Caractérisation de la dynamique de l’atmosphère de Vénus avec Doppler Velocimetry

Characterization of the Dynamics of the Atmosphere of Venus with Doppler velocimetry

• Auteur / Autrice : Pedro Miguel Borges do Canto Mota Machado
• Direction : David Luz, Thomas Widemann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....) en cotutelle avec Faculdade de Ciências da Universidade de Lisbao
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Pelat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Luz, Thomas Widemann, R. Todd Clancy, Wojciech T. Markiewicz, Thérèse Encrenaz, Giuseppe Piccioni, José Afonso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : R. Todd Clancy, Wojciech T. Markiewicz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie laser Doppler

Vénus (planète) -- Atmosphère

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension de la dynamique de l’atmosphère vénusienne, contraignant sa caractérisation au niveau du sommet des nuages , en complément des observations de la sonde Venus Express à des observations au sol. Afin d’atteindre cet objectif d’étudier la super-rotation atmosphérique, j’ai mesuré la vitesse du vent zonal (vent de travers allant d’Est en Ouest) et sa variabilité spatiale et temporelle, à l’aide de la spectroscopie de haute précision et de la vélocimétrie Doppler. Les observations ont été effectuées avec le spectrographe à haute résolution UVES monté sur le Very Large Telescope de l’ESO (VLT) et avec le spectropolarimètre à haute résolution ESPaDOnS au télescope Canada-France-Hawaii (CFHT) à l’Observatoire de Mauna Kea. J’utilise une méthode de mesure directe des vents planétaires basée sur la spectroscopie haute résolution dans le visible. L’atmosphère de Vénus contient des aérosols très dispersants en suspension, surtout dans la couche supérieure de nuages. Cette couche de nuages recouvre entièrement la planète, imposant un albédo inhabituellement élevé. Ces particules sont transportées par le vent, emportant avec eux les informations sur la dynamique atmosphérique. La couche nuageuse supérieure est située à environ 70 km d’altitude qui correspond à la vitesse maximale de la superrotation zonale. La méthode utilisée, dans le cas des observations avec une fente longue obtenues avec VLT/UVES, ont permis de caractériser les variations spatiales de vent zonal en fonction de la latitude (car la fente est mince par rapport à la taille de l’image du disque de Vénus). Une comparison entre les vents obtenus par la méthode de suivi de nuages avec l’intrument VEx/VIRTIS et ceux obtenus avec la méthode de vélocimétrie Doppler à l’aide du CFHT/ESPaDOns a également été réalisée.

The main purpose of this thesis is to contribute to a better understanding of the dynamics of the Venusian atmosphere, constraining its characterization at cloud top level, complementing the observations of the Venus Express spacecraft with ground-based observations. In order to achieve this objective of studying the atmospheric super-rotation, I measured the zonal wind velocity (crosswind the planet from East to West) and its spatial and temporal variability, by means of high precision spectroscopy and Doppler velocimetry. The observations were made with the high-resolution spectrograph UVES with ESO’s Very Large Telescope (VLT) and with the high-resolution ESPaDOnS spectropolarimeter at the Canada-France-Hawaii telescope (CFHT) at Mauna Kea observatory. I use a method of direct measurement of the planetary winds based on high resolution spectroscopy in the visible range. The atmosphere of Venus contains highly scattering aerosols in suspension, mostly at cloud top layer. This cloud deck covers entirely the planet, imposing an unusually high albedo. These particles are carried by the wind, carrying with them the information on atmospheric dynamics. The upper cloud layer is located about 70 km altitude. This altitude corresponds to the maximum velocity of zonal superrotation. The method used, in the case of long-slit observations obtained with VLT/UVES, allowed to characterize the spatial variations of zonal wind as a function of latitude (since the slit is thin compared to the size of the disk image of Venus), and a comparison with VEx/VIRTIS cloud tracking was also performed using CFHT/ESPaDOnS.