Etude des couleurs de Jupiter, 2022 et 2021

[Christophe Pellier 8759]

Salut à tous,

J'ouvre un sujet pour rendre compte sur le forum des résultats que j'obtiens depuis deux ans grâce à un gros travail qui consiste à parvenir à mesurer les couleurs de Jupiter, et à quantifier leur évolution. L'idée m'est venue suite à une suggestion du Directeur de la section Jupiter de la BAA, John Rogers, lors du Workshop JUNO à Londres en 2018, où il avait fait plusieurs propositions d'étude de la planète, dont une qui consistait à savoir comment on pouvait suivre ses couleurs... Autant dire que ça a fait tilt chez moi !

Si le sujet est très simple, les moyens de parvenir à ce suivi le sont beaucoup moins, et j'ai en gros passé les années suivantes à apprendre et mettre en oeuvre des techniques scientifiques. C'est seulement l'an passé que j'ai commencé à obtenir mes premiers résultats (mais il faut dire que les années précédentes Jupiter était bien trop basse).

Je vais rester synthétique et montrer seulement les résultats les plus significatifs parce que sinon ça serait trop long de tout décrire  mais je mettrai quelques liens vers des explications plus longues.

[edition] Voilà deux images en couleur complètement traitées de chacune des deux années, illustrant les changements, mais le truc c'est de parvenir à les mesurer  

 

 

La technique de base : la photométrie et l'albedo

Si les changements de couleur de Jupiter se voient assez facilement sur les images ou à l'oculaire, les mesurer demande de dépasser les appréciations subjectives et pour cela, je me suis servi du concept de l'albedo, qui est une quantification plus objective de la luminosité des corps planétaire. En gros, l'albedo mesure, sur une échelle de 0 à 1, la capacité d'un corps du système solaire à réfléchir la lumière du Soleil.

Pour obtenir l'albedo de Jupiter, il faut d'abord calculer sa magnitude, dans toutes les bandes de lumière voulues.

La technique qui permet de calculer cela c'est la photométrie stellaire (j'utilise la méthode AAVSO), mais j'ai également développé une autre méthode qui consiste à calculer la magnitude de Jupiter à partir de celle de certains des satellites galiléens. Elle donne des résultats intéressants, même si ça demandera encore de la pratique (et la technique stellaire est de toute façon préférable).

Je passe les détails du calcul, mais voilà un type de graphique qui donne les valeurs trouvées pour 2022. Le spectre en fond est celui calculé par Erik Karkoschka en 1995.

Les valeurs trouvées sont très conformes avec les références historiques.

 

Résultats 1: les scans nord-sud

Une fois qu'on a ces valeurs, on peut les exploiter de différentes façons. Une première consiste à relever la luminosité du disque d'un pôle à l'autre. J'ai complètement détourné un logiciel de spectroscopie pour ça ah ah . Je pars d'une image cartographiée que je "calibre" de 0 à 180 ce qui me permet ensuite d'obtenir un profil avec une échelle régulière en latitude...

 

(tout le travail est fait sur des images non traitées: c'est seulement là qu'on a le profil réel de luminosité des nuages).

Voilà par exemple le profil du système de bandes joviennes en lumière bleue pour 2022, comparée à 2021. On voit très bien, par exemple, le gain en luminosité de la zone équatoriale (lat +6°, -7°), qui est passée d'orange à jaune pâle:

 

En rouge, les variations sont beaucoup plus faibles. C'est logique, les couleurs de Jupiter varient bien plus dans les courtes longueur d'onde.

 

On peut aussi jouer avec les calculs sur des images réelles pour faire des fausses couleurs intéressantes. J'ai trouvé qu'en enlevant le profil de l'année N-1 à celui de l'année N, on obtenait un double code sympa, qui donne à la fois le changement de luminosité et la direction de couleur du changement (+rouge ou + bleu). 

