Une étude révèle des changements inattendus des températures atmosphériques

L’étude, publiée aujourd’hui (lundi) dans Revue des sciences planétairesont utilisé des observations dans des longueurs d’onde infrarouges thermiques au-delà du spectre de la lumière visible, détectant efficacement la chaleur émise par l’atmosphère de la planète.

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant des scientifiques de Leicester et du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, a combiné toutes les images infrarouges thermiques existantes de Neptune recueillies à partir de plusieurs observatoires sur près de deux décennies. Il s’agit notamment du très grand télescope de l’Observatoire européen austral et du télescope Gemini Sud au Chili, ainsi que du télescope Subaru, du télescope Keck et du télescope Gemini Nord, tous à Hawai’i, et des spectres du télescope spatial Spitzer de la NASA.

En analysant les données, les chercheurs ont pu révéler une image plus complète que jamais des tendances des températures de Neptune.

Mais à la surprise des chercheurs, ces ensembles de données collectifs montrent une baisse de la luminosité thermique de Neptune depuis le début de l’imagerie thermique fiable en 2003, indiquant que les températures moyennes mondiales dans la stratosphère de Neptune – la couche de l’atmosphère juste au-dessus de sa couche météorologique active – ont a chuté d’environ 8 degrés Celsius (14 degrés Fahrenheit) entre 2003 et 2018.

Le Dr Michael Roman, associé de recherche postdoctoral à l’Université de Leicester et auteur principal de l’article, a déclaré :

“Ce changement était inattendu. Puisque nous avons observé Neptune au début de son été austral, nous nous attendrions à ce que les températures se réchauffent lentement, et non plus froides.”

Neptune a une inclinaison axiale et connaît donc des saisons, tout comme la Terre. Cependant, étant donné sa grande distance du Soleil, Neptune met plus de 165 ans pour accomplir une orbite autour de son étoile hôte, et donc ses saisons changent lentement, durant plus de 40 années terrestres chacune.

Le Dr Glenn Orton, chercheur principal au JPL et co-auteur de l’étude, a noté :

“Nos données couvrent moins de la moitié d’une saison Neptune, donc personne ne s’attendait à voir des changements importants et rapides.”

Pourtant, au pôle sud de Neptune, les données révèlent un changement différent et étonnamment dramatique. Une combinaison d’observations de Gemini North en 2019 et de Subaru en 2020 révèle que la stratosphère polaire de Neptune s’est réchauffée d’environ 11 °C (~ 20 °F) entre 2018 et 2020, inversant la tendance précédente au refroidissement moyen à l’échelle mondiale. Un tel réchauffement polaire n’a jamais été observé sur Neptune auparavant.

La cause de ces changements de température stratosphériques inattendus est actuellement inconnue, et les résultats remettent en question la compréhension des scientifiques de la variabilité atmosphérique de Neptune.

Le docteur Roman a poursuivi :

“Les variations de température peuvent être liées aux changements saisonniers de la chimie atmosphérique de Neptune, qui peuvent modifier l’efficacité du refroidissement de l’atmosphère.

“Mais la variabilité aléatoire des modèles météorologiques ou même une réponse au cycle d’activité solaire de 11 ans peut également avoir un effet.”

Il a déjà été suggéré que le cycle solaire de 11 ans (marqué par des variations périodiques de l’activité et des taches solaires) affecte la luminosité visible de Neptune, et la nouvelle étude révèle une corrélation possible, mais provisoire, entre l’activité solaire, les températures stratosphériques et la nombre de nuages ​​brillants observés sur Neptune.

Des observations de suivi des modèles de température et de nuages ​​sont nécessaires pour évaluer plus avant toute connexion possible dans les années à venir.

Les réponses à ces mystères et bien d’autres viendront du télescope spatial James Webb (JWST), qui devrait observer les deux géantes de glace, Uranus et Neptune, plus tard cette année.

Leigh Fletcher, professeur de sciences planétaires à l’Université de Leicester, dirigera ces observations avec le temps alloué de la suite d’instruments du JWST. Le professeur Fletcher, également co-auteur de cette étude, a déclaré :

“La sensibilité exquise de l’instrument infrarouge moyen du télescope spatial, MIRI, fournira de nouvelles cartes sans précédent de la chimie et des températures dans l’atmosphère de Neptune, aidant à mieux identifier la nature de ces changements récents.”

Cette étude a été financée par une subvention du Conseil européen de la recherche à l’Université de Leicester, connue sous le nom de GIANTCLIMES. Ce projet a déjà découvert des changements à long terme des températures atmosphériques et des nuages ​​sur les géantes gazeuses, Jupiter et Saturne, et il a fourni les premières cartes des températures stratosphériques d’Uranus. GIANTCLIMES a ouvert la voie à de nouvelles découvertes sur les quatre planètes géantes de JWST dans les années à venir.

Les autres co-auteurs de ce travail incluent Thomas Greathouse (Southwest Research Institute), Julianne Moses (Space Science Institute), Naomi Rowe-Gurney (Howard University / NASA Goddard Space Flight Center), Patrick Irwin (Oxford), Arrate Antuñano (UPV/ EHU), James Sinclair (JPL), Yasumasa Kasaba (Université du Tohoku), Takuya Fujiyoshi (télescope Subaru), Imke de Pater (UC Berkeley) et Heidi Hammel (Association des universités pour la recherche en astronomie).

« Sub-Seasonal Variation in Neptune’s Mid-Infrared Emission » est publié dans Revue des sciences planétaires.