Les « mushballs », des grêlons géants et gluants fabriqués à partir d'un mélange d'ammoniac et d'eau, pourraient être à l'origine d'une anomalie atmosphérique sur Neptune et Uranus. Anomalie qui laisse les scientifiques perplexes. Une étude présentée par Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS, laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA) au congrès scientifique Europlanet (EPSC) 2021 montre que les « mushballs » pourraient être très efficaces pour transporter l'ammoniac dans les profondeurs de l'atmosphère des géantes de glace, cachant le gaz sous des nuages opaques.
Récemment, des observations à distance aux longueurs d'onde infrarouge et radio ont montré qu'Uranus et Neptune manquent d'ammoniac dans leur atmosphère par rapport aux autres planètes géantes de notre système solaire. Cela est surprenant car elles sont par ailleurs très riches en d'autres composés, comme le méthane, que l'on trouve dans le nuage primordial à partir duquel les planètes se sont formées.
Soit les planètes se sont formées dans des conditions particulières, à partir d'un matériau qui était également pauvre en ammoniac, soit un processus en cours doit être responsable. Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS, Laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA) à Nice, France, s'est tourné vers une découverte récente sur Jupiter pour trouver une réponse possible à cette énigme.
« La sonde Juno a montré que sur Jupiter, l'ammoniac est présent en abondance, mais généralement beaucoup plus profondément que prévu - grâce à la formation de boules de mousse. Je montre que ce que nous avons appris sur Jupiter peut être appliqué pour fournir une solution plausible à ce mystère pour Uranus et Neptune », a déclaré Tristan Guillot.
Les observations de Juno sur Jupiter ont montré que des grêlons d'ammoniac et d'eau peuvent se former rapidement pendant les tempêtes en raison de la capacité de l'ammoniac à liquéfier les cristaux de glace d'eau, même à des températures très basses d'environ -90 degrés Celsius. Les modèles indiquent que les mushballs de Jupiter peuvent atteindre un poids d'un kilogramme ou plus, soit un peu plus que les plus gros grêlons sur Terre. En plongeant vers le bas, ils transportent très efficacement l'ammoniac vers l'atmosphère profonde, où il finit par être enfermé sous la base des nuages.
« La chimie thermodynamique implique que ce processus est encore plus efficace sur Uranus et Neptune, et la région d'ensemencement des « mushballs » est étendue et se produit à de plus grandes profondeurs », a déclaré Tristan Guillot. « Ainsi, l'ammoniac est probablement simplement caché dans les atmosphères profondes de ces planètes, hors de portée des instruments actuels. »
Pour déterminer exactement à quelle profondeur les « mushballs » transportent l'ammoniac et l'eau, il faudra peut-être attendre qu'un orbiteur équipé d'instruments puisse sonder de près les atmosphères des géantes de glace.
« Pour comprendre pleinement les processus, nous avons besoin d'une mission dédiée pour cartographier la structure atmosphérique profonde et comprendre le mélange dans les atmosphères d'hydrogène », a expliqué Tristan Guillot. « Neptune et Uranus sont un lien critique entre les planètes géantes, comme Jupiter et Saturne, et les exoplanètes géantes de glace que nous découvrons dans la galaxie. Nous devons vraiment y aller ! »
Image composite de Neptune, Uranus, Saturne et Jupiter.
Crédits : Jupiter de Juno : NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran ; Saturne de Cassini : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute ; Uranus et Neptune depuis HST : NASA/ESA/A. Simon (NASA Goddard Space Flight Center), et M.H. Wong et A. Hsu (Université de Californie, Berkeley).
Vue d'artiste d'un « Mushball » descendant dans l'atmosphère d'une planète géante.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS
https://www.europlanet-society.org/wp-content/uploads/2021/09/Mushballs_descent-scaled.jpg
Vue d'artiste montrant comment les boules de champignons se forment dans l'atmosphère des planètes géantes.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia24042-image-3b-1041.jpg
Contact scientifique
Tristan Guillot - tristan.guillot@oca.eu
