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L'observation au télescope de l'atmosphère de Jupiter

Les bandes nuageuses de Jupiter
La rotation différentielle des bandes nuageuses de Jupiter
Les taches de Jupiter
La disparition de la bande équatoriale sud
Observer Jupiter avec des filtres

1. Les bandes nuageuses de Jupiter :

L’atmosphère jovienne est le siège de phénomènes extrêmement puissants qui sont accessibles à un télescope amateur, notamment lors des oppositions de la planète géante.

Déjà, une petite lunette d’initiation ou un simple télescope de 114 mm de diamètre suffisent pour distinguer les principales bandes nuageuses qui ceinturent Jupiter.

Schéma Ph. Ledoux / ASCT-astronomie

Les premières observations des bandes nuageuses de Jupiter ont été faites avec certitude à Rome par le Père Zucchi, qui les a dessinées le 17 mai 1630. Elles ont ensuite été observées régulièrement par différents astronomes de cette même époque, comme Zuppi, Bartoli et Fontana en 1633.

C’est à partir de 200 mm de diamètre que ces différentes bandes nuageuses deviennent réellement intéressantes à observer au télescope. Elles sont aujourd’hui répertoriées de façon très précise par les astronomes.

Les astronomes pensent actuellement que l’atmosphère de Jupiter est formée de plusieurs couches de gaz, dont la répartition est à l’origine de ces bandes nuageuses :
·  La couche la plus externe, probablement vers 100 km de profondeur, serait formée de nuages de glace d'ammoniac.
·  La suivante, vers 120 km de profondeur, serait formée de nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium.
·  La dernière, vers 150 km de profondeur, serait formée de nuages d'eau et de glace.

2. La rotation différentielle des bandes  nuageuses de Jupiter :

Les différentes bandes nuageuses de Jupiter ne tournent pas à la même vitesse, comme le montre l’animation ci-dessous, réalisée à partir de photographies effectuées par la sonde spatiale Voyager.

On parle de rotation différentielle de l'atmosphère externe de Jupiter. Elle est a été remarquée pour la première fois par l’astronome Jean-Dominique Cassini en 1690 : la rotation des régions polaires de Jupiter est d'environ 5 minutes plus longue que celle de l'atmosphère à l’équateur.

Vitesses de rotation des différentes bandes nuageuses de Jupiter
Schéma Ph. Ledoux / ASCT-astronomie

Les nuages joviens ont en moyenne une période de rotation qui est caractéristique de la bande nuageuse à laquelle ils appartiennent. Les astronomes ont remarqué qu'existent deux catégories de nuages, qui dépendent de leur latitude. Le système I comprend tous les nuages situés entre 12° de latitude Sud et 12° de latitude Nord : ils effectuent un tour complet autour de Jupiter en 9 h 50 mn 30 s. Tous les nuages situés de part et d'autre de ces deux parallèles forment le système II et circulent plus lentement autour de la planète : 9 h 55 mn 40.6 s. Ainsi, cette rotation différentielle entre les différentes zones de nuages entraîne chaque jour un décalage de 7.6° entre les nuages de la région équatoriale (système I) et tous les autres nuages (système II).

La transition entre chaque système est très brutale et génère des vents terriblement violents qui effilochent les nuages, dessinant de jolis festons à marge des bandes nuageuses.

3. Les taches de Jupiter :

Ces vents, de l’ordre de 360 km/h, seraient causés par la chaleur interne de la planète. Les interactions entre les différentes couches nuageuses et ces vents sont à l’origine de turbulences locales plus ou moins stables dans le temps, la plus connue étant la Grande Tache Rouge : ce gigantesque cyclone ovale mesure environ 12 000 km sur 25 000 km. Pour mémoire, rappelons que le diamètre de la Terre est de 12 756 km…

On ne sait pas très bien quand est apparue la Grande Tache Rouge (= GTR). Traditionnellement, on attribue sa découverte tantôt à Robert Hooke, en 1664, tantôt à Jean Dominique Cassini, en 1665 mais elle semble ne plus avoir été observée par la suite, pour être à nouveau repérée avec certitude à la fin du XIXème siècle.

