L’article publié cette semaine présente des observations conjointes RADIO (par Cassini) et OPTIQUES (par Cassini et depuis le sol), et rassemble donc des Co-I RADIO (les 4 premiers auteurs) et IMAGERIE (les 4 suivants) de Cassini, ainsi que 3 astronomes amateurs.

On sait depuis le début de la mission orbitale de Cassini (2004) que les orages de Saturne ont une occurrence très irrégulière à long terme, alternant périodes d’activité et d’inactivité de plusieurs semaines ou mois. Alors que tous les orages ont été observés vers une latitude de 35° Sud de 2004 à 2010 (jusque 1 an après l’équinoxe qui a eu lieu en août 2009), le nouvel orage décrit ici est apparu brutalement en décembre 2010 à une latitude de 35° Nord, suggérant un cycle saisonnier de l’activité orageuse de Saturne, décalé d’environ un an par rapport à l’équinoxe pour une raison encore inconnue. Cet orage, qui dure maintenant depuis plus de 6 mois (il est toujours très actif aujourd’hui), est spectaculaire en radio (intensité des éclairs 10 fois plus élevée que lors de ses plus intenses prédécesseurs, taux d’occurrence jusqu’à 10 éclairs / seconde) et en optique (extension de plusieurs dizaines de milliers de km en longitude, 10000 km en latitude ; le vortex principal pourrait presque contenir la Terre !). L’énergie mise en jeu contribue de manière significative au bilan d’énergie de l’atmosphère.

Plus généralement, l’activité orageuse de Saturne montre une tendance à l’intensification autour de l’équinoxe vernale (en fait depuis Novembre 2007). La polarisation mesurée en radio montre que l’émission des éclairs est sur le mode de propagation dit "Ordinaire". Cette information est importante pour modéliser la propagation radio des éclairs à travers l’ionosphère de Saturne et remonter à terme au profil de densité ionosphérique à la latitude de l’orage (ce travail est en cours). Enfin, les amateurs ont contribué de manière significative aux observations optiques.

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Figure 1 : Spectre dynamique des éclairs détectés en radio par Cassini le 12 décembre 2010. L’intensité des émissions est tracée en fonction du temps de réception (SCET) et de la fréquence (de 500 kHz à16 MHz en échelle logarithmique). Les coordonnées de Cassini (distance au centre de Saturne en rayons planétaires . RS-, et longitude en °) sont indiquées en abscisse. Cassini se trouvait dans le plan équatorial àun temps local de 18.6 h. L’instrument radio de Cassini - RPWS (Radio and Plasma Wave Science) - est dans la gamme spectrale concernée un spectromètre àbalayage de fréquence. Il détecte les éclairs, intrinsèquement large bande, aux fréquences balayées lors de leur occurrence. La limite basse fréquence est fixée par l’ionosphère de Saturne, qui emprisonne les émissions radio atmosphériques de fréquence plus basse que sa fréquence de plasma maximum locale. Les éclairs étaient si nombreux (5 à10 / seconde) qu.ils se superposent et ne sont plus résolus vers le centre de l’intervalle représenté, tandis que des événements individuels restent discernables sur les bords. L’émission au dessous de 800 kHz est l’émission radio magnétosphérique aurorale de Saturne. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Figure 2 : Images de Saturne et de l’orage étudié. a, Image prise le 13 Décembre 2010 avec un télescope Schmidt-Cassegrain de 11 pouces, aux Philippines. L’orage était centré à262° de longitude W et 34° de latitude N. L’extension en latitude atteint 7° (6800 km). b, Image prise le 22 Décembre 2010 avec un télescope de Newton de 16 pouces, en Australie. Le centre de l’orage est à283° de longitude W et son extension latitudinale et longitudinale atteint respectivement 9000 km et 15000 km. c, Image prise le 24 Décembre 2010 avec la caméra àgrand angle de Cassini. Le centre de l’orage est à288° de longitude W et son extension latitudinale et longitudinale atteint respectivement 10000 km et 17000 km, avec une traînée qui s.étend bien plus loin vers l’Est. Crédits images : C.G., A.W., NASA/JPL/SSI. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

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Figure 3 : Image en fausses couleurs révélant l’altitude des nuages du complexe orageux. Les images prises dans 3 filtres sensibles àdifférents taux d’absorption par le méthane ont été superposées : l’image à889 nm est représentée en bleu et révèle les nuages les plus élevés ; l’image à727 nm est représentée en vert et révèle les nuages d’altitude intermédiaire ; l’image à750 nm est représentée en rouge et révèle les nuages àtoutes les altitudes. a, b, Vues agrandies àpleine résolution des régions indiquées par les crochets sur l’image générale c. d, Image de l’orage 11h après l’image c, permettant de discerner une évolution morphologique. Les images ont été prises par la caméra àtéléobjectif de Cassini le 26 Février 2011 d’une distance de 2,4 millions de km. Crédits images : NASA/JPL/SSI. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Référence

