Jupiter - Explication générale de la planète

JUPITER

Présentation générale de la planète

(I) Circulations dans l'atmosphère

Commençons par un bref rappel de la structure générale classique de la planète, en bandes et zones...

Visuellement, la planète Jupiter apparaît divisée en régions alternativement sombres et claires, respectivement les bandes nuageuses et les zones nuageuses, parallèles à l'équateur en raison de la vitesse de rotation de la planète.

Généralement, les schémas de ce type complexifient un peu plus la nomenclature en allant jusqu'à un multiple de 5 pour les bandes et zones (par exemple une S5TB, SSSSSTB). Je ne vais pas jusque là car ce type de bande / zone est plutôt rare, et contrairement aux autres, sans doute difficile à définir par rapport à des jetstreams (voir plus bas). Voici les sigles (anglais) traduits :

Ceci posé, il faudrait définir plus précisément ce que sont les bandes et les zones, car il ne s'agit que de l'aspect "visible" de l'atmosphère, et il ne permet pas de comprendre comment les mouvements de cette atmosphère se comportent.

Une définition déjà un peu plus rigoureuse d'une bande nuageuse ou une zone que sa couleur consisterait à dire qu'une bande / zone est une région de la planète comprise entre deux "jetstreams". Comme la Terre, Jupiter est une planète dont l'atmosphère est en effet parcourue de courants-jets très rapides (vitesse de déplacement de plusieurs degrés par jour). Ils sont également parallèles à l'équateur, mais ne sont pas visibles en temps normal depuis la Terre :

Ce schéma réalisé grâce à mon admirable maîtrise de Paint shop pro présente les principaux jetstreams de la planète. La plupart se dirigent vers l'est (en bleu). Un plus petit nombre se dirige dans le sens contraire de rotation de la planète et sont donc dits rétrogrades (en rouge). Ainsi, nous voyons par exemple que la bande "SEB" est bordée au nord par un jetstream (le SEBn, n pour Nord) et au sud par un autre (le SEBs, s pour Sud). Toujours au sujet de la SEB : imaginons un instant que les deux jetstreams qui la borde se rejoignent pour former une circulation close : cette circulation se ferait dans le sens des aiguilles d'une montre. Or, nous savons qu'une circulation dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud d'une planète est une circulation cyclonique. La conclusion s'impose : à l'image de la SEB que nous avons pris pour exemple, les bandes nuageuses de la planète sont des régions de basse pression. A l'inverse, les zones nuageuses sont des régions de haute pression.

Il est important de noter que les bandes et zones visibles ne "rentrent" pas toujours dans leur limites canoniques telles que définies par les jetstreams, surtout aux latitudes élevées, où on peut voir des bribes de bandes dans des latitudes correspondant en théorie à une zone, et vice-versa, des bandes théoriques apparaissant très claires. D'autre part les bandes nuageuses peuvent connaître des transformations de long terme ; ainsi, la STB, autrefois comptée comme la troisième bande la plus importante de la planète après la SEB et la NEB (du point de vue du contraste, très sombre, et de la couleur), s'est considérablement affaiblie depuis les années 1970, et mis à part un bref intervalle de 1994 à 1997, se trouve réduite visuellement à une mince bande sombre (en réalité sa composante nord, STBn). Pourtant, les jetstreams qui la borde (STBn et STBs) sont toujours présents, et les mouvements des formations en son sein sont toujours les mêmes. La STB n'a donc pas "disparue", mais son aspect visuel est celui d'une zone nuageuse... On touche ici sans doute à un point important qui est que la division de la planète en bande et zones apparentes n'est en fait pas pertinente du tout d'un point de vue scientifique. Pour celui qui essaye de s'y retrouver sérieusement pour faire des mesures, c'est plutôt déroutant (c'est du vécu ;o) ).

Les jetstreams, on l'a dit, ne sont pas normalement visibles depuis la planète. Toutefois, à certaines périodes, il se crée des éruptions de spots spécifiques sur ces courant-jets et qui se dirigent avec lui : les spots de jetstreams. Ces spots sont le seul indice qui permet de déceler la présence des jetstreams depuis la Terre.

Image montrant une série de spots de jetstreams sur le SEBs jet, en mars 2003. Ces structures se dirigent vers la Grande tâche rouge.

Il faut maintenant faire intervenir un autre type de mouvement dans l'atmosphère, celui des "courants lents" (slow currents, en anglais). Ces courants sont très importants car ce sont eux qui gouvernent le déplacement des structures visibles à la surface de la planète (sauf dans la région équatoriale, qui est à part et qui se déplace aussi vite qu'un jetstream, 7° à 8° par jour !). Ils sont dits lents car contrairement aux jetstreams ils se déplacent lentement, moins de 1° par jour (par rapport au système II, voir plus bas).