Dessin de taches sur Jupiter par Cassini

Dans son "astronomie populaire" en 4 tomes (1857), l’observateur hors pair que fut François Arago, le directeur de l’Observatoire de Paris, n'en fait jamais mention dans le chapitre consacré à Jupiter… Il décrit bien des taches observées dans les bandes, mais sans plus de précisions. Certains spécialistes, comme John Rogers, le directeur de la « section Jupiter » de la British Astronomical Association, pensent que ce que Cassini a vu n'était pas la GTR actuelle... mais sans doute une GTR de génération précédente en fin de vie. En effet, la tache vue à l'époque était bien plus petite, et plus lente, que la GTR actuelle, qui est elle-même déjà beaucoup moins grosse que le monstre qu'elle était à la fin du XIXème siècle, lorsqu’elle était 3 fois plus longue aujourd'hui. Ces différents indices laissent supposer que la GTR aurait un cycle de vie au cours duquel elle perdrait progressivement de la puissance, en devenant de plus en plus petite et lente. C'est effectivement ce qu'on constate depuis qu'on l’observe régulièrement.

Outre la Grande Tache Rouge, plusieurs autres cyclones géants sont visibles à la surface de l’atmosphère de Jupiter : les White Oval Spots (= WOS) mais la durée de vie de ces derniers est beaucoup plus courte que celle de la GTR.

En 2000, 3 de ces WOS ont fusionné pour donner naissance à la Tache Rouge Junior. Moins vaste que la Grande Tache Rouge, mais mesurant néanmoins environ 70 % de la taille de la Terre, cette nouvelle Tache Rouge n'est pas devenue rouge tout de suite. L'ovale né de cette fusion présentait d'abord une couleur blanche avant de virer progressivement au marron puis, à partir de 2006, au rouge identique à celui de la Grande Tache Rouge. Le changement de couleur est interprété comme étant le signe d’une accélération de la vitesse du vortex interne à cette tache.

4. La disparition de la bande équatoriale sud :

Autre phénomène étonnant et pas encore totalement expliqué : la disparition de la SEB, la Bande Equatoriale Sud. Cette bande nuageuse brune, deux fois plus large que la Terre, a commencé à se décolorer à la fin de l’année 2009. « Mais je ne m'attendais certainement pas à la voir disparaître complètement », explique l'astronome amateur australien Anthony Wesley « Jupiter continue de surprendre. A travers un télescope de n'importe quelle taille, ou même dans des jumelles, la signature visuelle de Jupiter a toujours comporté deux grandes ceintures équatoriales. Je me souviens, quand j'étais enfant, que je pouvais les voir à travers ma petite lunette, il n'y avait aucune erreur possible. Mais quiconque tourne son télescope sur Jupiter aujourd'hui verra une planète avec une seule ceinture - un spectacle très étrange ».

Glenn Orton, planétologue au JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA pense que la ceinture n'a pas réellement disparu, mais qu'elle est peut-être juste cachée sous des nuages élevés. Il émet l'hypothèse que « il est possible que des cirrus d'ammoniaque se soient formés au-dessus de la SEB et donc la cache. » Sur Terre, les cirrus sont des nuages blancs constitués de cristaux de glace. Sur Jupiter, le même type de nuages peut se former, mais les cristaux sont constitués d'ammoniaque et non d'eau. Qu'est-ce qui peut créer un si grand cirrus d'ammoniac ? Orton suspecte des changements dans la configuration globale des vents, qui auraient apporté des matériaux riches en ammoniaque dans la zone claire et froide au-dessus de la SEB, ouvrant la voie à la formation de nuages de glace en haute altitude.
Ce n'est pas la première fois que la SEB s'estompe. « La SEB disparaît à intervalles irréguliers, le plus récemment en 1973-75, 1989-90, 1993, 2007, 2010 », déclare John Rogers, directeur de la « section Jupiter » de la British Astronomical Association. « En 2007, la décoloration s'est arrêtée avant totale disparition, mais pour les autres années, la SEB a été presque absente, comme à présent ». Si la première observation des bandes nuageuses de Jupiter a été faite à Rome par le Père Zucchi en 1630, Hévélius aurait déjà signalé leur disparition à partir de 1647. Cette disparition est à nouveau décrite avec certitude par le célèbre astronome Herschel en 1793.

