jupiter-f1.jpg Figure 1 In July 1994, more than 20 fragments of Comet Shoemaker-Levy 9 (SL9) collided with Jupiter. New gas compounds, produced through shock chemistry along with dark solid particles, were then deposited in the stratosphere. Some species, such as HCN and CO2, are still detectable today. [Credit NASA/Hubble Space Telescope Comet Science Team]. Click on the image to enlarge it The Cassini spacecraft, now orbiting Saturn, swung by Jupiter in December 2000. The infrared spectrometer CIRS observed the planet in the spectral range 10 - 1400 cm-1 (7 mm - 1 mm) at a spectral resolution up to 0.5 cm-1 and a spatial resolution of 0.02 of the planetary diameter at closest approach. The data collected during the encounter allowed mapping the abundances of HCN and CO2 in the Jovian stratosphere (Kunde et al. 2004). HCN peaks near the impact latitude (45°S) and has a broad distribution (see Figure 2). It decreases smoothly toward the north up to approximately 50°N. Beyond 50° N or S, the abundance falls off abruptly. Once produced by shock chemistry during the SL9 impacts, HCN is stable, so that it is a tracer of atmospheric motions. The location of peak abundance still being around the impact latitude indicates that equatorial spreading occurred mostly by wave-induced diffusion rather than meridional winds. The decrease at high latitudes could result from strong circumpolar winds (vortices), which dynamically isolate polar regions from lower latitudes. This effect is analogous to the polar vortex that produces a confinement vessel for the Antarctic ozone hole in Earth’s stratosphere.

jupiter-f2.gif Figure 2 Latitudinal distribution of HCN and CO2 as determined from measurements by the CIRS instrument aboard Cassini in December 2000. The plotted intensities are proportional to the column abundance of the species. The original source of these two compounds is thought to be the SL9 impact in 1994, around 45°S. The differences in their latitudinal variations are thus unexpected and not clearly understood. Click on the image to enlarge it In this framework, the distribution of CO2 is quite surprising, with a maximum concentration southward of 60°S, three times higher than at the impact latitude. It decreases abruptly northward of 50°S and is only marginally detected northward of 30°S. If, as admitted up to now, HCN and CO2 are both products of the SL9 collision (Griffith et al. 2004 ; Lellouch et al. 2002) and are similarly distributed in altitude, this is extremely surprising and difficult to understand. Perhaps the two species got distributed at different altitudes and are therefore transported by different atmospheric currents. An alternative interpretation is that some non-SL9 or post SL9 chemistry is involved. Maybe the formation of carbon dioxide is more complex than we thought. In fact, the precipitation of oxygen ions from the Jovian magnetosphere in the auroral regions may lead to the formation of water vapor and OH radicals. These radicals could then react with the CO from SL9 and form, at high southern latitudes, the CO2 observed by Cassini/CIRS. It not clear however if the oxygen influx required to reproduce the observations is consistent or not with the loading rate of the magnetosphere from the Galilean satellites (mostly Io). These observations clearly give valuable insights into the dynamics and chemistry of the upper atmosphere of Jupiter. We still need to work on the above, or perhaps others, scenarios to really understand what the observations mean !

References Kunde, V.G., Flasar, F.M., Jennings, D.E., Bézard, B., Strobel, D.F. et al. 2004. Jupiter’s atmospheric composition from the Cassini thermal infrared spectroscopy experiment. À paraître dans Science (10 septembre 2004). Online version accessible at http://www.sciencexpress.org (19 august 2004) Griffith, C.A., Bézard, B., Greathouse, T., Lellouch, E., Lacy, J., Kelly, D., Richter, M.J. 2004. Meridional transport of HCN from SL9 impacts on Jupiter. Icarus 170, 58-69 Lellouch, E., Bézard, B., Moses, J.I., Drossart, P., Feuchtgruber, H., Bergin, E.A., Moreno, R., Encrenaz, T. 2002. The origin of water vapor and carbon dioxide in Jupiter’s stratosphere. Icarus 159, 112-131 Several co-investigators from LESIA are participating to the analysis of the CIRS data. Contact Bruno Bézard (Observatoire de Paris, LESIA) Emmanuel Lellouch (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 4 mars 2013

