Study of the high altitude polar atmosphere of Jupiter by stellar occultations and imaging spectroscopy

Etude de la haute atmosphère polaire de Jupiter par occultation stellaire et spectroimagerie infrarouge

Elisabeth Raynaud (1)

1 LESIA - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique

This thesis aims at a better understanding of the thermal structure of the high polar atmosphere of Jupiter. We focus on two aspects : caracterisation of gravity waves and spatial variations of ionospheric temperature. Study of stellar occultations allows us to obtain temperature profiles for both hemisphere, which confirm a foreseen increase in temperature towards the poles. Scale-time analysis of these profiles enables us to detect gravity waves and caracterize some of the present modes. We also adapt and develop method for observation and signal analysis in order to detect gravity waves in planetary atmospheres. The analysis of spectral data from emission lines of H3+ allow determination of spatial variations of temperature at the ionospheric level, which we correlate with variations of H3+ abundance. The results on both aspects allow a better understanding of the part of gravity-wave breaking and auroral precipitation in the outerplanets' thermospheric heat budget.

Cette thèse vise à mieux connaître la structure thermique de la haute atmosphère jovienne dans les régions polaires . Pour cela, deux points sont abordés : la caractérisation des ondes de gravité stratosphériques, et les variations de température dans l'ionosphère. L'étude d'occultations stellaires a permis d'obtenir des profils de température à haute altitude pour les deux hémisphères. Ces profils confirment l'augmentation de température stratosphérique lorsqu'on se rapproche des pôles. L'analyse temps-échelle de ces profils de température a permis de détecter des ondes de gravité, et d'en caractériser certains modes. Cette thèse développe également des méthodes d'étude, caractérise les limites de chaque méthode, et définit des stratégies d'observations pour la détection d'ondes de gravité. L'analyse de données du spectro-imageur BEAR portant sur les raies d'émission de H3+ dans l'infrarouge proche a ensuite permis de mettre en évidence des variations latitudinales et longitudinales de la température ionosphériques dans la zone aurorale, et de les relier aux variations d'abondance de H3+. Les avancées dans les deux domaines permettent de quantifier l'apport énergétique du déferlement d'ondes de gravité d'une part, et des précipitations aurorales d'autre part, au bilan thermique des thermosphères des planètes géantes.

Mots clés: Planetary atmospheres; imaging spectroscopy; gravity waves; wavelet transform; thermal structure; infrared

Mots clés: Atmosphères planétaires; spectroimagerie; ondes de gravité; transformée en ondelettes; structure thermique; Jupiter; infrarouge

Domaines: Astrophysique [astro-ph]

Elisabeth Raynaud. Etude de la haute atmosphère polaire de Jupiter par occultation stellaire et spectroimagerie infrarouge. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006438v1⟩