Les couches supérieures de l'atmosphère des géantes gazeuses - Saturne, Jupiter, Uranus et Neptune sont chauds, tout comme celle de la Terre. Mais contrairement à la Terre, le Soleil est trop loin de ces planètes extérieures pour expliquer les températures élevées. Leur source de chaleur a été l'un des grands mystères de la science planétaire.

Une nouvelle analyse des données du vaisseau spatial Cassini de la NASA trouve une explication viable pour ce qui maintient les couches supérieures de Saturne, et peut-être les autres géantes gazeuses, si chaud :des aurores aux pôles nord et sud de la planète. Courants électriques, déclenchée par les interactions entre les vents solaires et les particules chargées des lunes de Saturne, déclencher les aurores et chauffer la haute atmosphère. (Comme pour les aurores boréales de la Terre, l'étude des aurores indique aux scientifiques ce qui se passe dans l'atmosphère de la planète.)

L'oeuvre, publié aujourd'hui dans Astronomie de la nature , est la cartographie la plus complète à ce jour de la température et de la densité de la haute atmosphère d'une géante gazeuse, une région qui a été mal comprise.

« Comprendre la dynamique nécessite vraiment une vue globale. Cet ensemble de données est la première fois que nous avons pu regarder la haute atmosphère d'un pôle à l'autre tout en voyant comment la température change avec la profondeur, " a déclaré Zarah Brown, auteur principal de l'étude et étudiant diplômé du Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona.

En construisant une image complète de la façon dont la chaleur circule dans l'atmosphère, les scientifiques sont mieux à même de comprendre comment les courants électriques auroraux chauffent les couches supérieures de l'atmosphère de Saturne et entraînent les vents. Le système éolien mondial peut distribuer cette énergie, qui se dépose initialement près des pôles vers les régions équatoriales, les chauffer à deux fois les températures attendues du seul chauffage du soleil.

"Les résultats sont essentiels à notre compréhension générale des hautes atmosphères planétaires et constituent une partie importante de l'héritage de Cassini, " a déclaré Tommi Koskinen, co-auteur de l'étude, membre de l'équipe de spectrographe d'imagerie ultraviolette de Cassini. "Ils aident à répondre à la question de savoir pourquoi la partie supérieure de l'atmosphère est si chaude, tandis que le reste de l'atmosphère, en raison de la grande distance du Soleil, est froid."

Géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, Cassini était un orbiteur qui a observé Saturne pendant plus de 13 ans avant d'épuiser ses réserves de carburant. La mission l'a plongé dans l'atmosphère de la planète en septembre 2017, en partie pour protéger sa lune Encelade, que Cassini a découvert pourraient contenir des conditions propices à la vie. Mais avant son plongeon, Cassini a effectué 22 orbites ultra proches de Saturne, une dernière tournée appelée la Grande Finale.

C'est lors de la Grande Finale que les données clés ont été collectées pour la nouvelle carte des températures de l'atmosphère de Saturne. Pendant six semaines, Cassini a ciblé plusieurs étoiles brillantes dans les constellations d'Orion et de Canis Major alors qu'elles passaient derrière Saturne. Alors que le vaisseau spatial observait les étoiles se lever et se coucher derrière la planète géante, les scientifiques ont analysé comment la lumière des étoiles changeait lorsqu'elle traversait l'atmosphère.

Mesurer la densité de l'atmosphère a donné aux scientifiques les informations dont ils avaient besoin pour trouver les températures. La densité diminue avec l'altitude, et le taux de diminution dépend de la température. Ils ont découvert que les températures culminaient près des aurores, indiquant que les courants électriques auroraux chauffent la haute atmosphère.

Les mesures de densité et de température combinées ont aidé les scientifiques à déterminer la vitesse du vent. Comprendre la haute atmosphère de Saturne, où la planète rencontre l'espace, est la clé pour comprendre la météo spatiale et son impact sur les autres planètes de notre système solaire et les exoplanètes autour d'autres étoiles.

"Même si des milliers d'exoplanètes ont été trouvées, seules les planètes de notre système solaire peuvent être étudiées avec ce genre de détail. Merci à Cassini, nous avons actuellement une image plus détaillée de la haute atmosphère de Saturne que toute autre planète géante de l'univers, ", a déclaré Brown.

La mission Cassini-Huygens est un projet coopératif de la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale italienne. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, ou JPL, une division de Caltech à Pasadena, gère la mission de la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. JPL conçu, développé et assemblé l'orbiteur Cassini.