Le graphique montre aussi un développement des scans, ici un index rouge moins bleu qui est une autre façon de mesurer la variation de couleur d'une année sur l'autre.

 

On peut faire ça en méthane aussi. Je détecte une baisse de luminosité de la zone équatoriale, certainement en lien avec son changement de couleur (cf le commentaire sur la GTR plus bas)

 

Résultats 2 : spectres photométriques de régions individuelles

Les scans ne sont pas adaptés à tout type de détail. Pour mesurer par exemple objectivement le changement de couleur de la Grande tache rouge, c'est moins bien. Pour cela, j'utilise les outils photométrique du logiciel IRIS:

En gros je fais un ratio entre l'intensité lumineuse du détail et celui du disque en entier, avec l'intensité du détail ramenée à celle qu'il aurait s'il présentait la même surface que le globe. Multipliée par l'albedo de la planète, ça donne l'albedo du détail (c'est comme ça aussi que je calibre les scans).

La GTR a pas mal changé de couleur ces dernières années. Elle était vraiment très rouge de 2015 à 2020, puis d'un seul coup en 2021, elle l'est devenue beaucoup moins. En 2022, la teinte est devenue plus intense, mais pas autant qu'avant 2021. La mesure de l'albedo permet de l'objectiver :

 

L'augmentation de l'intensité de la couleur se traduit par une chute de l'albedo en U, B et V, mais pas en R et I. C'est pour cela que la tache est "plus rouge". A noter qu'on détecte a contrario une augmentation de son albedo dans les bandes méthane (890 et 1000). Les scientifiques ont déjà relevé une corrélation entre la couleur intense de la tache, son faible albedo en UV et une augmentation en CH4, ce qui révèle probablement une augmentation de l'altitude des nuages de la tache, ce qui accroît son exposition à la lumière solaire, un chromophore absorbe les UV et s'assombrit, ce qui provoque le changement de couleur.

Voilà ce que ça donne pour la zone équatoriale par exemple. Je détecte même un possible changement durant le cours de l'apparition; qui semble cohérent à la lumière des premières images 2023 où la zone semble être devenue presque blanche.

Attention: je suppose que vous vous demandez comment il est possible que l'albedo du détail soit supérieur à celui de la planète (spectre): c'est parce que l'albédo du globe entier dit géométrique prend la luminosité apparente du globe sans correction du gradient de luminosité terminateur-centre. L'albédo global est donc une moyenne ; là je calcule l'albedo des détails au méridien central, là où leur luminosité apparente est maximale. Les détails les plus brillants, en V et R, peuvent approcher une valeur de 100% (ou 1).

On ne s'en rend pas bien compte, mais en fait le gradient de lumière est très important... voici une coupe rapide dans IRIS en longitude dans une zone homogène:

 

Autre exemple, ici la NTB, qui est passé au stade "disparue" depuis l'an passé. En fait elle se couvre de nuages plus brillants.

 

Et puis juste pour le plaisir des yeux voilà une planche d'images psf 2022 avec la TR  

 

Voilà, j'ai hâte de rajouter une troisième tranche avec les données 2023  

Quelques liens supplémentaires avec plus d'explications et de résultats (sur Alpo japon, en anglais)

2022 volet 1

2022 volet 2

2022 volet 3

 

2021 volet 1

2021 volet 2

2021 volet 3

 

Edited June 28 by Christophe Pellier

[ALAING 56531]

Excellente étude Christophe

Tu seras donc notre modèle pour la colorimétrie de Juju

Bonne soirée,

AG

[deep impact 5705]

C'est très scientifique toutes ces comparaisons de couleurs.

[MatEX 698]

Mon Dieu. Quel travail ! Dis donc, Christophe, tu comptes abandonner le monde des amateurs pour le monde pro ou quoi ? 

 

Matthieu, l’explorateur du ciel.

[ALF 1811]

Il y a 16 heures, Christophe Pellier a dit :

Si le sujet est très simple

Bonjour Christophe,

 

Pour tout te dire, le sujet te parait simple et semble-t-il logique alors que de mon côté je n'avais même pas conscience qu'il existait.

