Crédit d'image: NASA / JPL
Si la vision de Jupiter par un physicien de l'Université de Californie à Berkeley est correcte, la planète géante connaîtra un changement majeur de température mondiale au cours de la prochaine décennie, car la plupart de ses grands tourbillons disparaîtront.
Mais les fans du Great Red Spot peuvent rester tranquilles. Le plus célèbre des tourbillons de Jupiter - qui sont souvent comparés aux ouragans de la Terre - restera en place, en grande partie à cause de son emplacement près de l'équateur de la planète, explique Philip Marcus, professeur au Département de génie mécanique de l'Université de Californie à Berkeley.
À l'aide de tourbillons et de tourbillons pour comparaison, Marcus fonde ses prévisions sur des principes appris en dynamique des fluides de niveau junior et sur l'observation que de nombreux tourbillons de Jupiter disparaissent littéralement dans l'air.
"Je prédis qu'en raison de la perte de ces tourbillons atmosphériques, la température moyenne sur Jupiter changera jusqu'à 10 degrés Celsius, se réchauffant près de l'équateur et se refroidissant aux pôles", explique Marcus. «Ce changement global de température entraînera l'instabilité des courants-jets et engendrera ainsi de nouveaux tourbillons. C'est un événement auquel même les astronomes de l'arrière-cour pourront assister. "
Selon Marcus, les changements imminents signalent la fin du cycle climatique actuel de 70 ans de Jupiter. Ses prédictions surprenantes sont publiées dans le numéro du 22 avril de la revue Nature.
L'atmosphère orageuse de Jupiter a une douzaine de jets qui se déplacent dans des directions alternées de l'est et de l'ouest, et qui peuvent cadencer à des vitesses supérieures à 330 miles par heure. Comme sur Terre, les tourbillons sur Jupiter qui tournent dans le sens horaire dans l'hémisphère nord sont considérés comme des anticyclones, tandis que ceux qui tournent dans le sens antihoraire sont des cyclones. L'inverse est vrai dans l'hémisphère sud, où les tourbillons dans le sens horaire sont des cyclones et les fileurs dans le sens antihoraire sont des anticyclones.
La grande tache rouge, située dans l'hémisphère sud, détient le titre de plus grand anticyclone de Jupiter; couvrant 12 500 miles de large, il est assez grand pour avaler la Terre deux à trois fois.
Contrairement aux tempêtes cycloniques sur Jupiter, les ouragans et les tempêtes de la Terre sont associés aux systèmes à basse pression et se dissipent après des jours ou des semaines. Le Great Red Spot, en comparaison, est un système à haute pression qui est stable depuis plus de 300 ans et ne montre aucun signe de ralentissement.
Il y a environ 20 ans, Marcus a développé un modèle informatique montrant comment la Grande Tache Rouge a émergé et a subi les turbulences chaotiques de l'atmosphère de Jupiter. Ses efforts pour expliquer la dynamique qui le régit et d’autres tourbillons sur Jupiter ont conduit à sa projection actuelle des changements climatiques imminents de la planète.
Il dit que le cycle actuel de 70 ans a commencé avec la formation de trois anticyclones distincts - les ovales blancs - qui se sont développés au sud de la grande tache rouge en 1939. "La naissance des ovales blancs a été vue à travers des télescopes sur Terre", dit-il. "Je crois que nous allons recevoir un traitement similaire au cours des 10 prochaines années."
Marcus dit que la première étape du cycle climatique implique la formation de rues vortex qui chevauchent les courants-jets vers l'ouest. Les anticyclones se forment d'un côté de la rue, tandis que les cyclones se forment de l'autre côté, sans deux tourbillons tournant dans la même direction directement adjacents l'un à l'autre.
La plupart des tourbillons se désintègrent lentement avec turbulence. À la deuxième étape du cycle, certains tourbillons deviennent suffisamment faibles pour être piégés dans les creux occasionnels, ou vagues de Rossby, qui se forment dans le courant-jet. Plusieurs tourbillons peuvent se coincer dans le même bac. Quand ils le font, ils voyagent groupés, et les turbulences peuvent facilement les faire fusionner. Lorsque les tourbillons sont faibles, le piégeage et la fusion se poursuivent jusqu'à ce qu'il ne reste qu'une paire sur chaque rue de vortex.
