Les tempêtes de Saturne
Les tempêtes sur Saturne vont des orages grands comme la Terre aux « grandes taches blanches », des éruptions géantes qui surviennent environ une fois par année saturnienne, soit tous les 30 ans, et peuvent faire le tour complet de la planète. La plus récente a éclaté en décembre 2010 et Cassini l'a suivie pendant plus de six mois. Saturne abrite aussi d'immenses tourbillons semblables à des ouragans à ses deux pôles, et des éclairs bien plus puissants que ceux de la Terre.
Sommaire
Pourquoi Saturne connaît des tempêtes si violentes
Comme les orages terrestres, les tempêtes de Saturne sont alimentées par la convection humide. En profondeur, la vapeur d'eau s'élève, se condense en nuages et libère de la chaleur latente, ce qui rend l'air ascendant plus léger encore. Saturne dispose en outre d'une puissante source de chaleur interne : elle émet environ 2,5 fois l'énergie qu'elle reçoit du Soleil, de quoi entretenir le brassage de l'atmosphère profonde. Voir la structure interne.
La particularité de Saturne tient à la façon dont l'énergie s'accumule. Là-bas, la vapeur d'eau est plus lourde que l'air ambiant d'hydrogène et d'hélium. L'air humide a donc tendance à rester sous les nuages d'eau, et la convection peut être bloquée pendant des années. Un modèle publié en 2015 par Cheng Li et Andrew Ingersoll propose que la haute atmosphère se refroidisse lentement en rayonnant vers l'espace jusqu'à devenir, au bout de plusieurs décennies, assez instable pour qu'un énorme panache perce. Cela expliquerait que les tempêtes géantes de Saturne soient rares, colossales et à peu près périodiques. Voir l'atmosphère.
Les grandes taches blanches
Les plus grandes tempêtes apparaissent sous forme de nuages d'un blanc éclatant, car elles remontent des profondeurs de la glace d'ammoniac fraîche. Six éruptions majeures ont été recensées :
| Année | Latitude | Remarques |
|---|---|---|
| 1876 | Équatoriale | Observée par Asaph Hall, qui s'en servit pour mesurer la rotation de Saturne |
| 1903 | Latitudes moyennes nord | Observée par E. E. Barnard |
| 1933 | Équatoriale | Découverte par l'acteur anglais et astronome amateur Will Hay |
| 1960 | Latitudes moyennes nord | Repérée par des amateurs puis suivie par les professionnels |
| 1990 | Équatoriale | Découverte par l'amateur Stuart Wilber, photographiée par Hubble |
| 2010-2011 | Vers 35° N | Suivie en détail par Cassini et les astronomes amateurs |
La plupart de ces éruptions sont survenues autour de l'été boréal, à une trentaine d'années d'intervalle, d'où l'idée d'un cycle saisonnier. La tempête de 2010 a brisé ce schéma en apparaissant avec une dizaine d'années d'avance, au printemps boréal : le calendrier dépend donc de processus internes, et pas seulement de l'ensoleillement.
La grande tempête printanière de 2010-2011
Le 5 décembre 2010, l'instrument radio de Cassini a capté une salve de signaux d'éclairs, et ses caméras ont repéré une petite tache brillante vers 35° de latitude nord. Les astronomes amateurs l'ont retrouvée en quelques jours. La tête de l'orage a grossi de façon explosive en engendrant une traîne turbulente étirée vers l'est ; fin janvier 2011, la perturbation avait fait le tour complet de la planète, une bande nuageuse d'environ 300 000 km de long.
Cassini a enregistré jusqu'à une dizaine d'éclairs par seconde. Ses instruments infrarouges ont découvert que la tempête avait réchauffé de plus de 80 °C une région de la stratosphère, au-dessus des nuages, créant des « balises » riches en éthylène, un composé presque indétectable ailleurs sur Saturne. Les spectres ont aussi révélé de la glace d'eau, preuve que le panache avait remonté de la matière depuis la couche profonde des nuages d'eau.
La tempête a duré environ 200 jours. En juin 2011, sa tête a percuté la traîne qu'elle avait elle-même engendrée en faisant le tour de la planète, et la convection s'est éteinte en quelques semaines. Les séquelles atmosphériques, dont un tourbillon stratosphérique chaud, sont restées visibles pendant des années. C'est la tempête planétaire la mieux observée de l'histoire en dehors de la Terre. Voir Cassini-Huygens.