jupiter-f1.jpg Figure 1 En juillet 1994, une vingtaine de fragments de la comète Shoemaker-Levy 9 (SL9) entrèrent en collision avec Jupiter. De nouveaux constituants gazeux, créés par chimie de choc, ainsi que des particules solides furent alors injectés dans la stratosphère. Certaines espèces, dont HCN et CO2, sont encore détectables aujourd’hui. [Crédit NASA/Hubble Space Telescope Comet Science Team]. Cliquer sur l’image pour l’agrandir La sonde Cassini, maintenant en orbite autour de Saturne, est passée près de Jupiter en décembre 2000. À cette occasion, le spectromètre infrarouge CIRS a observé la planète dans la gamme spectrale 10 - 1400 cm-1 (7 mm - 1 mm) avec une résolution spectrale allant jusqu’à 0,5 cm-1 et une résolution spatiale atteignant 1/50 du diamètre planétaire à la plus courte approche. Ces observations ont notamment permis de cartographier les abondances de HCN et CO2 dans la stratosphère de la planète (Kunde et al. 2004). HCN présente un maximum vers la latitude des impacts (45°S) et une distribution relativement large (cf Figure 2). Il décroît lentement vers le nord jusqu’à environ 50°N ; au-delà de 50°N ou S, son abondance chute rapidement. Une fois formé par chimie de choc lors des impacts, HCN est stable et constitue donc un traceur des mouvements atmosphériques dans la stratosphère. Le fait que HCN atteigne son maximum à la latitude des impacts indique que son étalement vers l’équateur et l’hémisphère nord résulte d’un transport par diffusion (induit par des ondes atmosphériques) plutôt que par une circulation méridienne organisée. La faible abondance à haute latitude pourrait s’expliquer par la présence de vortex polaires qui isolent dynamiquement les régions polaires des plus basses latitudes, un effet analogue au confinement du trou d’ozone en Antarctique dans la stratosphère terrestre.

jupiter-f2.gif Figure 2 Distribution en latitude de HCN et CO2 déduite de mesures effectuées par l’instrument CIRS àbord de Cassini en décembre 2000. Les intensités présentées ici sont proportionnelles àl’abondance (densité de colonne) stratosphérique des molécules. On pense que ces deux espèces proviennent, directement ou non, de la collision de la comète SL9 avec Jupiter en 1994 vers 45°S de latitude. Les différences dans leurs variations latitudinales sont donc surprenantes et restent difficiles àinterpréter. Cliquer sur l’image pour l’agrandir Mais la surprise vient de CO2 dont la concentration est maximale vers le pôle sud au-delà de 60°S, trois fois plus qu’à la latitude des impacts. Ce corps décroît rapidement vers le nord en-deçà de 50°S et n’est que marginalement détectable à moyenne latitude. Si, comme on le pensait jusqu’à présent, HCN et CO2 proviennent tous deux de la collision SL9 (Griffith et al. 2004 ; Lellouch et al. 2002) et présentent la même distribution verticale, ce résultat est pour le moins inattendu. On peut imaginer que ces deux espèces sont en fait distribuées à des altitudes différentes de telle sorte qu’elles sont soumises à des courants atmosphériques différents. Une autre interprétation fait appel à une évolution chimique postérieure à la collision et/ou des processus chimiques indépendants. Il est possible que la formation du dioxyde de carbone soit plus complexe que nous le pensions. Ainsi, la précipitation d’ions oxygène dans les régions aurorales en provenance de la magnétosphère jovienne peut conduire à la formation de vapeur d’eau et de radicaux hydroxyle (OH). Ceux-ci pourraient alors réagir avec le CO produit lors de la collision SL9 et former, à haute latitude sud, le CO2 observé par Cassini/CIRS. Il n’est toutefois pas évident que le flux d’oxygène nécessaire pour expliquer les observations soit compatible avec le taux d’approvisionnement de la magnétosphère par les satellites galiléens (principalement Io). Ces observations sont probablement riches d’information sur la dynamique et la chimie de la haute atmosphère jovienne. Il nous reste à les comprendre ! ----
Références Kunde, V.G., Flasar, F.M., Jennings, D.E., Bézard, B., Strobel, D.F. et al. 2004. Jupiter’s atmospheric composition from the Cassini thermal infrared spectroscopy experiment. À paraître dans Science (10 septembre 2004). Version en ligne accessible sur le site http://www.sciencexpress.org (19 août 2004) Griffith, C.A., Bézard, B., Greathouse, T., Lellouch, E., Lacy, J., Kelly, D., Richter, M.J. 2004. Meridional transport of HCN from SL9 impacts on Jupiter. Icarus 170, 58-69 Lellouch, E., Bézard, B., Moses, J.I., Drossart, P., Feuchtgruber, H., Bergin, E.A., Moreno, R., Encrenaz, T. 2002. The origin of water vapor and carbon dioxide in Jupiter’s stratosphere. Icarus 159, 112-131 Plusieurs chercheurs du LESIA sont co-investigateurs de l’expérience CIRS et participent à l’analyse des données. Contact Bruno Bézard (Observatoire de Paris, LESIA) Emmanuel Lellouch (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 22 février 2013