Pendant des années, Saturne a semblé faire quelque chose d'impossible : changer sa vitesse de rotation, comme si la planète géante s'entraînait secrètement pour les épreuves de patinage de vitesse olympiques. Ce résultat déroutant a laissé les scientifiques se gratter la tête, probablement en apesanteur. Aujourd'hui, des chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb (JWST) affirment avoir enfin résolu le mystère, et le coupable est, naturellement, un spectacle lumineux spectaculaire.

Les nouvelles découvertes, publiées dans le Journal of Geophysical Research: Space Physics, révèlent que l'aurore de Saturne entraîne un cycle puissant impliquant chaleur, vents et courants électriques qui peut donner l'impression que la planète tourne à des vitesses différentes selon la façon dont on la mesure. L'énigme remonte à plusieurs décennies mais a suscité un regain d'attention après que la sonde Cassini de la NASA, en 2004, a suggéré que la vitesse de rotation de Saturne changeait progressivement – un résultat difficile à expliquer car les planètes ne modifient pas simplement leur taux de rotation sur de courtes échelles de temps, un peu comme l'opinion de votre tante sur la pizza à l'ananas.

En 2021, une équipe dirigée par le professeur Tom Stallard de l'Université de Northumbrie a proposé une explication différente : la rotation de Saturne ne changeait pas réellement. Au lieu de cela, les signaux électriques liés à l'aurore de la planète étaient affectés par les vents dans la haute atmosphère de Saturne, générant des courants électriques qui modifiaient le signal auroral que les scientifiques utilisaient pour estimer la rotation de la planète. Bien que cette étude ait expliqué les mesures trompeuses, une question majeure demeurait : qu'est-ce qui entraînait ces vents atmosphériques ?

Pour enquêter, Stallard et ses collègues se sont tournés vers le télescope spatial James Webb, observant la région aurorale nord de Saturne en continu pendant une journée saturnienne entière. L'équipe s'est concentrée sur la lumière infrarouge émise par une molécule connue sous le nom de cation trihydrogène, qui se forme dans la haute atmosphère de Saturne et sert d'indicateur naturel de température. En analysant sa lueur, ils ont créé les cartes les plus détaillées jamais produites des températures et des densités de particules chargées dans la région aurorale de Saturne. L'amélioration de la précision était spectaculaire : les mesures antérieures comportaient des incertitudes d'environ 50 degrés Celsius, mais les observations du JWST étaient environ dix fois plus précises, permettant aux scientifiques d'identifier pour la première fois des schémas localisés de chauffage et de refroidissement.

Les nouvelles données correspondaient étroitement aux prédictions de modèles informatiques développés il y a plus d'une décennie. Cependant, les modèles ne fonctionnaient que si la source du chauffage atmosphérique était située exactement là où les particules aurorales les plus fortes pénètrent dans l'atmosphère de Saturne. Les résultats indiquent que l'aurore de Saturne fait bien plus que créer un spectacle lumineux éblouissant – elle est essentiellement une pompe à chaleur planétaire. L'énergie déposée par l'aurore chauffe des régions spécifiques de l'atmosphère, générant des vents, qui créent ensuite des courants électriques. Ces courants aident à alimenter l'aurore elle-même, qui continue de chauffer l'atmosphère et de maintenir tout le cycle.

Le chercheur principal, le professeur Tom Stallard, a déclaré : « Ce que nous voyons est essentiellement une pompe à chaleur planétaire. L'aurore de Saturne chauffe son atmosphère, l'atmosphère entraîne des vents, les vents produisent des courants qui alimentent l'aurore, et ainsi de suite. Le système se nourrit lui-même. » Il a ajouté que ces nouvelles observations, rendues possibles par le JWST, fournissent enfin les preuves nécessaires pour boucler la boucle d'un mystère qui a intrigué les scientifiques pendant des décennies.

La découverte pourrait avoir une signification bien au-delà d'une seule planète. Les chercheurs ont trouvé des preuves que l'atmosphère et la magnétosphère de Saturne – la vaste région de l'espace façonnée par le champ magnétique de la planète – sont étroitement liées, l'activité dans l'atmosphère influençant les conditions dans la magnétosphère tandis que la magnétosphère renvoie de l'énergie dans l'atmosphère. Cet échange continu pourrait aider à expliquer pourquoi le processus reste stable sur de longues périodes – et, selon les chercheurs, des interactions similaires pourraient également se produire sur d'autres planètes. « Si les conditions atmosphériques d'une planète peuvent entraîner des courants sortant dans l'espace, cela change notre compréhension de la façon dont les planètes interagissent avec leur environnement », a déclaré Stallard.