Une expérience dévoile la structure des bandes de Jupiter
Les surfaces de Jupiter, de Saturne, et probablement de la plupart des planètes géantes gazeuses, s’organisent en couronnes de vents intenses circulant alternativement vers l’est et vers l’ouest. Si leur largeur est facilement observable, la profondeur de ces rayures fait débat. Des chercheurs de l’IRPHE et de l’université de Californie ont montré qu’elles se prolongent probablement sur des milliers de kilomètres sous la surface, grâce à un modèle et une expérience qui s’appliquent à toutes les géantes gazeuses. Ces travaux sont publiés dans Nature Physics.
Si sur Terre la structure géologique et l’atmosphère se distinguent nettement, les différentes couches des géantes gazeuses restent bien moins connues. Vue de l’espace, Jupiter est divisée en bandes horizontales, qui tournent chacune dans le sens opposé de ses voisines, et dont la profondeur est débattue par la communauté scientifique. Pour les tenants de l’école « atmosphère », elles ne sont épaisses que de 50 à 100 kilomètres, tandis que les défenseurs de la théorie de la « géophysique interne » estiment qu’elles atteignent au moins 5000 kilomètres de profondeur.
Des chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Aix-Marseille Université/École centrale Marseille) et de l’Université de Californie ont proposé un modèle expérimental en faveur des bandes profondes. Ils ont construit une sorte de jacuzzi de 400 litres, où l’eau tourne à 75 tours par minute. Un écoulement turbulent à petite échelle s’y organise en structures de plus en plus grandes suivant une cascade inverse d’énergie, puis en jets intenses qui s’alternent en bandes de directions opposées, y compris dans les zones les plus profondes. On retrouve bien la dynamique des fluides présente sur Jupiter et ses turbulences dites zonostrophiques, où une injection d’énergie désordonnée à petite échelle produit une organisation en bandes à grande échelle. Ce modèle est renforcé aussi bien par des simulations numériques que par les dernières observations de la mission Juno de la NASA, en orbite autour de Jupiter. Il s’applique d’ailleurs à toutes les planètes tournant très vite sur elles-mêmes comme Saturne et les géantes gazeuses en général.
Références :
A laboratory model for deep-seated jets on the gas giants
Simon Cabanes, Jonathan Aurnou, Benjamin Favier and Michael Le Bars
Nature Physics (2017)
DOI : 10.1038/nphys4001