Mec, c'est quoi ces énormes ondes de plasma dans l'atmosphère de Jupiter ?

Elizabeth Rayne - 4 août 2023 à 17h11 UTC

Il y a des vagues sur Jupiter, mais pas exactement celles que les surfeurs peuvent surfer. Ces ondes de plasma sont bien plus intenses que tout ce qui s’écrase sur une plage.

Le vaisseau spatial Juno de la NASA continue de rencontrer d'énormes ondes de plasma alors qu'il orbite autour de Jupiter. Ces ondes sont en fait connues sous le nom d'instabilités de Kelvin-Helmholtz (KHI) et se produisent lorsque le plasma du vent solaire interagit avec la magnétopause d'une planète, le niveau externe de son champ magnétique. La différence de vitesse entre la magnétopause et le vent solaire crée une vague furieusement tourbillonnante : un vortex.

« L'instabilité de Kelvin-Helmholtz peut être observée à la frontière qui sépare un champ magnétique planétaire (magnétosphère) du flux de particules chargées émis par le Soleil (vent solaire) ; cette limite est connue sous le nom de magnétopause », ont déclaré les chercheurs dans une étude récemment publiée dans Geophysical Research Letters.

Alors que ces phénomènes étaient auparavant connus sur Terre et sur d’autres planètes et soupçonnés de se produire sur Jupiter, ils n’avaient jamais été confirmés sur la géante gazeuse avant que Juno ne les aperçoive. La sonde a passé tellement de temps à rester près de la magnétopause du côté de l'aube de Jupiter qu'elle a pu en observer plus que tout autre vaisseau spatial ou télescope. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs du Southwest Research Institute (SWRI) et de l'Université du Texas à San Antonio a analysé les données Juno et étudié les ondes en détail.

Comment ces vagues se propagent-elles dans l’espace ? Le plasma, qui regorge de particules chargées, est toujours dispersé dans tout le système solaire par le vent solaire et finit inévitablement par interagir avec le plasma présent dans l'atmosphère extérieure des planètes.

Jupiter est entouré d'un disque rotatif de plasma qui atteint sa magnétosphère externe. À cet endroit, il existe une tension magnétique à l’interface entre la magnétopause de la planète et le vent solaire. Cette tension entraîne des différences régionales de vitesse et de direction dans le plasma ; c'est ce qu'on appelle le cisaillement de vitesse.

Si le cisaillement de vitesse dépasse la tension magnétique, la limite de la magnétopause est perturbée et des ondes commencent à se former. Ce n'est pas seulement le plasma provenant d'une source externe comme une étoile qui peut provoquer cela : le plasma de la magnétopause peut également se heurter au plasma du niveau de la magnétosphère juste en dessous. Il existe un flux de cisaillement particulièrement élevé entre le plasma de la magnétosphère de Jupiter et sa gaine magnétique, située juste au-dessus de la magnétopause. Ce cisaillement provoque également des perturbations.

Les vagues résultant de telles perturbations commencent à rouler jusqu’à former d’énormes vortex. Bien que les ondes KH n’aient été observées que du côté de l’aube de Jupiter, il est également possible qu’elles se forment du côté du crépuscule.

"Les fluctuations périodiques suggèrent que le vaisseau spatial voyage à travers une structure de vagues qui est peut-être un vortex enroulé", a également déclaré l'équipe de recherche dans l'étude. "Le vaisseau spatial entre et sort de la gaine magnétosphérique et du plasma de la magnétosphère [pendant son orbite], traversant la frontière à plusieurs reprises."

Juno a pu détecter les ondes de plasma autrement invisibles grâce à ses instruments hypersensibles. Son expérience Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) est composée d'un boîtier électronique et de quatre capteurs, trois pour rechercher les électrons et un pour identifier les ions, l'autre composant du plasma. Les capteurs de JADE sont capables d'enregistrer des informations sur l'énergie et l'emplacement de ces particules chargées lors de leur passage dans le plasma. Les magnétomètres de la suite d'instruments MAG (Magnetic Field Investigation) de Juno mesurent la force du champ magnétique de Jupiter, ce qui détermine s'il peut être surmonté par le plasma du vent solaire et donc provoquer une onde KH.

On pense que les ondes de plasma tourbillonnantes observées par Juno poussent davantage de particules chargées à travers la magnétopause, et les données de Juno ont montré que les conditions étaient réunies pour que les ondes KH se forment la plupart du temps lorsqu'elles traversaient la magnétopause du côté de l'aube de Jupiter. Cela ne signifie pas nécessairement que des vagues se sont produites. Il a détecté des vagues sur seulement 19 traversées, il existe donc encore une certaine incertitude quant à la fréquence à laquelle les vagues apparaissent lorsque les bonnes conditions sont présentes.