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Jupiter, le Maître des dieux La Grande Tache Rouge (III) "L'oeil jovien"
comme on dénomme parfois la Grande Tache Rouge fut découverte par le mathématicien
et astronome anglais Robert Hooke en 1664 (certains l'attribuent également à
Cassini). Il s'agit d'une formation permanente,
semblable à un vortex persistant. C'est une zone de haute pression (elle accuse
un mouvement anti-horloger) en forme
d'ellipse, qui s'étend sur environ 25000 km de longueur et 12000 km en latitude;
cet anticyclone est deux fois plus grand que la Terre ! Les mesures effectuées par les sondes spatiales Voyager 1 et 2 ont révélé que cette formation
était plus froide de 2° par rapport aux zones claires avoisinantes (-146°C).
Elle doit donc émerger à quelque 8 km au-dessus des zones nuageuses claires.
Très bien délimitée, avec une cavité creusée dans la
partie Nord, elle présente une structure spiralée. Il s'agit d'une formation
stable mais qui dérive irrégulièrement, sans suivre la circulation générale.
Avant la collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter en
juillet 1994,
on supposait qu'elle s'était formée à la jonction de deux courants
horizontaux de sens contraire, comme cela peut expliquer les nombreux petits
vortex (spots blancs) qui apparaissent ci et là, à la limite des zones claires
et des ceintures sombres. Mais étant donné que la collision de Shoemaker-Levy 9
avec Jupiter provoqua d'énormes tâches de plus de mille kilomètres de diamètre
dans l'atmosphère jovienne et subsistèrent près d'un an, il est également possible qu'une comète plus
grosse ait percuté la planète géante dans un lointain passé. La Grande Tache
Rouge serait la principale cicatrice de cette explosion, en fait la seule
formation stable dans ce milieu turbulent. Mais pourquoi ne se désagrège-t-elle pas ? L'analyse
des images de Jupiter après la collision avec Shoemaker-Levy 9 a démontré que
certaines zones d’impacts, parfois aussi vaste que la Terre se sont transformées
en fragments de bandes mais aucune n’a subsisté sous forme de tache. On pense
aujourd’hui que la Grande
Tache Rouge est le résultat de la stabilisation
d’une hétérogénéité dans un milieu chaotique. En effet, un mélange hors
équilibre peut-être stable ainsi que l’ont démontré quantités d’expériences
avec des fluides plus ou moins visqueux. Si sa forme est persistante et le flux
continu, à l’instar de ce qui se produit dans l’atmosphère jovienne, la réaction
devient autocatalytique et le système s'engage dans un cycle autoreproductif,
autrement dit les courants atmosphériques entretiennent localement la Grande Tache
Rouge qui se trouve dans un régime stable.
La
couleur de la Grande
Tache Rouge provient probablement
de la décomposition par photolyse de la phosphine en phosphore rouge. Une autre
explication, avancée par le Dr Cyril Ponnamperuma de l'Université de Maryland
tient compte de la synthèse des polymères nitriles à partir de l'expérience de
Miller, dont on retrouve les composants sur Jupiter[2].
En dépouillant les observations
passées, on a découvert
une tache ovale blanche (WOS) sous la Grande
Tache Rouge qui s'était formé vers 1930. La
persistance de ces formations s'explique en partie par le fait qu'à l'inverse
de la Terre, elles ne passent pas au-dessus de la mer et des reliefs qui
modifient leur état. Le froid persistant et la taille gigantesque des
formations expliquent aussi le fait que l'énergie se dissipe très lentement.
Toutefois, les petites taches sont éphémères alors que la Grande
Tache Rouge est
permanente. Si l'on admet l'idée des composés organiques, il reste malgré
tout à expliquer sa fixité dans l'hémisphère Sud depuis le XVIIeme
siècle.
