Quand on pense à Saturne, ce sont évidemment ses anneaux qui viennent immédiatement à l’esprit. Pourtant, la planète géante possède une autre particularité presque aussi spectaculaire et beaucoup plus difficile à expliquer : un immense hexagone parfaitement identifiable qui entoure son pôle Nord.
Non, il ne s’agit pas d’une structure solide posée au sommet de la planète. Cet hexagone est constitué de nuages et de vents. Et lorsqu’il fut découvert il y a plus de quarante ans, les scientifiques eurent du mal à croire qu’une forme aussi géométrique puisse apparaître naturellement dans une atmosphère.
Une découverte presque passée inaperçue
L’histoire commence en 1980 et 1981, lorsque les sondes américaines Voyager 1 et Voyager 2 survolent Saturne. Elles photographient la planète sous des angles encore jamais obtenus.
En examinant les images des hautes latitudes nord, les chercheurs remarquent quelque chose d’étonnant : autour du pôle semble se dessiner une structure possédant six côtés presque rectilignes.
L’angle d’observation des sondes n’était cependant pas idéal. Voyager ne pouvait pas photographier l’ensemble de la structure depuis la verticale. Il fallut donc assembler et analyser différentes images pour comprendre ce que l’on voyait réellement.
L’existence de cette gigantesque formation hexagonale fut ensuite décrite dans les travaux scientifiques consacrés aux images de Voyager. Elle se situe autour de 77 à 78 degrés de latitude nord.
Et ses dimensions donnent le vertige.
Un hexagone plus large que la Terre
L’hexagone mesure environ 25 000 kilomètres de diamètre, soit près de deux fois le diamètre de notre planète.
Sur ses contours circule un courant-jet extrêmement puissant. Les nuages peuvent y être entraînés à environ 100 mètres par seconde, soit quelque 360 km/h.
Au centre se trouve également un gigantesque vortex polaire ressemblant, dans son organisation générale, à l’œil d’un cyclone.
Mais ce qui étonna surtout les chercheurs était la régularité de l’ensemble.
Dans l’atmosphère terrestre, les courants-jets ondulent continuellement et les systèmes météorologiques se déforment en quelques jours ou quelques semaines. Sur Saturne, cette structure semblait au contraire conserver son organisation.
Il fallait cependant attendre plusieurs décennies pour vérifier si elle était réellement durable.
Cassini retrouve l’hexagone
Lorsque la sonde Cassini arrive autour de Saturne en 2004, les scientifiques espèrent naturellement revoir l’étrange formation observée par Voyager.
Petit problème : le pôle Nord de Saturne est alors plongé dans l’hiver et donc dans l’obscurité.
Une année saturnienne dure presque 29 années terrestres. Les saisons y sont donc interminables à notre échelle.
Cassini possède heureusement un instrument capable d’observer l’atmosphère dans l’infrarouge. En 2006, le spectromètre VIMS réussit à regarder à travers la nuit polaire en utilisant notamment le rayonnement thermique provenant de l’intérieur de Saturne.
Et l’hexagone est toujours là.
Pratiquement au même endroit.
Plus de vingt-cinq ans après Voyager.
La découverte devient alors encore plus fascinante : l’hexagone n’est manifestement pas une tempête éphémère.
En 2009, Saturne rallume la lumière
Avec le retour progressif du Soleil sur l’hémisphère nord de Saturne, Cassini peut enfin observer toute la région en lumière visible.
En 2009, les chercheurs assemblent des dizaines d’images pour obtenir une vue spectaculaire du courant-jet hexagonal.
La comparaison avec les photographies de Voyager est saisissante : la structure générale a très peu changé.
Pour Kunio Sayanagi, membre de l’équipe scientifique Cassini cité à l’époque par la NASA, cette longévité rendait le phénomène particulièrement remarquable, surtout lorsqu’on le compare à la durée de vie généralement beaucoup plus courte des phénomènes météorologiques terrestres.
