LESIA - Observatoire de Paris

Orage géant sur Saturne

jeudi 7 juillet 2011

Les orages sur Saturne peuvent donner lieu à des éclairs 10 000 fois plus intenses que sur la Terre. Des orages convectifs de 2000km en taille ont été observés sur la surface ces dernières années, et peuvent durer des mois. Un article faisant la couverture de Nature cette semaine, auquel participe un astronome du LESIA, rapporte des observations commencées en Décembre 2010, sur un orage géant, qui émet en ondes radio une énergie comparable à celle de Saturne toute entière.

L’article publié cette semaine présente des observations conjointes RADIO (par Cassini) et OPTIQUES (par Cassini et depuis le sol), et rassemble donc des Co-I RADIO (les 4 premiers auteurs) et IMAGERIE (les 4 suivants) de Cassini, ainsi que 3 astronomes amateurs.

On sait depuis le début de la mission orbitale de Cassini (2004) que les orages de Saturne ont une occurrence très irrégulière à long terme, alternant périodes d’activité et d’inactivité de plusieurs semaines ou mois. Alors que tous les orages ont été observés vers une latitude de 35° Sud de 2004 à 2010 (jusque 1 an après l’équinoxe qui a eu lieu en août 2009), le nouvel orage décrit ici est apparu brutalement en décembre 2010 à une latitude de 35° Nord, suggérant un cycle saisonnier de l’activité orageuse de Saturne, décalé d’environ un an par rapport à l’équinoxe pour une raison encore inconnue.

Cet orage, qui dure maintenant depuis plus de 6 mois (il est toujours très actif aujourd’hui), est spectaculaire en radio (intensité des éclairs 10 fois plus élevée que lors de ses plus intenses prédécesseurs, taux d’occurrence jusqu’à 10 éclairs / seconde) et en optique (extension de plusieurs dizaines de milliers de km en longitude, 10000 km en latitude ; le vortex principal pourrait presque contenir la Terre !). L’énergie mise en jeu contribue de manière significative au bilan d’énergie de l’atmosphère.

Plus généralement, l’activité orageuse de Saturne montre une tendance à l’intensification autour de l’équinoxe vernale (en fait depuis Novembre 2007). La polarisation mesurée en radio montre que l’émission des éclairs est sur le mode de propagation dit "Ordinaire". Cette information est importante pour modéliser la propagation radio des éclairs à travers l’ionosphère de Saturne et remonter à terme au profil de densité ionosphérique à la latitude de l’orage (ce travail est en cours).

Enfin, les amateurs ont contribué de manière significative aux observations optiques.

Spectre dynamique des éclairs détectés en radio par Cassini le 12 décembre (...)
Spectre dynamique des éclairs détectés en radio par Cassini le 12 décembre 2010

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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.

Images de Saturne et de l'orage étudié
Images de Saturne et de l’orage étudié

Crédits images : C.G., A.W., NASA/JPL/SSI.
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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.

Image en fausses couleurs révélant l'altitude des nuages du complexe (...)
Image en fausses couleurs révélant l’altitude des nuages du complexe orageux

Crédits images : NASA/JPL/SSI.
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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.

Référence

  • G. Fischer,W. S. Kurth, D. A. Gurnett, P. Zarka, U. A. Dyudina, A. P. Ingersoll, S. P. Ewald, C. C. Porco, A. Wesley, C.Go & M. Delcroix Nature, 7 July (2011)

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