6 July 2011 — Saturn’s storms can produce lightning 10 000 times more intense than Earth’s ones. Convective storms larger than 2000 km have been observed during the past few years, and may last for months. A paper making the cover of Nature this week, co-authored by an astronomer from Paris Observatory, presents observations started in December 2010, of a giant storm that emits in radio waves an energy comparable to that emitted by the entire planet.
The paper published this week presents joint observations in RADIO (by Cassini) and VISIBLE light (by Cassini and from the ground), and gathers thus Co-Is of the Cassini RADIO instrument (the first 4 authors) and of the IMAGING subsystem (the 4 next), as well as 3 amateur astronomers. We know since the start of Cassini’s orbital mission (2004) that storms on Saturn occur very irregularly on the long term, with alternance of activity and inactivity periods lasting several weeks to several months. While all storms have been observed at a latitude of 35° South from 2004 to 2010 (until 1 year after the equinox that occured in August 2009), the new storm here appeared suddenly in December 2010 at a latitude of 35° North, suggesting a seasonal cycle of Saturn’s storm activity, shifted by about one year relative to the equinox for a reason still not understood. This storm, which lasts now for more than 6 months (it is still very active today), is spectacular in radio (with lightning intensity 10 times stronger than during its most intense predecessors, occurrence rate up to 10 flashes / second) as well as in visible light (extension of several tens of thousands of km in longitude, 10000 km in latitude ; the main vortex could almost contain the whole Earth !). The energy involved contributes significantly to the energy budget of the atmosphere.
More generally, Saturn’s storm activity shows a tendency to intensify around the vernal equinox (actually since November 2007). The polarisation measured in radio shows that the lightning-associated radio emission is produced on the so-called "Ordinary" mode of propagation. This information is important for modelling the radio propagation of lightning through Saturn’s ionosphere and eventually to derive the ionospheric density profile at the latitude of the storm (this work is in progress).
Finally, amateurs have significantly contributed to the optical observations
Figure 1 : Spectre dynamique des éclairs détectés en radio par Cassini le 12 décembre 2010. L’intensité des émissions est tracée en fonction du temps de réception (SCET) et de la fréquence (de 500 kHz à 16 MHz en échelle logarithmique). Les coordonnées de Cassini (distance au centre de Saturne en rayons planétaires . RS-, et longitude en °) sont indiquées en abscisse. Cassini se trouvait dans le plan équatorial à un temps local de 18.6 h. L’instrument radio de Cassini - RPWS (Radio and Plasma Wave Science) - est dans la gamme spectrale concernée un spectromètre à balayage de fréquence. Il détecte les éclairs, intrinsèquement large bande, aux fréquences balayées lors de leur occurrence. La limite basse fréquence est fixée par l’ionosphère de Saturne, qui emprisonne les émissions radio atmosphériques de fréquence plus basse que sa fréquence de plasma maximum locale. Les éclairs étaient si nombreux (5 à 10 / seconde) qu.ils se superposent et ne sont plus résolus vers le centre de l’intervalle représenté, tandis que des événements individuels restent discernables sur les bords. L’émission au dessous de 800 kHz est l’émission radio magnétosphérique aurorale de Saturne.
Figure 2 : Images de Saturne et de l’orage étudié. a, Image prise le 13 Décembre 2010 avec un télescope Schmidt-Cassegrain de 11 pouces, aux Philippines. L’orage était centré à 262° de longitude W et 34° de latitude N. L’extension en latitude atteint 7° (6800 km). b, Image prise le 22 Décembre 2010 avec un télescope de Newton de 16 pouces, en Australie. Le centre de l’orage est à 283° de longitude W et son extension latitudinale et longitudinale atteint respectivement 9000 km et 15000 km. c, Image prise le 24 Décembre 2010 avec la caméra à grand angle de Cassini. Le centre de l’orage est à 288° de longitude W et son extension latitudinale et longitudinale atteint respectivement 10000 km et 17000 km, avec une traînée qui s.étend bien plus loin vers l’Est.
Crédits images : C.G., A.W., NASA/JPL/SSI.
Figure 3 : Image en fausses couleurs révélant l’altitude des nuages du complexe orageux. Les images prises dans 3 filtres sensibles à différents taux d’absorption par le méthane ont été superposées : l’image à 889 nm est représentée en bleu et révèle les nuages les plus élevés ; l’image à 727 nm est représentée en vert et révèle les nuages d’altitude intermédiaire ; l’image à 750 nm est représentée en rouge et révèle les nuages à toutes les altitudes. a, b, Vues agrandies à pleine résolution des régions indiquées par les crochets sur l’image générale c. d, Image de l’orage 11h après l’image c, permettant de discerner une évolution morphologique. Les images ont été prises par la caméra à téléobjectif de Cassini le 26 Février 2011 d’une distance de 2,4 millions de km.