Une première ébauche de solution fut proposée en 1978 par le mathématicien et astronome Philip Marcus de l'Université de Berkeley. Son modèle mathématique copié de la dynamique jovienne montre qu'un mouvement centrifuge peut transformer des flux initialement chaotiques en structures stables à grande échelle. Des vérifications avec des fluides dans le laboratoire de l'Université d'Austin confirmèrent ces simulations numériques. A partir d'une atmosphère calme contenant un vortex important, la mise en rotation du système déclencha un effet centrifuge entretenu. Alors que l'énergie se propagea autour de la grande tache qui resta en équilibre, elle provoqua la formation de petits vortex mais qui ne purent se maintenir lorsque les courants furentportés à 300 km/h. Ils s'étirèrent et se transformèrent en filaments échancrés, semblables aux nodosités joviennes. Entretenue par l'énergie du système, la position et la structure de la grande tache ne subirent pas d'altération et persistèrent au fil des rotations. Cette expérience confirma qu'un système chaotique
pouvait créer à certains seuils critiques de son évolution des structures
totalement stables. Au lieu de disperser la matière, le système conserva un
comportement déterminé, corroboré par l'observation de la nature. Les retombées
des études sur les turbulences et le chaos devinrent si importantes que l'on
parle aujourd'hui de la science du désordre.[3] Qu'il soit une étoile de petite taille ou une planète
géante,
Jupiter se comporte de façon remarquable et son activité radioélectrique est
surprenante. En 1955, les astronomes B.Burke et K.Franklin d'un
observatoire proche de Washington cherchaient à compléter la carte radioélectrique
du ciel, lorsqu'ils détectèrent de fortes émissions sur 22.2 MHz et des
sursauts d'une période d'une seconde sur 20 MHz. Ils les attribuèrent tout
d'abord à des interférences d'origines terrestres. Durant les mois qui
suivirent les astronomes insistèrent, s'étonnant que la source se déplaçait
sur le fond étoilé selon une trajectoire qui semblait être celle de Jupiter.
Ce dernier se montra ainsi comme l'une des radiosources les plus puissantes du
ciel. Les longueurs d'ondes les plus
courtes, inférieures à
2.54 cm (11.8 GHz) proviennent des nuages supérieurs de Jupiter et indiquent
une température de -104°C, proche des températures obtenues par les mesures
dans l'infrarouge. Celles qui sont donc un peu plus longues ne pouvaient
provenir que de l'atmosphère, où les nuages devaient atteindre un degré d'échauffement
absurde pour les émettre aussi fort. Les analyses radioélectriques ont montré
que jusqu'à 70 cm de longueur d'onde, le rayonnement est d'origine thermique et
provient de l'agitation des molécules dans l'atmosphère supérieure. Les ondes
comprises entre 0.7 m et 670 m ne sont plus d'origine thermique, mais sont
constituées de particules issues du vent solaire qui sont prises au piège d'un
gigantesque champ magnétique. Les ondes métriques comprises entre 3 et 15 m sont modulées
par la position du satellite Io sur son orbite. Cette hypothèse confirme
l'observation faite par Biggs en 1964. Il existe en effet un tore de particules
qui relie le satellite Io aux régions polaires de Jupiter. Ces gaz sont issus
des éruptions volcaniques d’Io à raison d’une tonne par seconde et se déversent
sur Jupiter en provoquant des aurores polaires. Le Télescope Spatial Hubble
confirma que ces aurores polaires ressemblent à celles qui apparaissent sur
Terre dans les régions circumpolaires. Les longueurs d'ondes comprises entre 1 et 15 m proviennent de l'ionosphère, une région beaucoup plus proche de la planète, formée de 5 couches électrisées, située entre le niveau 1 mb qui correspond au sommets des ceintures colorées et environ 3000 km d'altitude. Les longueurs d'ondes plus élevées, jusque 670 m, sont émises par le champ magnétique externe.
La sonde Galileo a également découvert une intense ceinture de radiation entre l'anneau de Jupiter et le sommet de l'atmosphère. Cette nouvelle composante est 10 fois plus forte que les ceintures Van Allen qui entourent la Terre. Elle contient des ions d'hélium de haute énergie dont on ignore l'origine. Un
peu plus écartée de l'atmosphère, dans une région dont le
diamètre est 3.5 fois plus grand que la planète, se trouve une deuxième
ceinture de radiation, mais qui est beaucoup plus étendue que nos ceintures de Van Allen
terrestres. Les ondes décamétriques proviennent de particules situées
dans cette ceinture d'intenses radiations et à l'image de la planète,
elles ne restent pas immobiles. A intervalles irréguliers, elles plongent en
vastes essaims jusqu'à la partie supérieure de l'atmosphère où elles s'arrêtent
brusquement, libérant une partie de leur énergie sous forme d'ondes électriques.