 

J'avais toujours pris les changements de couleurs comme une interprétation des traitements fait sur Jupiter ou bien d'une évolution des techniques de prises de vues. (Les caméras, les filtres et les outils de traitement changeant tout le temps)

 

Merci de partager tout ça avec nous, c'est un sujet passionnant.

 

GreG.

Edited June 26 by ALF

[Christophe Z 2405]

Il y a 16 heures, Christophe Pellier a dit :

dont une qui consistait à savoir comment on pouvait suivre ses couleurs... Autant dire que ça a fait tilt chez moi !

Elle était faire pour toi cette proposition 😉

C'est du bon travail ! 

Je vais repasser à tête reposée, c'est intéressant ce que tu as fais. 

[Guillaume BERTRAND 1618]

Salut Christophe,

C'est passionnant ! Le travail est énorme et vraiment consistant... J'adore

Tu devrais poster un petit message dans la section spectro/photométrie aussi !

 

Il y a 17 heures, Christophe Pellier a dit :

Le spectre en fond est celui calculé par Erik Karkoschka en 1995.

 

A propos de ce spectre, comment est il calculé ? C'est un "vrai" spectre ? ou bien un synthétique ? Si c'est un vrai est ce que tu sais comment était positionné la fente sur le disque ? Est ce une moyenne de plusieurs positions ? bref plein de questions   Je vais de ce pas essayer de trouver un peu de littérature sur le travail de Karkoschka.

EDIT : je viens de trouver ça, mais le papier ne semble pas être en accès libre  : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103584711390?via%3Dihub

 

En tout cas BRAVO pour tout ça !

 

Guillaume

Edited June 26 by Guillaume BERTRAND

[Christophe Pellier 8759]

Merci pour vos réactions  

Il y a 7 heures, MatEX a dit :

tu comptes abandonner le monde des amateurs pour le monde pro ou quoi ? 

Non mais il y a un monde partagé entre les deux aujourd'hui 

Il y a 13 heures, ALAING a dit :

Tu seras donc notre modèle pour la colorimétrie de Juju

Merci Alain, par contre je ne suis pas certain que ça puisse servir à ça paradoxalement !

il y a 32 minutes, ALF a dit :

J'avais toujours pris les changements de couleurs comme une interprétation des traitements fait sur Jupiter ou bien d'une évolution des techniques de prises de vues. (Les caméras, les filtres et les outils de traitement changeant tout le temps)

Alors en effet ce problème existe bien, et c'est aussi pour le dépasser que j'ai engagé ce type de travail. Par contre, les changements de couleur des nuages sont bien réels. Ils sont la manifestations de phénomènes physiques, météorologiques, et c'est pour cela qu'il est intéressant de les suivre...

il y a 9 minutes, Guillaume BERTRAND a dit :

Tu devrais poster un petit message dans la section spectro/photométrie aussi !

Yes je vais faire un lien

il y a 9 minutes, Guillaume BERTRAND a dit :

A propos de ce spectre, comment est il calculé ? C'est un "vrai" spectre ? ou bien un synthétique ? Si c'est un vrai est ce que tu sais comment était positionné la fente sur le disque ? Est ce une moyenne de plusieurs positions ? bref plein de questions   Je vais de ce pas essayer de trouver un peu de littérature sur le travail de Karkoschka.

Je peux te passer les deux articles si tu veux (il a fait deux fois le boulot, en 1993 et 1995 - ils sont payants et c'est pas gratuit). C'est bien un vrai spectre ; il a été réalisé en scannant la totalité du globe avec la fente, c'est donc bien un spectre de la planète entière et non une partie seulement.

Au cours de ce travail il a également produit des spectres d'albédo de Saturne, Uranus, Neptune et Titan et ce sont toujours des références aujourd'hui !

