Atmosphère de Saturne

L'analyse du spectre infrarouge de l'atmosphère de Saturne montre que le rapport C:H (carbone sur hydrogène) est 6 fois supérieur à celui du Soleil. Cette observation est cohérente avec celles relatives aux atmosphères des autres planètes géantes du système solaire (le rapport C:H est de 2,9 pour Jupiter, 30–40 pour Uranus et Neptune) et indique que lors de leur formation à partir des gaz de la nébuleuse solaire, leur atmosphère s'est enrichie en carbone par l'apport de corps célestes solides[2].

La troposphère de Saturne est composée de plusieurs couches nuageuses, comme pour Jupiter ; à la différence de cette dernière, les nuages sont plus pâles, et plus larges près de l'équateur. La localisation de ces nuages est supposée correspondre aux régions ou la vapeur d'eau peut se condenser en gouttelettes. La température y varie de −130 °C à 80 °C[5]. De haut en bas les couches nuageuses sont les suivantes :

• la couche supérieure, visible depuis l'espace, est composée de nuages de glace d'ammoniac NH₃. Elle se trouve 100 km en dessous de la tropopause[N 1]. La température y est d'environ −250 °C[5]. Des modélisations d'équilibre thermochimiques réalisées par Atreya et Wong 2005 conduisent à estimer la base de ces nuages à environ 2 bar, les nuages s'étendant jusqu'à environ 0,5 bar ; la température y évolue dans la plage 100 à 140 K (−170 à −130 °C)[6].

• la seconde couche est fait de nuages d'hydrosulfure d'ammonium NH₄SH. Elle se trouve à 170 km sous la tropopause, là ou les températures sont de −70 °C[5]. Atreya et Wong 2005 évaluent par calcul que ces nuages ont leur base à la pression de l'ordre de 6 bar, et s'étendent jusqu'à environ 3 bar[6]. Ces mêmes calculs indique que cette couche est entremêlée avec une couche constituée de nuages de glace d'eau H₂O s'étendant dans la plage 2,5 à 9,5 bar en pression et 185 à 270 K (−90 à 0 °C) en température[6].

• la troisième couche nuageuse, la plus basse, se trouve là où la température atteint 0 °C[5]. Les calculs indiquent que les nuages sont constitués de gouttes d'eau H₂O et d'ammoniac NH₃, liquides, en solution, s'étendant dans la plage 10 à 20 bar en pression et 270 à 330 K (0 à 60 °C) en température[6].

De façon semblable à l'atmosphère des trois autres planètes géantes du système solaire, la troposphère de Saturne est caractérisée par un gradient thermique atmosphérique proche du gradient thermique adiabatique sec lorsque la pression dépasse environ 1 bar[2].

La mission Cassini a découvert des similitudes entre la stratosphère de saturne et celle de la Terre à l'aide d'un spectromètre thermique. La mission a en effet constaté une oscillation de la température au niveau de l'équateur sur une période de 15 ans[7].

De l'eau a été détectée dans la stratosphère de Saturne, sa répartition est inhomogène et de l'ordre de 1,1 ppb aux latitudes équatoriales[8]. Cette eau provient vraisemblablement des geysers d'Encelade[8].

La température de la thermosphère de Saturne est de l'ordre de 600-1 000 K à une pression de 1 × 10⁻⁶ bar[2].

Cette température est supérieure à celle que peut produire le rayonnement solaire ; de ce fait d'autres mécanismes que le chauffage solaire doivent être envisagés pour expliquer ce phénomène[2].

Un énorme orage photographié par la sonde Cassini en été 2011.

La grande tache blanche est un phénomène saturnien éphémère qui se reproduit environ tous les 30 ans (c'est-à-dire environ chaque année saturnienne). Des grandes taches blanches ont été observées en 1876, 1903, 1933, 1960 et 1990, ce dernier observé par Hubble et absent lors du passage des sondes Voyager. En 1994, un autre orage de taille plus modeste a été observé.

De manière similaire à Jupiter, l'atmosphère de Saturne est organisée en bandes parallèles, même si ces bandes sont moins visibles et plus larges près de l'équateur. En fait, le système nuageux de Saturne ne fut observé pour la première fois que lors des missions Voyager. Depuis, les télescopes terrestres ont fait suffisamment de progrès pour pouvoir suivre l'atmosphère saturnienne et les caractéristiques courantes chez Jupiter (comme les orages ovales à longue durée de vie) ont été retrouvées chez Saturne. En 1990, le télescope spatial Hubble a observé un énorme nuage blanc près de l'équateur de Saturne qui n'était pas présent lors du passage des sondes Voyager. En 1994, un autre orage de taille plus modeste a été observé. Si la périodicité se maintient, une autre tempête devrait se produire vers 2020[9].

• Laurent Sacco, « Les stratosphères de Saturne et de la Terre : des cousines proches », un article du site Futura-Scienses,‎ 12 mai 2008 (lire en ligne, consulté le 18 janvier 2010)
• (en) Mark Kidger, « The 1990 Great White Spot of Saturn », 1993 Yearbook of Astronomy, W.W. Norton & Company,‎ 1993, p. 176-215

• Saturne

• Site de l'ASE, À propos de Saturne
• (en) « Saturn's Northern Hexagon », sur Astronomy Picture of the Day, NASA, 18 juin 2023 (consulté le 18 juin 2023) (traduction/adaptation française).