Les tourbillons polaires
Les deux pôles de Saturne abritent des cyclones géants. En 2006, Cassini a photographié le vortex polaire sud : une tempête chaude d'environ 8 000 km de large, dotée d'un œil bien dégagé entouré de murs de nuages vertigineux, avec des vents d'environ 550 km/h. Les nuages de son mur s'élèvent à des dizaines de kilomètres au-dessus des nuages environnants, deux à cinq fois plus haut que les orages terrestres. Contrairement à un ouragan, il ne voyage pas au-dessus d'un océan : il reste ancré au pôle.
Le cyclone polaire nord, observé en détail quand le Soleil l'a atteint en 2012, possède un œil d'environ 2 000 km de large et des vents d'environ 150 m/s. Il occupe le centre du fameux courant-jet à six côtés décrit à la page hexagone.
L'« allée des tempêtes » et les éclairs
Entre 2004 et 2009, Cassini a constaté que les orages de Saturne se concentraient dans une bande située vers 35° de latitude sud, surnommée Storm Alley, l'allée des tempêtes. L'un de ces orages durables, observé en 2004, a été baptisé « tempête du Dragon » en raison de sa forme sur les images infrarouges. Ces orages produisaient des décharges électrostatiques, des salves de bruit radio dues aux éclairs, que Voyager 1 avait détectées dès 1980 sans pouvoir en localiser la source.
Voir les éclairs eux-mêmes était plus difficile, car la face éclairée de Saturne est lumineuse et sa face nocturne souvent baignée de la lumière solaire renvoyée par les anneaux. En 2009, Cassini a enfin saisi des éclairs visibles sur la face nocturne. Selon les estimations, chaque éclair serait bien plus énergétique qu'un éclair terrestre ordinaire, signe de courants ascendants très profonds et puissants. Avec le changement de saison, l'activité orageuse a migré vers l'hémisphère Nord, et l'éruption de 2010 a débuté dans la bande de latitude symétrique. Voir les saisons.
Observer les tempêtes de Saturne
Les grandes tempêtes sont à la portée des télescopes d'amateurs, et des amateurs ont découvert ou codécouvert plusieurs grandes taches blanches. Aujourd'hui, la surveillance planétaire de longue durée de Hubble et le télescope James Webb guettent de nouvelles éruptions. La page Hubble et James Webb présente les observations récentes, et photographier Saturne explique comment les amateurs captent ces phénomènes.
Questions fréquentes
À quelle fréquence les tempêtes géantes surviennent-elles sur Saturne ?
Les grandes taches blanches sont apparues environ une fois par année saturnienne, soit tous les 30 ans : en 1876, 1903, 1933, 1960, 1990 et 2010. Le rythme n'est pas strict, puisque la tempête de 2010 est arrivée en avance.
Quelle était la taille de la tempête de 2010 ?
Sa tête était plus grande que la Terre, et en huit semaines environ sa traîne avait fait le tour de la planète, soit quelque 300 000 km. Elle a duré environ 200 jours.
Y a-t-il des éclairs sur Saturne ?
Oui. Ils ont d'abord été détectés par leurs signaux radio, grâce à Voyager 1 en 1980, puis photographiés par Cassini en 2009. Les éclairs de Saturne semblent beaucoup plus énergétiques que les éclairs terrestres ordinaires.
Y a-t-il des ouragans sur Saturne ?
Il existe des cyclones semblables à des ouragans aux deux pôles. Le vortex polaire sud mesure environ 8 000 km de large avec un œil bien net, et le cyclone polaire nord, au centre de l'hexagone, possède un œil d'environ 2 000 km.
Sources
- Sánchez-Lavega, A. et al. (2011), « Deep winds beneath Saturn's upper clouds from a seasonal long-lived planetary-scale storm », Nature 475
- Fischer, G. et al. (2011), « A giant thunderstorm on Saturn », Nature 475
- Li, C., Ingersoll, A. P. (2015), « Moist convection in hydrogen atmospheres and the frequency of Saturn's giant storms », Nature Geoscience 8
- NASA Science : mission Cassini