Il existe neuf courants lents. Globalement, un courant lent est composé d'une bande et d'une zone de la même région, et circule entre deux jetstreams, tout en sachant que souvent (pas toujours) un troisième jetstream (rétrograde) circule en son milieu :

Schéma théorique d'un courant lent (STC, Courant tempéré sud). Il est bordé par deux jetstreams ; un troisième passe au centre. Les deux régions délimitées en latitude, contenant différents types de formations, forment ce que l'on appelle un courant lent ; il a son mouvement propre, beaucoup moins rapide, par rapport aux jetstreams.

Voici la liste des neufs courants, en partant du sud : SSSTC, SSTC (correspond à la SSTB), STC (STB + STZ), STropC (STropZ + SEB), NTropC (NEB + NTropZ), NTC (NTB + NTZ), NNTC (NNTB + NNTZ), NNNTC, NNNNTC. Où C signifie courant (current). Visuellement un courant lent se distingue donc par la présence de différents types de formations nuageuses (voir la page sur les structures de l'atmosphère jovienne) ; ces formations ont toutes la vitesse de déplacement du courant lent auxquelles elles appartiennent.

Ces courants présentent différentes vitesses de déplacement ce qui nous permet de comprendre pourquoi au cours du temps les formations visibles à différentes latitudes semblent se déplacer les unes par rapport aux autres :

Les trois flèches désignent trois structures situées dans trois courants lents différents : le SSTC, le STC, le STropC. Le SSTC a la vitesse de déplacement la plus rapide (-25° par mois par rapport au système II, symbolisé ici par la position de la la Grande tache rouge). Le STC se déplace lui de -10° par mois, tandis que la GTR est restée quasiment stable durant le même laps de temps. La plus forte vitesse du SSTC nous permet de comprendre pourquoi le spot blanc s'est beaucoup plus éloigné de la GTR que le bord du segment sombre dans le STC indiqué par la flèche bleue.

Aux deux principaux types de déplacements dans l'atmosphère jovienne (les jetstreams et les courants lents) il faut aussi ajouter le déplacement propre à une structure donnée. Les formations nuageuses se déplacent dans un courant lent, entre deux jetstreams, mais elles ont aussi un déplacement individuel, "autonome" de celui de son courant lent et des jetstreams adjacents. Le mouvement individuel le plus évident est celui de la Grande tache rouge. Cette structure fameuse possède en effet un mouvement propre tantôt vers l'est, tantôt vers l'ouest, et à des vitesses variables. Ainsi depuis la fin du XIXème siècle, la Grande tache rouge a fait plusieurs fois le tour de la planète par rapport au système II ! Par exemple, de 1980 à 1988, son mouvement général était un déplacement vers l'est (sa longitude est passée de 60° à 15° environ) ; après quoi elle a inversé son déplacement, devenu alors rétrograde (sa longitude est quasiment de 90° en 2003).

Mais toutes les formations visibles sont sujettes à ce type de déplacement individuel, quoique de façon beaucoup moins spectaculaire. On peut prendre un exemple avec le déplacement de deux spots blancs dans la SSTB en 2003 :

Ces deux spots (voir la page sur les structures) circulent au sein du Courant tempéré sud sud, le SSTC ; il est cependant facile de voir qu'ils se sont rapprochés entre janvier et mars 2003 ; celui de gauche a ralenti par rapport à la vitesse du SSTC à la fin du mois de janvier, alors que celui de droite a au contraire accéléré depuis décembre 2002.

Il faut terminer par les systèmes de rotation de la planète. Jupiter tourne sur elle-même en moins de 10 heures, mais toutes ses parties ne tournent pas à la même vitesse. Il existe trois systèmes de rotation :

Le système I : en conséquence de la grande vitesse de déplacement de la région équatoriale de la planète, le système I a une période de rotation de 9 H 50 mn 30 sec. Il comprend toute la Zone équatoriale (EZ) mais également une petite partie (respectivement au sud et au nord) des bandes équatoriales nord et sud (NEB et SEB).

Le système II : il concerne tout le reste de la planète. Au niveau de ce système, Jupiter tourne sur elle-même en 9 H 55 mn 40 sec. A l'origine le système II était calé sur la période de rotation de la Grande tâche rouge, que l'on croyait être une structure fixe. Il s'agit donc d'un système qui ne peut être rattaché à quelque chose "d'objectif", et la logique voudrait qu'il soit abandonné...

Le système III : très peu utilisé par les amateurs, le système III désigne le temps de rotation du champ magnétique de Jupiter. Son temps de rotation est de 9 H 55 mn 30 sec environ.

Les systèmes de rotation ne sont pas des mouvements à la surface de la planète. Ils ne sont que des références, imparfaites (sauf le système III), qui permettent de mesurer les dérives des formations à la surface de la planète. C'est pourquoi ils n'apparaissent qu'à la fin de cette page d'explication de la circulation atmosphérique jovienne.