Observations d’occultations stellaires, applications à l’étude de la structure et l’evolution de l’atmosphère de Pluton

Observations of stellar occultation : applications to study of the structure and evolution of Pluto’s atmosphere

• Auteur / Autrice : Erick Gregorio Meza Quispe
• Direction : Bruno Sicardy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-2024)
• Jury : Président / Présidente : François Forget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc William Buie, Pascal Rannou, Darrell Strobel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Lebonnois, Michel Dobrijevic
• DOI : 10.70675/94cb344fz1c71z43aaz9c2dz0c3081cd64c4

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planétologie

Pluton (planète)

Planètes -- Atmosphères

Planètes -- Éphémérides

Mots clés libres

Pluton

Atmosphères

Occultations stellaires

Éphémérides

Pluto

Atmospheres

Stellar occultations

Ephermerides

Résumé

Les occultations stellaires au sol sont une méthode très efficace pour sonder l'atmosphère (N2) d'azote de Pluton à quelques kilomètres de la surface (pressure ~10microbar) jusqu’à 380km altitude (~10nbar). Cette atmosphère est fortement couplée aux propriétés de surface de Pluton (distribution des glaces, inertie thermique et température de surface), car l'azote gazeux est en équilibre de pression de vapeur saturante avec la glace d'azote. Cela induit de forts effets saisonniers, dus à la grande obliquité (120 degrés) et à l'excentricité orbitale élevée (0,25) qui amène la planète naine de 30 à 50 ua pendant la moitié de sa période orbitale de 248 ans. Le sujet principal de ma thèse est une vue d'ensemble de vingt occultations d’étoiles au sol par la planète naine Pluton, organisées entre 2002 et 2016 par le groupe d'occultation du LESIA à l’Observatoire de Paris. Mon analyse de onze campagnes d'occultations avec un rapport S/N élevé a été utilisée pour: (1) déduire les changements de pression atmosphérique de Pluton sur des échelles de temps décennales (1988-2016) et créer des contraintes sur les modèles saisonniers actuels de la planète naine, les mettant en perspective avec le survol de la sonde NASA New Horizons en juillet 2015; (2) comparer nos résultats obtenus au sol avec les résultats de New Horizons, en particulier avec les résultats du radio science experiment (REX) au-dessous de 115 km d'altitude; (3) utiliser les géométries reconstruites des occultations et le nouveau catalogue Gaia DR2 pour améliorer les éléments orbitaux de Pluton et créer une nouvelle éphéméride pour la planète naine.

Ground-based stellar occultations are a very efficient method to probe Pluto's tenuous nitrogen (N2) atmosphere from a few kilometers above the surface (pressure ~10 microbar) up to 380km altitude (~10nbar). This atmosphere is strongly coupled with Pluto's surface properties (distribution of ices, thermal inertia and surface temperature), as the gaseous N2 is in vapor pressure equilibrium with the nitrogen ice. This induces strong seasonal effects, due to the large obliquity (~120 deg) and high orbital eccentricity (0.25) that takes the dwarf planet from 30 to 50 au during half of its 248 year orbital period. The main topic of my thesis is an overview of twenty ground-based stellar occultations by the dwarf planet Pluto, that have been organized between 2002 and 2016 by the LESIA occultation group. My analysis of eleven campaigns of occultations with hight S/N ratio has been used to: (1) derive Pluto's atmospheric pressure changes on decadal time scales (1988-2016), and provide constrains on the current seasonal models of the dwarf planet, putting them in perspective with the NASA New Horizons flyby of July 2015; (2) compare our ground-based derived results with the New Horizons findings, and in particular with the results of the radio science (REX) experiment below the altitude ~115 km; (3) use the reconstructed geometries of the occultations and the newly released Gaia DR2 catalog to improve Pluto's orbital elements and provide an new ephemeris for the dwarf planet.