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22 février 2018 - Sandrine Guerlet, Aymeric Spiga, chercheurs au LMD et leur collègues publient un article remarqué sur les oscillations dans la stratosphère de Saturne analogues à celles de la Terre.

L'article Equatorial oscillation and planetary wave activity in Saturn’s stratosphere through the Cassini epoch, Journal of Geophysical Research: Planets, publié par Guerlet S. et al, vient de faire l'objet des editors's highlights des journaux de l'AGU.
22 février 2018 - Sandrine Guerlet, Aymeric Spiga, chercheurs au LMD et leur collègues publient un article remarqué sur les oscillations dans la stratosphère de Saturne analogues à celles de la Terre.

Carte du vent thermique sur Saturne

« Les études de la dynamique atmosphérique planétaire sont difficiles car les données doivent être collectées sur de longues périodes afin d'identifier les fréquences d'oscillation et les mécanismes de forçage. Guerlet et al. utilisent les observations acquises en géométrie au limbe par l'instrument Cassini / CIRS s'étendant sur dix ans pour étudier l'oscillation équatoriale stratosphérique de Saturne. [...] Des similitudes sont observées avec l'oscillation quasi-biennale et l'oscillation semi-annuelle de la Terre, une démonstration remarquable de planétologie comparée. En raison de l'évolution lente des processus dynamiques impliqués, seule une mission de longue durée comme Cassini pouvait accomplir un tel exploit. »

https://eos.org/editor-highlights/earth-like-oscillations-detected-in-saturns-stratosphere

En apparence très différentes, les moyennes atmosphères de la Terre et de Saturne ont pourtant un point commun : elles abritent toutes les deux une (ou plusieurs) oscillation(s) périodique(s) de leur système de vent zonal dans la région équatoriale.

Sur Terre, on rencontre deux types d'oscillations équatoriales caractérisées par une alternance périodique entre un régime de vent d'est et d'ouest. Il s'agit de l'oscillation quasi-biennale (QBO) dans la stratosphère (15-30 km d'altitude), dont la période varie de 22 à 34 mois, et de l'oscillation semi-annuelle (SAO) qui se trouve plus haut, dans la mésosphère, et qui est caractérisée par une période de 6 mois. Ces oscillations de vent sont forcées par des interactions entre des ondes, qui se propagent verticalement depuis la troposphère, et l'écoulement zonal moyen.

Aucun ballon-sonde n'est allé mesurer les vents dans la stratosphère de Saturne...néanmoins, il est possible d'estimer le vent thermique si l'on connaît le champ de température. La sonde Cassini, en orbite autour de Saturne entre 2004 et 2017, embarquait douze instrument dont CIRS, un spectromètre dans l'infrarouge thermique. L'analyse de ces spectres permet de remonter aux profils verticaux de la température à différentes latitudes. Grâce à cette technique, la signature d'une oscillation équatoriale du vent thermique avait été découverte en 2008, d'après les premières données de Cassini. Un nouvel article publié dans Journal of Geophysical Research documente cette fois l'évolution de cette oscillation entre 2005 et 2015. Ces nouvelles mesures sont cohérentes avec une période de 15 ans pour l'oscillation, soit une demi-année de Saturne ! C'est un point commun avec la SAO sur Terre (période de 6 mois) et cela suggère un forçage de nature saisonnière. En revanche, l'oscillation de Saturne s'étend de la tropopause à la stratopause : en cela, sa couverture verticale se rapproche de celle de la QBO. Enfin, l'amplitude des variations en température et vent zonal associées à l'oscillation de Saturne est quatre à cinq fois plus importante que pour la QBO et la SAO. Cette « carte d'identité » de l'oscillation équatoriale de Saturne en fait un phénomène de dynamique atmosphérique à part entière, qui présente de fortes similarités avec la QBO et la SAO sur Terre : c'est donc un très bon exemple de planétologie comparée.

En outre, en analysant les champs de température obtenus par les mesures de l'instrument Cassini/CIRS, cet article documente la détection d'ondes atmosphériques planétaires et l'identification, pour la première fois, d'une onde de Rossby équatoriale dans la stratosphère de Saturne. Ces ondes (bien connues sur Terre) joueraient-elle un rôle dans le forçage de l'oscillation ? De plus amples études, notamment de modélisation, seront nécessaires pour répondre à cette question.

Référence : Guerlet S., T. Fouchet, A. Spiga, F.M. Flasar, L.N Fletcher, B. Hesman, and N. Gorius [2018], Equatorial oscillation and planetary wave activity in Saturn’s stratosphere through the Cassini epoch, Journal of Geophysical Research: Planets, 123, https://doi.org/10.1002/2017JE005419

Contact : sandrine.guerlet@lmd.jussieu.fr

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