La disparition constatée de deux ovales blancs, l'un en 1997 ou 1998 et un second en 2000, a illustré la fusion des tourbillons dans la deuxième étape et, à ce titre, a marqué le `` début de la fin '' du cycle climatique actuel de Jupiter, explique Marcus.
Pourquoi la fusion des tourbillons affecterait-elle la température mondiale? Marcus dit que la température relativement uniforme de Jupiter - où les températures aux pôles sont presque les mêmes qu'à l'équateur - est due au mélange chaotique de la chaleur et du flux d'air des tourbillons.
«Si vous éliminez toute une rangée de tourbillons, vous arrêtez tout mélange de chaleur à cette latitude», explique Marcus. "Cela crée un grand mur et empêche le transport de la chaleur de l'équateur aux pôles."
Une fois que suffisamment de tourbillons auront disparu, l'atmosphère de la planète se réchauffera à l'équateur et se refroidira aux pôles jusqu'à 10 degrés Celsius dans chaque région, qui est la troisième étape du cycle climatique.
Ce changement de température déstabilise les courants-jets, qui réagiront en devenant ondulés. Les vagues s’intensifient et se brisent, comme à la plage, mais elles s’enroulent ensuite dans de nouveaux grands tourbillons dans la quatrième étape du cycle. Dans la cinquième et dernière étape du cycle climatique, les nouveaux tourbillons diminuent de taille et ils s'installent dans les rues vortex pour commencer un nouveau cycle.
L'affaiblissement des tourbillons est dû à la turbulence et se produit progressivement au fil du temps. Selon Marcus, il faut environ un demi-siècle pour que les tourbillons nouvellement formés rétrécissent progressivement suffisamment pour être pris dans un bac à jets.
Heureusement, la proximité du Great Red Spot avec l’équateur le sauve de la destruction. Contrairement aux autres tourbillons de Jupiter, la Grande Tache Rouge survit en «mangeant» ses anticyclones voisins, dit Marcus.
Marcus note que sa théorie du cycle climatique de Jupiter repose sur l’existence d’un nombre à peu près égal de cyclones et anticyclones sur la planète.
Étant donné que les signes révélateurs des tourbillons sont les nuages qu'ils créent, il était facile de passer à côté de la présence de cyclones à longue durée de vie, explique Marcus. Il explique que contrairement au point distinct d'un anticyclone, les cyclones créent des motifs de nuages filamenteux qui sont moins clairement définis.
«À première vue, il est facile de penser que Jupiter est dominé par les anticyclones parce que leurs nuages en rotation apparaissent clairement comme des yeux de taureau», explique Marcus.
Dans l'article de Nature, Marcus présente une simulation informatique montrant que le centre chaud et le périmètre plus frais d'un cyclone créent l'apparence des nuages filamenteux. En revanche, les anticyclones ont des centres froids et des périmètres plus chauds. Les cristaux de glace qui se forment au centre de l’anticyclone gonflent et se déplacent sur les côtés où ils fondent, créant un tourbillon plus sombre entourant un centre de couleur plus claire.
Marcus aborde l'étude des atmosphères planétaires du point de vue non traditionnel d'un dynamique fluidiste. «Je fonde mes prévisions sur les lois relativement simples de la dynamique des tourbillons au lieu d’utiliser de grandes quantités de données ou des modèles atmosphériques complexes», explique Marcus.
Marcus dit que la leçon du climat de Jupiter pourrait être que de petites perturbations peuvent provoquer des changements globaux. Cependant, il met en garde contre l’application du même modèle au climat de la Terre, qui est influencé par de nombreux facteurs différents, naturels et anthropiques.
"Pourtant, il est important d'avoir différents" laboratoires "pour le climat", explique Marcus. «L'étude d'autres mondes nous aide à mieux comprendre le nôtre, même s'ils ne sont pas directement analogues.»
Les recherches de Marcus sont financées par des subventions du programme Origines de la NASA, des programmes d’astronomie et de physique des plasmas de la National Science Foundation et du Los Alamos National Laboratory.
Source d'origine: communiqué de presse de UC Berkeley