[papatilleul 1929]

Un travail d'une très grande richesse qui sort des sentiers battus
MERCI Christophe pour ce partage

[Christophe Pellier 8759]

Merci Philippe  

[Sauveur 25396]

Quel boulot bravo c’est intéressant 👍

[Christophe Pellier 8759]

Merci Sauveur  

[polo0258 36515]

 bravo pour ce travail christophe ! c'est bien les couleurs que j'obtiens aussi , on va voir les couleurs de cette année ! ;

 bon ciel !

paul

 

[Christophe Pellier 8759]

Merci Paul !

il y a une heure, polo0258 a dit :

on va voir les couleurs de cette année ! ;

Oui, a priori les couleurs vont se rapprocher de ce qu'on pourrait appeler "l'état normal" : zone équatoriale brillante, SEB et NEB larges et sombres. Reste l'inconnue de la NTB, à voir si elle va à nouveau se réanimer activement comme en 2020.

[MatEX 698]

Il y a 12 heures, Christophe Pellier a dit :

Oui, a priori les couleurs vont se rapprocher de ce qu'on pourrait appeler "l'état normal" : zone équatoriale brillante, SEB et NEB larges et sombres. Reste l'inconnue de la NTB, à voir si elle va à nouveau se réanimer activement comme en 2020.

Bon. Sinon pour la disparition d’une des deux bandes sombres principales, c’est encore foutu pour cette année ? 😁

[Christophe Pellier 8759]

Le 27/06/2023 à 07:56, MatEX a dit :

Bon. Sinon pour la disparition d’une des deux bandes sombres principales, c’est encore foutu pour cette année ? 😁

A priori oui  la NEB est même en phase d'élargissement  

Encore un peu de patience, 2010+15= 2025  (la SEB c'est deux fois tous les 15 ans)

[wilexpel 9585]

Le 25/06/2023 à 20:12, ALAING a dit :

Tu seras donc notre modèle pour la colorimétrie de Juju

Excellent travail scientifique Christophe !

Comme Alain, c'est la première idée qui m'est venue à l'esprit, on est toujours embêté pour connaître les vraies couleurs, j'espère que l'on aura à présent une référence !

[wilexpel 9585]

Le 26/06/2023 à 09:49, Christophe Pellier a dit :

Merci Alain, par contre je ne suis pas certain que ça puisse servir à ça paradoxalement !

Tu es modeste

[Christophe Pellier 8759]

Il y a 2 heures, wilexpel a dit :

Le 26/06/2023 à 09:49, Christophe Pellier a dit :

Merci Alain, par contre je ne suis pas certain que ça puisse servir à ça paradoxalement !

Tu es modeste

Merci William mais c'est vraiment plus compliqué que ça  quelques points pour préciser le tableau:

1) Ici on mesure des albedos; cependant, l'albedo n'est pas la couleur, c'est seulement la capacité de la planète à réfléchir la lumière. La couleur, pour une longueur d'onde considérée, c'est la lumière du Soleil multipliée par l'albedo

2) On a déjà du mal à décider si le Soleil est blanc ou pas "pour notre oeil". On le perçoit plutôt jaune, mais si on pouvait le voir dans l'espace (et sans se cramer les yeux), beaucoup soutiennent qu'il serait alors blanc. Du reste, c'est dans le bleu clair que le Soleil émet le plus d'énergie...

3) Du coup si Jupiter a un albedo de 40% dans le bleu, et 50% dans le rouge, la seule conclusion que tu peux en tirer c'est qu'il est "moins blanc" ou "plus jaune" que le Soleil.

Un exemple sur la zone tempérée sud de 2021:

Cette zone, très lumineuse, est elle:

a: blanche ?

b: légèrement bleue ?

c: légèrement jaune ?

d: obiwan kenobi ?

C'est mon indice de couleur rouge moins bleu qui peut nous donner une indication:

C'est la zone 6 ici. La ligne 2021 est celle en pointillée. En 2021, cette zone avait un indice rouge - bleu presque égal à zéro, autrement dit elle réfléchissait aussi bien la lumière du Soleil en bleu qu'en rouge.

