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La convection en couche permet d’expliquer l’anomalie de luminosité de Saturne

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Actualité

Résumé

Publication du CRAL dans Nature Geoscience

Description

Les chercheurs expliquent avec un modèle analytique soutenu par des calculs numériques pourquoi Saturne est plus chaude que prédit par les modèles standards faisant l’hypothèse de convection efficace à grande échelle au sein de la planète. Illustration Jérémy Leconte©
Jérémy Leconte du LMD(1) et du CRAL (2) et Gilles Chabrier du CRAL(2) viennent d’expliquer l’anomalie de luminosité infrarouge de Saturne. Leur théorie offre une alternative au modèle auparavant plébiscité qui expliquait, bien qu’en partie seulement, cet excès de luminosité infrarouge par des pluies d’hélium dans l’atmosphère de la planète aux anneaux. Cette étude pourrait servir à expliquer d’autres anomalies observées chez les planètes géantes du système solaire ou extrasolaires, elle fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Geoscience du 21 avril.
Depuis leur naissance, les planètes géantes du système solaire se refroidissent et se contractent. Elles émettent ainsi plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent du Soleil. En appliquant les deux premiers principes de la thermodynamique, on peut déterminer le taux de refroidissement, donc l’évolution de la luminosité (c’est à dire la puissance rayonnée) et de la température d’une planète au cours du temps et ainsi expliquer les propriétés observées de nos planètes géantes. À une notable exception près ! Depuis les premières mesures effectuées vers la fin des années 60, on sait que la luminosité infrarouge de Saturne est beaucoup trop élevée pour son âge par rapport aux prédictions théoriques, défiant notre compréhension. En l’absence d’autres explications satisfaisantes, cet excès de luminosité est en général attribué à des "pluies d’hélium". En effet, sous les conditions de pressions et températures régnant au sein de la planète, l’hydrogène et l’hélium, les deux constituants essentiels de l’enveloppe gazeuse, sont supposés se séparer en deux phases inhomogènes, formant des "gouttes" riches en hélium, plus denses, qui tombent vers le centre de la planète. Ceci libère de l’énergie gravitationnelle qui produit une source de chaleur supplémentaire au sein de la planète, augmentant ainsi sa luminosité. Cependant, les calculs prenant en compte ce phénomène semblent montrer que l’effet de ces pluies d’hélium n’est pas suffisant pour expliquer totalement l’excès infrarouge de Saturne.
Lire l'article sur le site d' Institut des sciences de l'Univers du CNRS

Références : Layered convection as the origin of Saturn’s luminosity anomaly, Jérémy Leconte & Gilles Chabrier, Nature Geoscience (2013)

Une collaboration entre deux laboratoires français :

(1) Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) en cotutelle IPSL, CNRS, UPMC, École Polytechnique, ENS Paris.
(2) Centre de recherche astrophysique de Lyon (CRAL) en cotutelle CNRS, Université Lyon 1 et ENS Lyon.
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