Origine des vents zonaux dans les atmosphères des planètes géantes
1er janvier 2003
Les atmosphères des planètes géantes comme Jupiter sont d’une épaisseur sans commune mesure avec celle des atmosphères des planètes telluriques. La circulation des vents, connue depuis les observations au télescope des mouvements des nuages de Jupiter, présente des caractéristiques très différentes. En particulier, la rotation différentielle sur ces planètes voit des bandes de nuages alternativement claires et foncées tourner à des vitesses différentes, la ceinture équatoriale sur Jupiter et Saturne se déplaçant plus vite que le mouvement moyen de la planète (vents zonaux progrades, dirigés vers l’est). Les premiers résultats d’un modèle météorologique applicable aux planètes géantes, développé par J.I. Yano (LMD, Laboratoire de Météorologie Dynamique de Paris, et CNRM, Toulouse), avec la collaboration de O. Talagrand (LMD) et P. Drossart (LESIA, Observatoire de Paris), parviennent à expliquer l’origine des vents zonaux.
Figure 1. Superposition d’une projection cylindrique d’images de Jupiter (enregistrées au Pic du Midi en juin 1996) et du profil de vitesse de vents zonaux mesurés par Voyager, interprétés dans la figure.
Le phénomène de vents zonaux, qui est difficilement reproduit dans les modèles classiques de météorologie de couche mince, est ici retrouvé par un modèle d’atmosphère épaisse, où les couches fluides sont disposées selon des cylindres concentriques emboîtés traversant la planète. Il est possible de montrer que cette disposition modifie la variation de vorticité du fluide avec la latitude, ce qui entraîne la prédiction de vents zonaux progrades, contrairement aux modèles classiques de vorticité de couche atmosphérique mince. Ce modèle n’est qu’une première esquisse théorique sur la voie d’une compréhension de la circulation atmosphérique des planètes géantes, qui reste un des mystères de ces planètes. Les observations de la sonde Cassini (NASA/ESA) à partir de 2004 devraient fournir de nombreuses observations qui constitueront de nouveaux tests pour ces modèles météorologiques.
Figure 2. Comparaison des profils de vents zonaux de Jupiter et Saturne observés (trait fin) et calculés (trait gras)
Référence
J.I. Yano, Laboratoire de Météorologie Dynamique (Paris) et CNRM (Toulouse), O. Talagrand, Laboratoire de Météorologie Dynamique (Paris), P. Drossart, LESIA, Observatoire de Paris — "Origins of atmospheric zonal winds" Nature, 2 Janvier 2003, Brief Communication
