Ils révèlent que la grande tache rouge de Jupiter a la taille de la Terre et s’est formée il y a 190 ans.

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Il a fallu une super machine, la MareNostrum du Centre de Superinformatique de Barcelone, capable de traiter les données d’observations réalisées depuis le XVIIe siècle, avec l’aide des ordinateurs du Groupe des Sciences Planétaires de Bilbao, pour découvrir l’endroit le plus exotique du monde. cosmos, un gigantesque anticyclone rougeâtre qui transforme Jupiter en une planète incomparable. Nous avons maintenant révélé son âge et son origine.

La Tache Rouge a au moins, et pour l’instant, une longévité de plus de 190 ans. En 1879, elle mesurait 39 000 km le long de son axe le plus long et s’est rétrécie en s’arrondissant, jusqu’à atteindre aujourd’hui environ 14 000 km.

La tache a diminué. A gauche, la photographie prise à Ealing (Londres) le 3 septembre 1879. A droite, image de Jupiter prise par Hubble.
NASA/ESA/STScI, CC BY

L’outil indispensable : un supercalculateur

L’étude est le fruit d’un travail conjoint avec des chercheurs de l’Université du Pays Basque, de l’Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) et du Barcelona Supercomputing Center – National Supercomputing Center (CNS-BSC). Nous avons analysé des observations historiques depuis le XVIIe siècle et développé des modèles numériques pour expliquer la longévité et la nature de cet impressionnant phénomène météorologique dans l’atmosphère de la planète géante gazeuse. Un ouvrage publié par le magazine Lettres de recherche géophysiquede l’Union géophysique américaine.

Un immense bain à remous

La grande tache rouge de Jupiter (connue sous le nom de GRS) Grande tache rouge), est probablement la structure atmosphérique la plus connue, une icône populaire parmi les objets du système solaire.

Sa grande taille (il a actuellement le diamètre de la Terre) et le contraste de sa couleur rougeâtre avec les nuages ​​pâles de la planète en font un objet facilement visible même avec de petits télescopes. Il s’agit d’un immense tourbillon anticyclonique à la périphérie duquel circulent des vents à 450 km/h. C’est le vortex le plus grand et le plus ancien de tous ceux existant dans l’atmosphère des planètes du système solaire, mais son âge fait l’objet de débats et le mécanisme qui a donné lieu à sa formation reste caché.

Disparu depuis 118 ans

Les spéculations sur l’origine de la Grande Tache Rouge remontent aux premières observations télescopiques de l’astronome Giovanni Domenico Cassini, qui découvrit en 1665 un ovale sombre à la même latitude que la Grande Tache Rouge et le nomma « Tache Permanente ». Giovanni Domenico et d’autres astronomes l’ont observé jusqu’en 1713. Ensuite, sa trace a été perdue pendant 118 ans.

En 1831 et au cours des années suivantes, Samuel Heinrich Schwabe observa à nouveau une structure claire, de forme approximativement ovale et à la même latitude, qui peut être considérée comme la première observation de l’actuelle Grande Tache Rouge, peut-être à partir du moment où elle commença à se former.

Observations depuis l’invention du télescope

La Grande Tache Rouge a été régulièrement observée avec des télescopes et par les différentes missions spatiales qui ont visité la planète jusqu’à ce jour. Dans l’étude, nous avons analysé l’évolution de la taille au fil du temps, sa structure et les mouvements des deux formations météorologiques, l’ancienne Tache Permanente et la Grande Tache Rouge. Nous disposons de sources historiques remontant au milieu du XVIIe siècle, peu après l’invention du télescope.

Des mesures de tailles et de mouvements nous déduisons qu’il est très improbable que la Tache Rouge actuelle soit la même que celle observée par GD Cassini. La tache permanente n’était probablement pas permanente du tout et a disparu entre le milieu du XVIIIe et du XIXe siècle.

Ainsi, la Tache Rouge que l’on observe aujourd’hui sur Jupiter a au moins 190 ans et a réduit sa taille. En 1879, elle mesurait 39 000 km le long de son axe le plus long et s’est rétrécie en arrondissant pour atteindre les 14 000 km actuels.

500 kilomètres de dénivelé

Depuis les années 1970, différentes missions spatiales ont étudié de près ce phénomène météorologique. Différents instruments à bord de la mission Juno de la NASA, en orbite autour de Jupiter, ont montré que la Grande Tache Rouge est peu profonde et mince par rapport à sa taille horizontale, puisqu’elle s’étend verticalement sur environ 500 km.