Restait évidemment la grande question.
Comment la nature peut-elle fabriquer un hexagone ?
C’est probablement l’aspect le plus fascinant de l’histoire.
Aucune paroi invisible ne force les nuages à suivre cette trajectoire. L’explication doit donc venir uniquement de la dynamique des fluides.
L’une des hypothèses privilégiées fait intervenir une gigantesque onde atmosphérique, comparable dans son principe à certaines ondes de Rossby présentes dans l’atmosphère terrestre.
À cette latitude, un courant-jet extrêmement rapide circule autour du pôle. Certaines instabilités du courant peuvent produire des oscillations régulières. Dans certaines conditions, ces ondulations peuvent naturellement prendre une forme polygonale.
Et dans le cas de Saturne, le mode dominant possède précisément six ondulations : six côtés.
Des expériences réalisées avec des fluides en rotation ainsi que des simulations numériques ont montré que des structures polygonales peuvent effectivement apparaître spontanément lorsque des courants tournant à différentes vitesses interagissent.
Autrement dit, aussi artificiel qu’il puisse paraître, l’hexagone peut parfaitement être produit par les lois de la physique.
Mais son incroyable stabilité reste encore difficile à reproduire complètement.
Et le mystère s’est encore épaissi
Cassini a ensuite montré que le phénomène était peut-être beaucoup plus profond et plus complexe qu’une simple figure dessinée dans les nuages.
Les observations infrarouges ont révélé que la structure atmosphérique associée à l’hexagone s’étend profondément sous les couches nuageuses visibles.
Plus étonnant encore : des observations publiées en 2018 ont montré l’existence d’une structure hexagonale jusque dans la stratosphère de Saturne, plusieurs centaines de kilomètres plus haut.
Les scientifiques envisagent donc que l’hexagone puisse être une immense structure atmosphérique verticale plutôt qu’un simple courant dessiné sur une seule couche de nuages.
Pourquoi n’y en a-t-il pas au pôle Sud ?
C’est une autre curiosité.
Saturne possède également un spectaculaire cyclone au pôle Sud, mais aucun hexagone comparable n’y a été observé.
Pourquoi les conditions du pôle Nord permettent-elles l’apparition d’une telle structure et pas celles du Sud ?
La réponse dépend probablement de la vitesse des vents, de leur variation avec la latitude et l’altitude, de la température de l’atmosphère et des interactions entre différentes couches de gaz.
Mais nous ne disposons actuellement d’aucune sonde en orbite autour de Saturne pour poursuivre les observations aussi précisément que Cassini.
Une simple image devenue un problème de physique planétaire
C’est peut-être ce qui rend l’hexagone de Saturne aussi fascinant.
Tout a commencé par quelques photographies prises lors du passage rapide de Voyager au début des années 1980. Quarante ans plus tard, cette étrange figure est devenue l’un des exemples les plus spectaculaires de la complexité des atmosphères planétaires.
Nous savons aujourd’hui qu’il s’agit probablement d’un immense courant-jet ondulant autour du pôle Nord, entretenu par la rotation extrêmement rapide de Saturne et par la dynamique de son atmosphère.
Nous savons aussi qu’il peut rester stable pendant des décennies.
Mais nous ne savons toujours pas précisément pourquoi Saturne a choisi — si l’on peut dire — six côtés plutôt que cinq, sept ou huit, ni pourquoi cette configuration réussit à survivre aussi longtemps.
Et c’est finalement ce qui fait tout le charme de cette découverte : même sur une planète observée depuis des siècles, la nature parvient encore à dessiner des formes que personne n’aurait imaginées.
Adaptation Terra Projects
Sources :
NASA / JPL — observations Voyager et Cassini de l’hexagone de Saturne.
NASA/JPL — caractéristiques du courant-jet et longévité de la structure.
Icarus — modèles de formation des structures polygonales et dynamique du jet polaire.
NASA/ESA — découverte d’une composante hexagonale jusque dans la sratosphère.
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