A la rigueur c'est juste cet indice qui nous permettrait de déterminer si vraiment une zone se rapproche du blanc... A condition qu'il y en ait une: en 2022,  aucune région du globe (si on écarte les très hautes latitudes) ne présente d'indice inférieur à -0.05...

Petit conseil pratique donc, de toutes façons, un des seuls repères fiables c'est de faire en sorte que la zone ("claire", donc) la plus lumineuse dans le bleu apparaisse, sur l'image, légèrement jaune, ou juste blanche si vraiment elle crache. De cette façon on est peu près certain que le reste sera correct.

[Billyjoe 2858]

Quelle inventivité Christophe

Bravo pour ce travail !

Du coup bientôt une piste pour les changement de couleur d'une saison à l'autre ? Les Pros en une ?

 

 

 

[jeffbax 6609]

Intéressant et agréable à lire. Merci.

 

JF 

[Christophe Pellier 8759]

Merci JF !

Merci Yann,

Il y a 12 heures, Billyjoe a dit :

Du coup bientôt une piste pour les changement de couleur d'une saison à l'autre ? Les Pros en une ?

Alors ça peut être de simples changements physiques, par exemple quand la SEB "disparaît" en se couvrant de nuages blancs. Mais aussi des changements chimiques, vraisemblablement provoqués par les changements physiques, ou de température, pression. L'évolution de la TR et de la zone équatoriale par exemple comme je le dis dans le premier message, ça semble être un composant chimique (chromophore) qui réagit plus fortement à la lumière du Soleil (absorption du bleu) quand il se retrouve plus haut dans l'atmosphère. En 2021, la bande équatoriale très orange est corrélée à une luminosité élevée en bande méthane (donc très "haut").

[Marc2b 556]

Un post passionnant.

 

Je me dis qu'il serait peut-être intéressant de poursuivre le travail pendant une année jupitérienne complète pour faire apparaître un éventuel caractère cyclique ?

Evidemment un travail de longue haleine.

 

Merci pour ce partage "pro" .

 

Par contre, je vais prendre un peu de temps pour digérer le dossier ALPO .

 

Super travail et chapeau pour ta méthodologie !

 

- Marc

Edited July 1 by Marc2b

[Christophe Pellier 8759]

Merci Marc pour tes commentaires !

Il y a 20 heures, Marc2b a dit :

Je me dis qu'il serait peut-être intéressant de poursuivre le travail pendant une année jupitérienne complète pour faire apparaître un éventuel caractère cyclique ?

En effet... Sur le principe je ne pense pas qu'il y ait en un, cependant, avec ces expériences j'ai repéré des changements d'albedo visiblement liés aux variations d'inclinaison de l'axe polaire de la planète par rapport au Soleil. La valeur en degrés est très faible, +3 à -3, mais on dirait que ça a un effet, l'hémisphère "hiver" étant moins brillant (plus rouge). Je n'en avais jamais pris conscience (ça ne se voit pas comme ça, il faut mesurer  )

[exaxe17 5548]

Salut,

Excellent travail! C'est vraiment interessant!

Pour la bande Methane

Le 25/06/2023 à 16:35, Christophe Pellier a dit :

On peut faire ça en méthane aussi. Je détecte une baisse de luminosité de la zone équatoriale, certainement en lien avec son changement de couleur (cf le commentaire sur la GTR plus bas)

 

Le 25/06/2023 à 16:35, Christophe Pellier a dit :

ce qui révèle probablement une augmentation de l'altitude des nuages de la tache

je pensais que si le mthane est moins lumineux il est plus profond. Ce qui veut dire que l'ecart entre l'altitude de la GTR et la bande ou elle se trouve devient plus important en 2022? comme si elle aspirait les nuages mais que sur la bande et pas à coté?