Afin de découvrir comment cet immense tourbillon pourrait se former, nous avons réalisé des simulations numériques sur des supercalculateurs espagnols tels que le MareNostrum IV du BSC, intégré au Réseau espagnol de calcul intensif (RES), et ceux du Groupe des Sciences Planétaires à Bilbaoen utilisant deux types de modèles complémentaires du comportement des vortex minces dans l’atmosphère de Jupiter.

Au centre de la Grande Tache Rouge

Cette image de Jupiter a été composée de photographies prises par la sonde Voyager 1.
NASA/JPL

La planète géante est dominée par d’intenses courants de vent qui circulent le long des parallèles, en alternant en direction avec la latitude. Au nord de la Grande Tache Rouge les vents soufflent vers l’ouest avec des vitesses de 180 km/h tandis qu’au sud ils soufflent dans la direction opposée, vers l’est, avec des vitesses de 150 km/h. Cela génère un énorme cisaillement nord-sud de la vitesse du vent, qui est un ingrédient de base pour la croissance du vortex à l’intérieur.

Nous avons exploré différents mécanismes pour expliquer la genèse de la Grande Tache Rouge, notamment l’éruption d’une gigantesque super tempête, semblable à celles très rarement observées sur la planète jumelle Saturne, ou la fusion de multiples vortex plus petits générés par le cisaillement du vent.

Sur Saturne, les explosions de tempêtes convectives dans les flux de cisaillement anticycloniques génèrent des vortex ovales. Un cas significatif est la récente grande tempête (la Grande Tache Blanche GWS 2010) qui a généré un anticyclone qui persiste encore aujourd’hui.

Nous avons étudié si la Grande Tache Rouge de Jupiter aurait pu être générée de la même manière par une « super tempête » convective humide et énergétique sur Jupiter. Nos simulations génèrent un seul anticyclone ovale, mais sa longueur est toujours inférieure à celle qui aurait pu donner lieu à la formation de la Grande Tache Rouge.

L’augmentation de l’intensité, de la taille et de la durée des injections d’énergie et de masse produit des formes ovales irréalistes et des vitesses de rotation bien supérieures à celles observées dans la Grande Tache Rouge d’aujourd’hui. Il a également été proposé que les anticyclones pourraient être générés par une convection profonde entraînée par l’énergie interne de Jupiter, mais les simulations publiées ne correspondent pas à ce que nous recherchons.

Les résultats indiquent que, même si un anticyclone se forme dans les deux cas, il diffère dans sa forme et ses propriétés dynamiques de celles de la Grande Tache Rouge actuelle. Nous pensons que si l’un de ces phénomènes inhabituels s’était produit, ses conséquences dans l’atmosphère auraient sûrement été observées et rapportées par les astronomes auparavant.

L’instabilité des vents

Dans un troisième groupe d’expériences numériques, nous avons exploré la génération de la Grande Tache Rouge à partir d’une instabilité connue des vents. Cette instabilité est capable de générer une cellule allongée qui les enferme et les emprisonne. Cette cellule serait une proto-Grande Tache Rouge, l’embryon de l’anticyclone. Son rétrécissement ultérieur donnerait naissance à la Grande Tache Rouge, compacte et à rotation rapide, observée depuis la fin du 19e siècle.

Le mouvement des nuages ​​dans la Grande Tache Rouge.
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart, CC BY

La formation de grandes cellules allongées a déjà été observée lors de la genèse d’autres vortex importants sur Jupiter. Dans nos simulations, nous avons constaté que les cellules allongées sont stables lorsqu’elles tournent autour de leur périphérie avec la vitesse des vents de Jupiter. Nous avons constaté que si la vitesse de rotation du proto-GRS est inférieure à celle des vents environnants, il se fragmente, rendant impossible la formation d’un vortex stable. Et, s’il est très élevé, ses propriétés diffèrent de celles du GRS actuel.

Les recherches futures viseront à tenter de reproduire pourquoi il a diminué au fil du temps. Nous tenterons également de savoir si elle cessera un jour, si elle se désintégrera et disparaîtra lorsqu’elle atteindra une taille limite, comme cela aurait pu arriver à la tache permanente observée par Cassini, ou si elle se stabilisera et durera encore de nombreuses années. .

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