Jupiter, la cinquième planète à partir du Soleil et la plus grande de notre système solaire, est une géante gazeuse principalement constituée d’hydrogène, bien que l’hélium représente un quart de sa masse et un dixième de son volume. On pense qu’elle possède un noyau rocheux composé d’éléments plus lourds, bien qu’elle n’ait pas de surface solide bien définie, comme les autres planètes géantes du système solaire. Son atmosphère extérieure est caractérisée par une série de bandes latitudinales, avec des turbulences et des tempêtes aux frontières de ces bandes. Jupiter est surtout connue pour sa Grande Tache rouge, une tempête géante observée depuis au moins 1831.
Diagramme de Jupiter, de son intérieur, de sa surface, de ses anneaux et de ses lunes intérieures. La question de savoir si Jupiter possède un véritable noyau ou s’il y a réellement de l’hydrogène métallique à l’intérieur est pour l’instant purement théorique. Crédit image : Kelvinsong
Cyclones aux pôles de Jupiter : Observations par Juno
La sonde Juno est la dernière à avoir visité la planète et est entrée en orbite autour de Jupiter en juillet 2016. Depuis 2017, la sonde Juno surveille les cyclones au pôle nord de Jupiter (un au centre et huit autres plus petits autour, formant un octogone), qui sont restés stables pendant au moins les quatre dernières années. Bien que de nombreux modèles aient été utilisés pour expliquer ces motifs et cette stabilité, ces caractéristiques restent un mystère pour l’astrophysique actuelle.
Les recherches menées par Andrew Ingersoll, professeur de sciences planétaires à l’Institut de technologie de Californie, éclairent ces formations exceptionnelles qui se produisent au pôle nord de Jupiter et permettent de comprendre des éléments intrigants. Pour parvenir à une telle compréhension, les scientifiques recueillent des informations sur les vents impliqués dans les cyclones et leur dynamique, grâce aux données fournies par l’instrument Jovian InfraRed Auroral Mapper (JIRAM) de Juno, qui peut détecter les détails des pôles jusqu’à une échelle de 180 kilomètres.
À partir de ces données, les auteurs déterminent les caractéristiques pertinentes du système, par exemple le profil de la vitesse azimutale moyenne et de la vorticité représentés ci-dessous, où l’on voit que la vitesse maximale moyenne dans les cyclones est de 80 m/s, à une distance radiale de r = 1000 km. Les points noirs représentent les données, tandis que la courbe orange est ajustée à un modèle théorique. Le pic de vorticité relative au pôle est également illustré à droite sur l’image ci-dessous.
Image tirée de l’article original [1]
La plupart des modèles utilisés pour expliquer les cyclones sur Jupiter et Saturne sont des modèles à une ou deux couches, qui montrent que les petits tourbillons fusionnent et deviennent des tourbillons de grande échelle. Les cyclones se déplacent vers les pôles, tandis que les anticyclones se déplacent vers l’équateur, comme sur Terre. Néanmoins, un seul de ces modèles produit des polygones stables à partir de conditions initiales aléatoires, et seulement lorsque la longueur d’onde des perturbations initiales aléatoires est inférieure à 300 km.
Comme l’explique l’étude publiée dans Nature Astronomy, une analyse de Fourier des données de Juno révèle que les flux dont la longueur d’onde est supérieure à 215 km récupèrent de l’énergie des flux de plus petite échelle. Il s’agit d’un exemple de transfert d’énergie vers le haut, raison pour laquelle il est important de mesurer la vorticité (la capacité d’un flux à tourner) et la divergence (l’éloignement ou l’approfondissement d’un mouvement ou d’un flux) à des échelles beaucoup plus grandes que les principaux cyclones, afin de déterminer comment le transfert d’énergie vers le haut se produit.
En utilisant un autre type de modèle basé sur les équations des eaux peu profondes, les scientifiques pourraient recréer des cyclones qui acquièrent une vitesse et un rayon maximaux et qui sont disposés en différents motifs polygonaux autour du pôle, afin de voir lesquels sont les plus stables.
Image : le cercle situé à 80 degrés de latitude se trouve à environ 2000 km du pôle. Les lignes de longitude constante sont distantes de 15 degrés. Image tirée de l’article original [1].
Les auteurs de cette recherche ont constaté que les cyclones stables ont un bouclier (un anneau de vorticité anticyclonique autour de chacun des cyclones), tandis que les cyclones instables n’en possèdent pas. En étudiant la vorticité à l’intérieur et à l’extérieur des grands cyclones, les auteurs ont pu déterminer s’ils étaient protégés ou non. Si le bouclier est faible, les tourbillons fusionnent et les polygones disparaissent.
Les défis de la détection de la convection sur Jupiter
Une autre caractéristique très importante de la dynamique des fluides est le processus de convection. La convection est généralement connue comme un type de mouvement d’un liquide comme l’eau ou un gaz où le mouvement du fluide n’est pas provoqué par une source externe (ventilateur, moteurs, pompes, etc.) mais par certaines parties du fluide qui sont plus lourdes ou plus chaudes que d’autres. La force motrice de la convection naturelle est la gravité, qui tire plus fortement vers le bas les parties les plus denses, tandis que les fluides plus chauds ou moins denses s’élèvent. Cela entraîne une circulation naturelle : le fluide dans un système circule continuellement, avec des changements probables dans le transfert de chaleur et d’énergie. La thermodynamique standard et la mécanique des fluides s’attendent à trouver des traces de convection dans le mouvement cyclonique de Jupiter.
