Les champs magnétiques des planètes géantes pourraient résulter de l’auto-organisation d’une atmosphère initialement stable

Les champs magnétiques des planètes et des étoiles sont générés par des mouvements dans des fluides électriquement conducteurs, un processus appelé effet dynamo. Ces mouvements proviennent généralement de la convection, où un matériau léger se trouve sous un matériau plus lourd. Dans cette étude, des scientifiques du CNRS Terre & Univers explorent si des champs magnétiques peuvent également se former dans le cas inverse, par auto-organisation spontanée de régions initialement stables.

Les planètes géantes comme Jupiter et Saturne sont principalement composées d’hydrogène plus lourd, avec une fraction plus faible d’hélium. L’hélium tend à plonger, créant des couches stables. Un effet concurrent provient de la température, plus élevée à l’intérieur, mais celui-ci n’est pas suffisant pour vaincre la stabilité du profil d’hélium et permettre des mouvements convectifs. En revanche, en raison des propriétés physique du mélange, de faibles mouvements peuvent apparaître par un processus appelé semi-convection (observé aussi dans les océans polaires, où le sel joue le rôle de l’hélium).

Ces nouvelles simulations montrent que ces mouvements semi-convectifs faibles peuvent ensuite s’auto-organiser en deux couches : une couche interne convective, avec une vitesse suffisante pour générer un champ magnétique complexe, et une couche externe stable. Dans cette dernière, des vents de grande échelle, guidés par la rotation, donnent au champ magnétique une morphologie très proche de ceux mesurés autour de Jupiter ou Saturne.

Ces résultats suggèrent comment des couches fluides initialement stables pourraient s’auto-organiser pour générer les champs magnétiques des planètes géantes, et plus largement, ceux des exoplanètes ou des intérieurs stellaires. Une telle auto-organisation changerait la manière de reconstruire l'histoire de la formation de ces couches fluides à partir des données spatiales.