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Ecole d’Astrophysique du CNRSOutils de l'astrophysique
pour une coopération professionnels/amateurs
La Rochelle 24-28 mai 2006
Spectroscopie et Spectro-imagerie à travers le Système Solaire
Pierre Drossart
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Missions planétaires de la décennieEurope (ESA)• Cassini/Huygens : 2004• Mars Express : 2003-
2008• Smart-1 (Lune) 2003-2006• Rosetta : 2004-2014• Venus Express 2006-2008• Bepi Colombo : 2011-2016
Etats-Unis (NASA)• Cassini/Huygens : 2004• Programme Mars
(2003/2005/2007/2009)• Missions Discovery: Deep
Impact, Messenger, Dawn • New Horizons (Pluto)• Etc.
Japon (JAXA):• Planet C(Venus) 2009 • Bepi Colombo (MMO) 2011
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Vénus Terre Mars TitanDistance moyenne ausoleil
0,72 UA 1 UA 1,5 UA 10 UA
Rayon planétaire 0,95 1 0,53 0,41Masse (en masseterrestre)
0,82 1 0,11 0,023
Inclinaison de l'axe -2,6° 23,5° 24° 29°Durée de l'année 225 jours 365 jours 687 jours 29,6 ansDurée du jour 243 jours
rétrograde1 jour =
23h56mn~1 jour
24h37mn16 jours
Température au sol 460°C 15°C -58°C -179°CPression au sol 92 1 0,007-0,10 1,6
GazCarbonique
96,5% 0,35% 95,3% Traces
Azote 3,5% 78% 2,7% 85-98%Oxygène Traces 21% 0,13% -
Composition
Eau 0,003% qq %(var.)
0,03% Traces
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Planète Jupiter Saturne Uranus NeptuneDistance au soleilUA
5,2 9,6 19,2 30,1
Rayon 11,3 9,4 4,1 3,9Durée de l'année 12 ans 29,5 ans 84 ans 165 ansDurée du jour 9,92h 10,67 15,5 15,8Inclinaison 3,1° 29° 98° 29°Température à1000hPa
-150°C -178°C -214°C -214°C
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Que mesure-t-on avec la spectroscopie en planétologie ?
… à peu près tout:Pression, température, composition, structure
nuageuse, vents, ondes, …Domaines ?… tous… ultraviolet, visible, infrarouge,
millimétrique…Infrarouge = sonde à tout faire
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Qu’est ce que l’infrarouge ?• Limite de l’œil humain : IR = > 0.7 - 0.8 m• Limite du silicium : > 1 m• Spectroscopie moléculaire: vibration/rotation
proche IR~ 1 m < < 3 m (combinaison) moyen IR 3 m < < 25 m (fondamentaux)lointain IR 25 m < < ~ 100 m (bandes de rotation)
• Structure physique des atmosphères: frontière thermique/solaire ~ > 3 m
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Specificités de l’ IR• spectroscopie
moléculaire : bandes de vibration/rotation
• Composantes thermique / solaire réfléchie
• décades dans les variations de flux / => grande excurstion dans le sondage vertical
Mesures• Niveaux de
pression • Structure
thermique• composition• Structure
nuageuse• Ondes• ……….
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CH4 : bandes de vibration/rotation
Wenger and Champion, JQSRT, 1998www.u-bourgogne.fr/LPUB/methane/TEXT/resu.htm
Dyade 2 niveaux vibrationels
2 sous-niveaux
Pentade5 niveaux vibrationels
9 sous-niveaux
Octade8 niveaux vibrationels
20 sous-niveaux
Tetradecade14 niveaux
60 sous-niveaux
7.8 m 3.3 m 2.3 m 1.8 m
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CH4 sur Jupiter (1) calcul à très haute résolution
Méthode :Transfert radiatif
(2) convolué à R~1200 (ISO/SWS)
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Spectre de Saturne à 5 mFenêtre atmosphérique profonde(~ 5 bars):• PH3, NH3, AsH3, CH3D, H2O• Structure nuageuse (NH3 • nuage sup. + nuage profond)• Combinaison solaire + thermique
de G
raau
w e
t al,
A&
A, 1
998
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K. Baines, (priv. comm.)
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Jupiter : émission aurorale dans H3
+ 1)CFHT/FTS:spectre à R~105
2) Galileo/NIMS:bande H3
+ à résolution R~100
Dro
ssar
t et a
l, Ap
J 40
2, L
25 (1
993)Emissions aurorales
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CM_1467426479.cub (# 1) = 2.034 m
Cassini/VIMSobservations de Titan @ T0
CM_1467449778.cub (#18)Spectre des régions centrales
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Resolving Power ~ 140
Cassini/VIMS : spectres de Titan
C. Griffith, (priv. comm.)
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VIRTIS
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Schéma simplifié de VIRTIS
x
y
2
1
Spatial directions
Wavelength direction
Monochromatic 2D images of -M
VIRTIS-H line of sight
.250m
1 m2 m
5 mInstrument à bordde Rosetta, Venus Expresset Dawn (pour la partiede spectro-imagerie
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Telescope VIRTIS-M et Spectromètre
x
Y
H1 Visible area
Visible area H2Infrared area
VIRTIS-M : Réseau
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Canal Virtis-H
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Parameter VIRTIS-M VIRTIS-H
Visible Infrared Infrared
Spectral range [m] 0.27-1.1 1.05-5.19 1.83-4.98
Spectral sampling [nm] 1.9 9.8 0.6
FOV [mrad2] 64x64 0.58x1.75 per 3 pixels
Pupil diameter [mm] 47.5 32
F# 5.6 3.2 2.04
Etendue [m2.sr] 3.6.10-11 7.5.10-11 0.8.10-9
Slit dimension 38mx9.53mm 29x89m
Detector format [px] 512x1024 270x438 270x438
Pixel pitch [m] 19 38 38
Saturation charge [Me] >0.4 >2 >2
VIRTIS main characteristics
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Ordres du réseau en dispersion croisée
Blocking filter zone 1
3.9mm - 5.0mm
Blocking filterzone 2
2.0mm - 4.4mm
Pixel
432 pixels
270 pixels
Ordre 0
Ordre 7
5mm
2mm
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IR @ 1.7um
VIS @ false
coloursB-R
Observations de VIRTIS sur Venus Express le 12 avril 2006
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Vénus : http://www.esa.int/Mission Venus ExpressVenus Amateur Observing Project
Observations Jupiter :GRS « Junior » cf C. Pellier
Observations amateurs/professionnels