La Grande tache blanche ou le chaos sur Saturne

Une tempête saturnienne peut durer des mois entiers et s’étaler sur des centaines de milliers de kilomètres. A côté, nos tempêtes terrestres semblent bien inoffensives. Peut-on concevoir les forces qui sont à l’œuvre pour défigurer une planète comme Saturne ?

Une image du chaos

2010. Depuis déjà plus de six ans, la sonde Cassini de la NASA orbite autour de Saturne. Elle étudie sa composition, ses lunes et, dans la lignée des sondes pionnières que furent Voyager 1 et 2, elle fournit d’incroyables images qui bouleversent notre conception de ces mondes extraterrestres. En décembre 2011, elle photographie une étrange et gigantesque tache blanche dans l’hémisphère nord de Saturne. C’est en réalité un astronome amateur, Anthony Wesley, qui observera le premier cette tache, peu avant Noël, avant que la sonde Cassini ne prenne le relais. Peu à peu, ce qui est en fait une gigantesque tempête grossit et se déplace vers l’ouest. Près de cinq mois plus tard, ce maelström aux dimensions extraordinaires encercle totalement l’hémisphère nord de Saturne… Comme si une gigantesque traînée de peinture blanche venait peu à peu maculer une toile de maître. Et puis elle disparaît.

Ce n’est pas la première fois qu’une tempête défigure ainsi la géante gazeuse. Sept événements similaires ont été observés depuis 1876. L’un d’entre eux, observé en 1933 par Will Hay, acteur comique et astronome amateur, est resté célèbre, Hay sera d’ailleurs longtemps considéré comme le découvreur de ce qui est bientôt appelé la Grande tâche blanche, en référence à la célèbre tâche rouge de Jupiter. Une différence, toutefois, au-delà de la couleur : la tâche de Saturne est temporaire, et surtout périodique. Elle semble en effet apparaître toutes les trois décennies, soit à peu près toutes les années saturniennes (la période de révolution de Saturne étant d’environ 29 ans). Sa durée est variable, mais elle ne dépasse guère quelques mois.

Ces tempêtes dont la taille démesurée dépasse celle de notre planète s’étalent sur des centaines de milliers de kilomètres, et ne cessent que lorsqu’elles encerclent toute un hémisphère. De quoi rappeler le chaos qui sévit sur ces lieux cauchemardesques, dont la sonde Cassini nous renvoie une image forcément sublimée. Comme le chantait Georges Brassens :

Il est morne, il est taciturne
Il préside aux choses du temps
Il porte un joli nom, Saturne
Mais c’est un dieu fort inquiétant
Il porte un joli nom, Saturne
Mais c’est un dieu fort inquiétant

Il y a de l’eau dans le gaz

Par le passé, il fallait se contenter, pour observer ces tempêtes, d’images prises depuis la Terre. Il en va tout autrement avec Cassini, véritable laboratoire spatial disposant de douze instruments scientifiques, et qui reste d’ailleurs à ce jour la sonde spatiale la plus lourde jamais envoyée dans l’espace (5 853 kilogrammes).

Une étude réalisée en 2015 par deux scientifiques de l’université Caltech (Etats-Unis) dévoile une part du mystère de ces tempêtes. Surprise : la présence d’eau dans l’atmosphère de Saturne entre en jeu dans le mécanisme complexe de leur formation. Car oui, Saturne contient de l’eau, qui provient de ses anneaux – eux-mêmes principalement composées d’eau gelée – et qui vient arroser sa haute atmosphère.

Les molécules d’eau, plus lourdes, se déplacent sous la partie supérieure de l’atmosphère de Saturne, surtout composée d’hélium et d’hydrogène. Ces deux couches ne se mélangent pas, un peu à la manière de l’eau qui ne se mélange pas non plus avec l’huile. Mais les forces qui régissent Saturne sont autrement plus complexes que celles qui régissent la vinaigrette, c’est entendu. Sur Terre, le phénomène d’instabilité convective intervient dans le processus de formation des tempêtes. L’air est en effet très instable : basiquement quand il chauffe il monte, et quand il se refroidit il descend. De l’air suffisamment chargé en particules d’eau qui remonte (parce que le sol se réchauffe, par exemple au contact du Soleil), peut mener à la formation de nuages qui, en s’amoncelant, annoncent l’orage et la tempête.

Sur Saturne, toujours selon cette étude, l’instabilité convective semble également entrer en jeu dans la formation des tempêtes. Lorsque vient l’hiver, la haute atmosphère de Saturne se refroidit, peu à peu. Elle devient plus dense, et a du coup tendance à descendre à son tour. L’air chaud et humide, lui, remonte, se condense : la tempête se lève.

Si de telles tempêtes ne surviennent que tous les 30 ans environ – soit peu ou prou une année saturnienne, c’est que l’atmosphère de Saturne est si épaisse qu’il faut bien tout un hiver pour la refroidir ainsi. C’est la raison pour laquelle la tempête intervient au début du printemps. Et si Jupiter n’est pas touchée par des tempêtes, c’est parce que l’eau semble être absente de son atmosphère. A la sonde Juno, désormais, de confirmer cela.