Le vortex polaire nord de Saturne et l'hexagone de jet-stream environnant, vu par le vaisseau spatial Cassini de la NASA le 25 avril 2017.
(Image: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Les scientifiques ont utilisé un grand pot rotatif pour simuler l'atmosphère de Saturne, et ils ont peut-être compris comment les énormes tempêtes polaires du géant du gaz prennent forme.
Avec des vents atteignant des vitesses stupéfiantes allant jusqu'à 1 100 mph (1 800 km / h) - dans notre système solaire, seul Neptune peut être plus venteux - et prend d'assaut la taille de la Terre, l'atmosphère de Saturne fascine les chercheurs depuis qu'ils ont eu le premier aperçu via des observations du vaisseau spatial jumeau Voyager de la NASA au début des années 80.
Dans un article publié lundi 26 février dans la revue Nature Geoscience, une équipe de chercheurs a utilisé le pot rotatif pour mieux comprendre l'atmosphère de Saturne et surmonter certaines des limites des méthodes plus conventionnelles, telles que la modélisation informatique. [Superbes photos: les étranges tempêtes de vortex de l'hexagone de Saturne]
"On sait très peu de choses sur la convection et les tourbillons dans les atmosphères profondes des géants gazeux Saturne et Jupiter", a déclaré le directeur de l'étude, Yakov Afanasyev, professeur de dynamique expérimentale des fluides océaniques et atmosphériques et de modélisation numérique des écoulements géophysiques à l'Université Memorial de Terre-Neuve, au Canada. . "Notre compréhension actuelle est basée sur des théories et des simulations informatiques assez idéalisées, qui n'abordent pas encore les paramètres des atmosphères planétaires réelles."
Le pot de 110 cm de large de l'équipe, qui contient plusieurs centaines de litres d'eau, a été chauffé par le bas pour simuler les processus de convection se déroulant dans l'air de Saturne.
L'eau réchauffée par le réchauffeur a augmenté, tandis que l'eau de surface, qui a été refroidie par évaporation, a coulé vers le bas.
"Nous essayions de rendre l'eau plus turbulente en la chauffant et de voir comment elle se comporte dans le réservoir rotatif, ce qui simule la rotation de la planète", a déclaré Afanasyev. "Aucune expérience, ou modèle informatique d'ailleurs, ne peut modéliser un océan ou l'atmosphère d'une planète dans toute leur complexité. Ce que nous pouvons faire, c'est modéliser les dynamiques essentielles."
Afanasyev a déclaré que les membres de l'équipe n'étaient pas entièrement sûrs de ce qu'ils verraient au début de l'expérience.
"L'objectif de notre étude a changé lorsque nous avons observé plusieurs petits tourbillons de type tornade dans notre réservoir", a-t-il déclaré. "Les tourbillons ressemblent à ceux observés par les vaisseaux spatiaux dans l'atmosphère de Saturne."
Afanasyev et son équipe étaient particulièrement intéressés par ce qui motive la création de puissants tourbillons polaires situés au centre de tempêtes hexagonales persistantes connues à partir d'images prises par le vaisseau spatial Cassini de la NASA. Des recherches antérieures ont montré que ces tempêtes hexagonales sont causées par le courant-jet de Saturne, a déclaré Afanasyev.
Cependant, les tourbillons centraux ressemblant à des ouragans ont été déroutants; les chercheurs ne savent pas pourquoi ils se produisent sur les pôles. Mais l'expérience en pot a suggéré que les ouragans polaires géants pourraient être le résultat de plusieurs petits tourbillons fusionnant dans la région polaire.
"Un fort vortex est créé au pôle à la suite de fusions de cyclones à petite échelle", ont écrit les chercheurs dans l'article. "Le vortex polaire pénètre jusqu'au fond et y altère la circulation anticyclonique."
Des recherches antérieures ont suggéré que de plus petits cyclones peuvent se produire dans d'autres régions de la planète et être ensuite entraînés vers les pôles par la combinaison de sa rotation et de sa gravité.
"Nos expériences nous ont donné cette idée, mais nous n'avons pas pu voir les cyclones polaires dans notre réservoir", a déclaré Afanasyev. "C'est parce que nous ne pouvons modéliser qu'une atmosphère à l'envers dans notre expérience. Le vortex serait au fond du réservoir plutôt qu'à la surface."
Les chercheurs ont donc dû bouleverser numériquement "l'atmosphère en pot".
La combinaison des deux approches - le réservoir expérimental et la modélisation informatique - est ce qui offre les meilleurs résultats, car chaque approche seule a de sérieuses limites pour simuler le comportement des atmosphères planétaires, a déclaré Afanasyev.
