin d'en savoir plus. C'est assez frustrant que nous n'ayons découvert cet hexagone stratosphérique qu'à la fin de la vie de Cassini."

Comprendre comment et pourquoi le vortex polaire nord de Saturne a pris une forme hexagonale nous éclairera sur la façon dont des phénomènes plus profonds dans une atmosphère peuvent influencer l'environnement au-dessus, quelque chose qui intéresse particulièrement les scientifiques qui tentent de comprendre comment l'énergie est transportée dans les atmosphères planétaires.

La région polaire nord de Saturne devrait continuer à se développer dans les années à venir; l'hémisphère nord a passé le solstice d'été en mai 2017, et est en bonne voie pour son équinoxe d'automne en 2024.

"L'hexagone nord de Saturne est une caractéristique emblématique de l'un des membres les plus charismatiques du système solaire, alors découvrir qu'il recèle encore de grands mystères est très excitant, " dit Nicolas Altobelli, Scientifique du projet ESA pour la mission Cassini-Huygens.

"Le vaisseau spatial Cassini a continué à fournir de nouvelles idées et découvertes jusqu'à la fin. Sans un vaisseau spatial capable comme Cassini, ces mystères seraient restés inexplorés. Cela montre exactement ce qui peut être accompli par une équipe internationale envoyant un explorateur robotique sophistiqué vers une destination auparavant inexplorée - avec des résultats qui continuent d'affluer même lorsque la mission elle-même est terminée."