Un motif en damier de zones de basse (bleu) et de haute (rouge) pression se déplaçant vers l'est au fil du temps, généré par seulement deux des vibrations de sonnerie de l'atmosphère globale (périodes =32,4 heures et 9,4 heures). Crédit :Sakazaki et Hamilton (2020)
Une cloche qui sonne vibre simultanément à un ton fondamental grave et à de nombreuses harmoniques plus aiguës, produisant un son musical agréable. Une étude récente, vient de paraître dans le Journal des sciences de l'atmosphère par des scientifiques de l'Université de Kyoto et de l'Université d'Hawai'i à Mānoa, montre que toute l'atmosphère terrestre vibre de manière analogue, dans une confirmation frappante des théories développées par les physiciens au cours des deux derniers siècles.
Dans le cas de l'atmosphère, la "musique" ne vient pas comme un son que nous pourrions entendre, mais sous la forme de vagues de pression atmosphérique à grande échelle s'étendant sur le globe et voyageant autour de l'équateur, certains se déplaçant d'est en ouest et d'autres d'ouest en est. Chacune de ces ondes est une vibration résonnante de l'atmosphère globale, analogue à l'une des hauteurs de résonance d'une cloche. La compréhension de base de ces résonances atmosphériques a commencé avec des idées fondatrices au début du 19ème siècle par l'un des plus grands scientifiques de l'histoire, le physicien et mathématicien français Pierre-Simon Laplace. Les recherches des physiciens au cours des deux siècles suivants ont affiné la théorie et conduit à des prédictions détaillées des fréquences d'ondes qui devraient être présentes dans l'atmosphère. Cependant, la détection réelle de telles ondes dans le monde réel a pris du retard par rapport à la théorie.
Maintenant dans une nouvelle étude de Takatoshi Sakazaki, professeur assistant à l'École supérieure des sciences de l'Université de Kyoto, et Kevin Hamilton, professeur émérite au Département des sciences de l'atmosphère et au Centre international de recherche sur le Pacifique de l'Université d'Hawai?i à Mānoa, les auteurs présentent une analyse détaillée de la pression atmosphérique observée sur le globe toutes les heures pendant 38 ans. Les résultats ont clairement révélé la présence de dizaines de modes d'ondes prédits.
L'étude s'est particulièrement intéressée aux ondes de durée comprise entre 2 heures et 33 heures qui se déplacent horizontalement dans l'atmosphère, se déplaçant autour du globe à grande vitesse (plus de 700 milles à l'heure). Cela met en place un schéma caractéristique en « damier » de haute et basse pression associé à ces ondes lors de leur propagation (voir figure).
Modèles de pression pour 4 des modes au fur et à mesure qu'ils se propagent dans le monde entier. Crédit :Sakazaki et Hamilton (2020)
"Pour ces modes d'onde en mouvement rapide, nos fréquences observées et modèles globaux correspondent très bien à ceux théoriquement prédits, " a déclaré l'auteur principal Sakazaki. " C'est passionnant de voir la vision de Laplace et d'autres physiciens pionniers si complètement validée après deux siècles. "
Mais cette découverte ne signifie pas que leur travail est terminé.
"Notre identification de tant de modes dans des données réelles montre que l'atmosphère sonne en effet comme une cloche, " a commenté le co-auteur Hamilton. " Cela résout enfin un problème de longue date et classique en science atmosphérique, mais cela ouvre également une nouvelle voie de recherche pour comprendre à la fois les processus qui excitent les vagues et les processus qui agissent pour amortir les vagues."
Alors laissez jouer la musique d'ambiance !
