Température et composition de la stratosphère de Saturne à partir des données Cassini/CIRS

Temperature and composition of Saturn's stratosphere from Cassin/CIRS data analysis

• Auteur / Autrice : Sandrine Guerlet
• Direction : Thierry Fouchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Ana Gómez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Fouchet, Michel Dobrijevic, Paul Hartogh, François Forget, Patrick G. J. Irwin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Dobrijevic, Paul Hartogh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes spatiales

Télédétection

Spectroscopie infrarouge

Saturne (planète) -- Atmosphère

Résumé

L'objectif de cette thèse est de mesurer les champs de température et de composition de la stratosphère de Saturne. Pour cela, j'ai analysé des spectres de l'émission thermique de la planète acquis au limbe par CIRS, un spectromètre infrarouge à bord de la sonde Cassini. L'analyse de ces signatures spectrales à l'aide d'un code de transfert de rayonnement et d'une méthode d'inversion permet de mesurer les profils verticaux de la température et de l'abondance des constituants. J'ai ainsi réalisé les premières cartographies, de 70°N à 80°S et sur plusieurs échelles de hauteur, de la température et de l'abondance de 5 hydrocarbures. La carte de température obtenue permet de quantifier la réponse de l'atmosphère aux variations saisonnières de l'ensoleillement. Les gradients mesurés sont comparés au modèle radiatif saisonnier de Greathouse et la. [2008]. Je montre la découverte d'une oscillation équatoriale de température et de vent zonal dans la stratosphère de Saturne, analogue à l'oscillation quasi-biennale terrestre, et je présente son évolutioin entre 2005 et 2010. L'analyse de la distribution des hydrocarbures et la comparaison à un modèle de photochimie saisonnier [Moses and greathouse, 2005] met en évidence des indices de transport méridien dans la basse stratosphère. Enfin, je présente un travail d'analyse des échanges radiatifs dans la stratosphère, de l'équateur vers les pôles, et de transport vertical dans la haute stratosphère à l'aide d'une formulation en puissances nettes échangées. Ce travail servira de base à une future paramétrisation du transfert de rayonnement, étape nécessaire au développement d'un modèle de circulation générale de la stratosphère de Saturne.

The goal of the thesis is to measure the temperature and composition fields in Saturn's stratosphere. In order to do so, we analyze spectra of the thermal emission of the planet acquired in limb geometry by CIRS, an infrared spectrometer aboard the Cassini spacecraft. These spectral signatures are analyzed using a radiative transfer model coupled to a retrieval algorithm in order to measure vertical profiles of the temperature and of the abundance of atmospheric gases. We have thus obtained the first maps, from 70N to 80 S, and on several scale heights, of the temperature and abundance of five hydrocarbons. The temperature map we obtain is used to quantify the thermal response of the atmosphere to seasonal variations in isolation. We compare the gradients we measure to the radiative seasonal model of Greathouse et al. [2008]. We also report the discovery of an equatorial oscillation in temperature and zonal wind proles in the stratosphere of Saturn, similar to the Earth's quasi-biennial oscillation, and we present its temporal evolution between 2005 and 2010. This analysis of the hydrocarbon's distributions and their comparaison to a seasonal photochemical model [Moses and Greathouse, 2005] shows signs of meridional transport in the lower stratosphere, from the equator to the poles, and vertical transport in the upper stratosphere. Finally, we present a detailed analysis of the radiative exhanges in the stratosphere using the Net Exhange Rates formulation. This work will form the basis for a future parameterization of radiative transfer computation, a necessary step in developing a general circulation model of Saturn's stratosphere.