Determination of planetary surfaces elemental composition by gamma and neutron spectroscopy

• Auteur / Autrice : Bénédicte Diez
• Direction : Sylvestre Maurice
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Planétologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mars (planète) -- Exploration

Spectroscopie nucléaire

Spectrométrie gamma

Planètes -- Surfaces

Mots clés libres

Spectroscopie

Composition

Neutron

Gamma

Lune

Mars

Mars odyssey

Selene

Résumé

La mesure des flux de neutrons et de rayonnements gamma issus de l'interaction du rayonnement cosmique galactique avec les surfaces planétaires permet de contraindre la composition chimique des premières dizaines de centimètres de régolite. Deux angles d'approche de la spectroscopie neutron et gamma ont été abordés : le traitement des données et l'interprétation des résultats. Les études menées s'inscrivent dans le cadre de deux missions : le spectromètre neutron à bord de Mars Odyssey et le spectromètre gamma à bord de Selene. Une revue détaillée des opérations de réduction des données MONS est proposée. Le jeu de données résultant est utilisé pour déterminer la profondeur des dépôts d'hydrogène sous la surface martienne. Dans les régions dépourvues d'eau, les données neutron permettent de contraindre la concentration des éléments susceptibles d'interagir avec les neutrons. La confrontation de ces résultats avec ceux du spectromètre gamma à bord de Mars Odyssey permet d'éclairer le contexte géologique de la région de Central Elysium Planitia. Toutes ces problématiques martiennes sont suivies de l'étude des données gamma de Selene. Bien que seuls les traitements préliminaires aient été réalisés à ce jour, des cartes qualitatives des éléments majeurs (Fe, Ca, Si, Ti, Mg, K, Th, U) ont pu être extraites des données.

Measuring the neutron and gamma ray fluxes produced by the interaction of galactic cosmic rays with planetary surfaces allow constraining the chemical composition of the upper tens of centimeters of material. Two different angles are proposed to study neutron and gamma spectroscopy: data processing and data interpretation. The present work is in line with two experiments, the Mars Odyssey Neutron Spectrometer and the Selene Gamma Ray Spectrometer. A review of the processing operations applied to the MONS dataset is proposed. The resulting dataset is used to determine the depth of the hydrogen deposits below the Martian surface. In water depleted regions, neutron data allow constraining the concentration in elements likely to interact with neutrons. The confrontation of these results to those issued from the Gamma Ray Spectrometer onboard Mars Odyssey provides interesting insight on the geologic context of the Central Elysium Planitia region. These martian questions are followed by the study of the Selene gamma ray data. Although only preliminary processing has been done to date, qualitative lunar maps of major elements (Fe, Ca, Si, Ti, Mg, K, Th, U) have already been realized.