En ce qui concerne la convection, les chercheurs tentent de déterminer le type de corrélation entre la vorticité et la divergence des champs de vent, à des échelles allant jusqu’à 180 km, en s’attendant à trouver une corrélation négative entre eux pour les planètes en rotation. En utilisant les modèles d’eau peu profonde, ils ont constaté que l’amplitude de la vorticité est supérieure à celle de la divergence, mais ils n’ont trouvé aucune preuve concluante de la corrélation entre les deux. Par conséquent, une signature convaincante de la convection, qui aurait permis d’expliquer comment la chaleur est utilisée pour alimenter les cyclones, reste encore absente.
Vorticité (en haut) et divergence (en bas) dérivées de deux déterminations indépendantes du vent. Les régions blanches amorphes ne sont pas prises en compte, car l’analyse du vent n’a pas été concluante. Les rectangles couvrent 20 000 km et la plus petite résolution est d’environ 100 km. Image tirée de l’article original [1].
Comme le disent les auteurs de cette étude, il reste encore beaucoup à faire pour comprendre les caractéristiques remarquables de Jupiter. Ils évoquent également la possibilité qu’une nouvelle physique soit nécessaire pour les expliquer.
La bonne nouvelle, c’est que cette nouvelle physique existe déjà !
Points Clés :
Toute la littérature scientifique traite la convection et la circulation comme un phénomène macroscopique, c’est-à-dire se manifestant à des échelles supérieures à celles des atomes. Dans le même temps, de nombreuses caractéristiques du domaine atomique demeurent mystérieuses. Des questions fondamentales telles que « quelle est la source du spin dans les particules subatomiques, pourquoi le proton ne se désintègre-t-il jamais, ou qu’est-ce que la zitterbewegung (un tremblement à la vitesse de la lumière le long du mouvement des particules prédit par l’équation de Dirac) dans la réalité… » et bien d’autres encore, restent sans réponse…
De même, à l’autre extrémité de l’échelle, au niveau cosmologique, 96 % de l’Univers est composé d’une masse sombre et d’une énergie sombre inconnues, toujours non détectées…
De toute évidence, il manque quelque chose d’ÉNORME dans notre compréhension de la réalité physique qui nous entoure. Un mécanisme fondamental, qui se propage depuis la minuscule échelle de Planck jusqu’à l’échelle universelle, reste absent des modèles de la physique dominante.
Et s’il y avait des flux à l’échelle de Planck à l’intérieur des atomes, et si les atomes étaient le résultat des mêmes processus – circulations et vortex – se produisant à des échelles microscopiques et inférieures ? En d’autres termes, et si la source et le mécanisme ultimes étaient régis par la thermodynamique et la vorticité de l’espace-temps lui-même, qui engendreraient ces phénomènes comme des propriétés émergentes du plasma du vide quantique ?
L’un des principaux problèmes de la physique est le fait qu’il n’existe pas de source clairement définie pour le spin et la masse. Le spin doit être introduit manuellement dans les équations de la mécanique quantique ; il est donc considéré comme un phénomène non classique. Quant à la source de la masse, elle n’est toujours pas satisfaisamment expliquée par le mécanisme de Higgs, qui ne peut rendre compte que de moins de 2 % de la masse.
En considérant avec précision les fluctuations du vide (leur structure, leur ordre et leur dynamique), Nassim Haramein a résolu la plupart des problèmes fondamentaux de la physique moderne, tant à l’échelle quantique [1,2,3] qu’à l’échelle cosmologique [4]. Le modèle holographique généralisé apporte une solution quantifiée à la gravité et à la masse, et conduit à la conclusion que tout émerge du plasma du vide quantique, qui n’est pas composé de « fluctuations d’énergie aléatoires », comme le supposent les théories actuelles. Au contraire, le plasma du vide quantique présente de multiples phases, certaines étant plus ordonnées que d’autres, et comme cela sera expliqué en détail dans l’article à venir [5], c’est la thermodynamique et la dynamique des fluides de ce plasma composé de particules de Planck (appelées unités sphériques de Planck par Haramein) qui sont à l’origine de toutes les particules, forces et champs connus.
C’est la structure de l’espace-temps en rotation qui est à l’origine de la vorticité et de la thermodynamique ! Les modèles de convection seront incapables d’expliquer pleinement la stabilité des tourbillons géomagnétiques tant que les fluctuations du vide spatio-temporel ne seront pas prises en compte…
– Nassim Haramein
Références
[1] Ingersoll, A.P., Ewald, S.P., Tosi, F. et al. Vorticity and divergence at scales down to 200 km within and around the polar cyclones of Jupiter. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01774-0
[2] Haramein, N. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292
[3] Val baker, A.K.F, Haramein, N. and Alirol, O. (2019). The Electron and the Holographic Mass Solution, Physics Essays, Vol 32, Pages 255-262.
[4] Haramein, N & Val Baker, A. K. F. (2019). Resolving the Vacuum Catastrophe: A Generalized Holographic Approach, Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, Vol.05 No.02(2019), Article ID:91083, 13 pages
[5] Alirol. O., and Haramein, N. Scale Invariant Unification of forces, fields, and particles in a quantum vacuum plasma (coming out soon).