G. Fischer,W. S. Kurth, D. A. Gurnett, P. Zarka, U. A. Dyudina, A. P. Ingersoll, S. P. Ewald, C. C. Porco, A. Wesley, C.Go& M. Delcroix Nature, 7 July (2011)

Contact Philippe Zarka (Observatoire de Paris-LESIA, CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

The paper published this week presents joint observations in RADIO (by Cassini) and VISIBLE light (by Cassini and from the ground), and gathers thus Co-Is of the Cassini RADIO instrument (the first 4 authors) and of the IMAGING subsystem (the 4 next), as well as 3 amateur astronomers. We know since the start of Cassini’s orbital mission (2004) that storms on Saturn occur very irregularly on the long term, with alternance of activity and inactivity periods lasting several weeks to several months. While all storms have been observed at a latitude of 35° South from 2004 to 2010 (until 1 year after the equinox that occured in August 2009), the new storm here appeared suddenly in December 2010 at a latitude of 35° North, suggesting a seasonal cycle of Saturn’s storm activity, shifted by about one year relative to the equinox for a reason still not understood. This storm, which lasts now for more than 6 months (it is still very active today), is spectacular in radio (with lightning intensity 10 times stronger than during its most intense predecessors, occurrence rate up to 10 flashes / second) as well as in visible light (extension of several tens of thousands of km in longitude, 10000 km in latitude ; the main vortex could almost contain the whole Earth !). The energy involved contributes significantly to the energy budget of the atmosphere.

More generally, Saturn’s storm activity shows a tendency to intensify around the vernal equinox (actually since November 2007). The polarisation measured in radio shows that the lightning-associated radio emission is produced on the so-called "Ordinary" mode of propagation. This information is important for modelling the radio propagation of lightning through Saturn’s ionosphere and eventually to derive the ionospheric density profile at the latitude of the storm (this work is in progress).

Finally, amateurs have significantly contributed to the optical observations

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Figure 1 : Dynamic spectrum of lightning detected in radio by Cassini on 12 December 2010. The intensity of the emissions is plotted as a function of spacecraft receiving time (SCET) and frequency (from 500 kHz to 16 MHz on a logarithmic scale). Cassini coordinates (distance to Saturn’s centre in planetary radii .RS- and west longitude in °) are indicated on the abscissa. Cassini was in the equatorial plane at a local time of 18.6 h. Cassini’s RPWS (Radio and Plasma Wave Science) is a swept-frequency spectrometer in the frequency range considered here. It detects the lightning, intrinsically broadband, at whatever frequency it happens to be tuned to at the time of the flash. The low frequency limit is fixed by Saturn’s ionbosphere, which blocks the atmospheric radio emissions at frequencies lower than its local maximum plasma frequency. The flashes were so numerous (5 to 10 per second) that they are superposed and canot be resolved near the center of the displayed interval, while individual events remain detectable on the edges. The continuous emission below 800 kHz is Saturn’s magnetospheric auroral radio emission. Click on the image to enlarge it

Figure 2 : Images of Saturn with the storm. a, Image taken on 13 December 2010 with an 11-inch Schmidt-Cassegrain telescope in the Philippines. The centre of the storm was at longitude 262° W and latitude 34° N. The latitudinal size of the storm reaches 7° (6,800 km). b, Image taken on 22 December 2010 with a 16- inch Newtonian telescope in Australia. The centre of the storm was at longitude 283° W, and its latitudinal and longitudinal extent reached 9,000 km and 15,000 km, respectively. c, Image taken on 24 December 2010 with the wide-angle camera of Cassini. Here the storm’s latitudinal and longitudinal extent is 10,000 km and 17,000 km, respectively, with an eastward tail that extends much further. The storm centre was at longitude 288° W. Image credits : C.G., A.W., NASA/JPL/SSI. Click on the image to enlarge it

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Figure 3 : False-colour views showing the height of the storm clouds. Images with three filters sensitive to different amounts of absorption by methane gas were superposed. The filtered image at 889 nm is projected as blue, and sees only the highest clouds. The filtered image at 727 nm is projected as green, and sees high and intermediate clouds but not the lowest clouds. The filtered image at 750 nm is projected as red, and sees clouds at all levels. a, b, Magnified views at full resolution of the areas indicated by white brackets in c. d, Image showing the storm 11 h after image c was taken, and reavling a morphological evolution. The images were taken by Cassini’s narrow angle camera on 26 February 2011 from a distance of 2.4 millions of km. Image credit : NASA/JPL/SSI. Click on the image to enlarge it

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Reference

G. Fischer,W. S. Kurth, D. A. Gurnett, P. Zarka, U. A. Dyudina, A. P. Ingersoll, S. P. Ewald, C. C. Porco, A. Wesley, C.Go& M. Delcroix Nature, 7 July (2011)

Contact Philippe Zarka (Observatoire de Paris-LESIA, CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013