Cet effet est appelé le "dumping". Jupiter émet aussi des rayons cosmiques qui furent
attribués un temps à une émission de la Galaxie, tant ils étaient énergiques
! Les sondes spatiales ont mis en évidence deux champs
magnétiques différents : - L'un forme l'onde choc
et se
situe à l'endroit où le vent solaire soufflant à plus de 415 km/s (1.5
millions de km/h) rebondit sur la magnétosphère jovienne tel un flot violent
soulevé par l'étrave d'un navire, - Une seconde, le champ magnétique proprement
dit, est une zone de plasma de 21
millions de kilomètres de largeur, contenant des particules presque totalement
ionisées et des éléments neutres. Cette magnétopause est écrasée en
direction du Soleil tandis qu'elle s'étire à l'opposer pour former une queue
magnétique très longue, qui s'étend sur plus d'un milliard de kilomètres,
au-delà de l'orbite de Saturne ! Cette extension s'explique par la vitesse de
rotation du champ magnétique, créant une force telle que les
particules attirées par Jupiter sont repoussées de plus en plus loin de la
planète. Cette structure se divise en trois régions : - La magnétosphère interne qui s'étend
jusqu'à environ 20 rayons joviens, où le champ magnétique de Jupiter
influence le vent solaire. Elle contient les zones que l'on assimile aux
ceintures Van Allen sur Terre. Divisée en deux parties, ce sont les endroits
qui présentent le rayonnement le plus intense, jusqu'à 4 millions de
particules par seconde et par centimètre cube aux environs de 200000 km
au-dessus des nuages, 10000 fois l'intensité que l'on mesure autour de la Terre
! A une distance d'environ 70000 km de la surface, la sonde spatiale Pioneer 10 détecta une seconde zone d'intense rayonnement où le niveau des radiations atteint 1000 fois le seuil de tolérance de l'organisme humain (la dose létale vaut 500 rads) ! Deux des 340 photographies prises à ce moment là ne sont jamais parvenues au Jet Propulsion Laboratory (JPL). On a découvert que la magnétosphère de Jupiter se comportait de façon analogue à la magnétosphère terrestre, mais elle est perturbée par les satellites Europe et Ganymède qui gravitent dans cette zone. - La magnétosphère moyenne qui
s'étend entre 20 et 60 rayons joviens. Elle forme un feuillet de courant très
fin et de faible énergie (10-12
Gauss) autour de Jupiter; - La magnétosphère externe qui s'étend
jusqu'aux limites de la magnétopause. Elle peut s'étendre pendant de rares
instants jusqu'à 100 rayons joviens en directement du Soleil. Les mesures accumulées par les sondes spatiales ont permis de confirmer les hypothèses des radioastronomes. Jupiter possède un champ magnétique de type bipolaire avec une inversion de polarité : l'aiguille de notre boussole indiquerait le Sud, avec une inclinaison d'environ 11° par rapport à l'axe de rotation de la planète. Cette inclinaison crée une oscillation du flux magnétique, donnant au champ de force une période de rotation qui correspond au Système III que nous avons introduit plus haut. Ce champ magnétique semble engendré par le noyau et les mouvements de la matière dans les profondeurs de Jupiter, comme c'est le cas pour la Terre. Le centre de ce dipôle est décalé de 700 km vers le Nord, dont l'intensité maximale atteint 14.8 Gauss au pôle Nord et 4.2 Gauss à l'équateur, soit plus de huit fois supérieur au champ magnétique terrestre. L'énergie contenue dans ce champ magnétique est 200000 fois supérieure à celle de la Terre et n'a donc rien de comparable avec le nôtre. C'est le champ magnétique le plus puissant du système solaire après celui du Soleil.
Ces émissions sont générées par des électrons spiralant dans un puissant champ magnétique, induisant un effet synchrotron. Elles parviennent aux radiotélescopes sous forme d'éclats ou de tempêtes. Dans la bande décamétrique (5 à 40 MHz) les éclats durent de quelques micro-secondes à quelques secondes. Les tempêtes étant composées de milliers d'éclats, elles peuvent durer jusqu'à 2 heures, à l'instar de l'activité solaire. Un seul éclat d'une seconde libère autant d'énergie que celle enregistrée par 100 milliards d'éclairs terrestres ! Au cours d'une tempête, ces éclats se suivent les uns sur les autres sur un rythme saccadé, donnant à Jupiter une voix qui doit porter bien au-delà du système solaire. Les plus grosses planètes ont ainsi une signature radioélectrique particulière, différente de celle des étoiles ou des galaxies, à la base d'une technique de radioastronomie qui permet de sonder l'Univers à la recherche d'éventuels exoplanètes. A l'audition, ces sons dont quelques enregistrements sont rassemblés dans cette page font penser à une troupe marchant au pas, à des vagues déferlants sur une plage ou encore à une respiration, lors des périodes d'accalmie de son activité. F.Scarf, un chercheur de la société américaine TRW, obtient d'étranges enregistrements, où des notes délicates et cristallines, que d'autres interprètent comme des gazouillis d'oiseaux, se mêlent à des sonorités profondes, des sifflements suraigus, pour se combiner en motifs complexes, envoûtants pour certains initiés. D'ici il n'y a plus qu'un pas à franchir pour concrétiser tous ces sons en symphonie céleste comme le fit Herschel et plus récemment le compositeur japonais Isao Tomita ou la physicienne Fiorella Terenzi. Prochain chapitre
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