Fin XIXème, c'est la NEB qui connaissait des disparitions/réanimations violentes, comme si l'activité avait basculé d'un hémisphère à l'autre. On assistera peut-être à l'inverse dans les décennies qui viennent...

Le retour de la SEB peut être très rapide, en une à deux semaines seulement. « Nous pouvons nous attendre à une explosion spectaculaire de tempêtes et de tourbillons lors de la réapparition de la SEB », dit Rogers. « Cela commence toujours à un endroit précis, d'où la perturbation se propage rapidement à travers la planète, de manière souvent très visible, même à travers des instruments d'observation amateurs. Cependant, nous ne pouvons pas prédire où et quand cela va commencer. D'après les précédents, cela peut se produire à n'importe quel moment au cours des deux prochaines années. Nous espérons que ce sera dans les prochains mois afin que chacun puisse bien le voir, à l’occasion de cette opposition 2010 de la planète Jupiter ».

En attendant cette future réapparition de la SEB, son évanouissement présente un avantage pour les astronomes amateurs : sans elle, la Grande Tache Rouge apparaît complètement entourée de nuages blancs et n’en est que mieux visible.

Observer Jupiter avec des filtres

L’emploi de filtres sur une planète aussi lumineuse que Jupiter est particulièrement intéressant afin de rehausser le contraste des nombreux détails observables à la surface de cette planète. Cependant, tous ces filtres ne se valent pas : certains filtres marchent mieux pour la Grande Tache Rouge, d’autres pour les nuances bleutées de certains nuages joviens. Et, surtout, ces filtres absorbent une plus ou moins grande partie de la lumière recueillie par votre télescope : les filtres les plus opaques sont donc totalement contre-productifs avec un télescope de petit diamètre, qui ne recueille pas suffisamment de lumière au départ. Ci-dessous une petite visite guidée des filtres réellement utiles :

   

Filtre #11 (Jaune - Vert)
Ce filtre est peu opaque, laissant passer environ 75 % de la lumière : il est donc utilisable même avec un petit télescope de 114 mm de diamètre. Il améliore le contraste au niveau des régions zones rouges et orangées des bandes nuageuses de Jupiter.

 

Filtre #15 (Jaune foncé)
Un peu plus opaque, ce filtre laisse passer environ 65 % de la lumière. Il augmente le contraste sur les bandes nuageuses oranges de Jupiter.

Filtre #21 (Orangé)
Encore plus opaque que les précédents, ce filtre ne transmet que 45 % de la lumière. Il est donc à réserver à des télescopes de diamètre supérieur ou égal à 200 mm de diamètre, afin de disposer d’un miroir capable de recueillir suffisamment de lumière. Mais ce filtre améliore très nettement le contraste des bandes nuageuses de Jupiter. Il augmente également le contraste de la Grande Tache Rouge.

 

Filtre #25 (Rouge foncé)
Très opaque, ce filtre ne laisse passer que 15 % de la lumière, arrêtant toutes les rayons lumineux de couleur verte ou bleue. Ce filtre est à utiliser impérativement avec un télescope d’au moins 200 mm de diamètre. Sur Jupiter, il permet d'étudier les bandes nuageuses bleues. Il facilite également l’observation des transits des satellites de Jupiter devant le disque de la planète

Filtre #80A (Bleu clair)
Ce filtre transmet environ 30 % de la lumière. Ce filtre est polyvalent et utilisable avec à peu près n’importe quelle planète. Si votre budget est un peu ric-rac, et que vous ne puissiez acheter qu’un seul filtre, ce sera celui-ci. Sur la Lune, il améliore le contraste général. Sur Saturne, augmente la visibilité des détails dans les bandes atmosphériques. Sur Jupiter, il améliore le contraste des WOS (White oval spots), ces cyclones de couleur claire qui tourbillonnent en périphérie des bandes nuageuses de la planète géante. Lorsque la couleur de la Grande Tache Rouge a tendance à pâlir, ce qui se produit de façon cyclique, le filtre bleu clair en améliore le contraste.

 

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