Study of Venus' cloud layers by polarimetry with data from SPICAV-IR onboard Venus Express
Étude des nuages de Vénus par polarimétrie avec les données de l’instrument SPICAV-IR à bord de Venus Express
Résumé
Venus is quite similar to Earth in terms of mass and radius, but it appears to be a hellish planetwith surface temperature reaching 700 K and pressions up to 92 bars. The atmosphere is mostlycomposed of carbon dioxyde and despite a slow retrograde rotating solid body, the atmosphereis in superrotation with a period of about four days and zonal winds reaching 100 m/s at cloudtop level. In visible light, the surface is always hidden by thick decks of clouds mostly madeof sulfuric acid. These clouds are very important in venusian climate as they play a key role inthe radiative balance of the planet because of their opacity and their high albedo and also in thechemical cycles of sulfur especially.In orbit since 2006, the European space agency’s probe Venus Express had the objective tostudy the atmosphere and clouds of Venus. Amongst its instruments was the SPICAV spectrometerwhich infrared channel had the ability to measure the degree of linear polarisation fromthe light scattered by the clouds. This thesis aims to study these observations acquired by SPICAVIRuntil the end of the mission in 2014.We will introduce the planet Venus with a particular focuson the cloud layers. We will then cover the principles of the polarisation of light through scatteringby cloud particles before we introduce the measurement of polarization by our instrument.We also introduce the radiative transfer model taking into account polarization and apply it tothe observations of a phenomenon called glory which allows to characterize the properties of thecloud droplets. We will then invesigate the variability of the haze layers lying above the maincloud deck.
Vénus, bien que de taille et de masse très similaire à la Terre, se révèle en fait un monde infernaloù la température de surface atteint 700 K et la pression s’élève à 92 bars. De plus, l’atmosphèreest principalement composée de dioxyde de carbone (à plus de 90 %). Bien que le corps solide aitune période de rotation très lente et rétrograde, l’atmosphère est elle en superrotation avec unepériode de quatre jours environ au sommet des nuages, avec des vents zonaux pouvant atteindre100 m/s. Observée dans le visible, Vénus ne laisse pas voir sa surface, cachée sous d’épais nuagesd’acide sulfurique qui couvrent en permanence l’intégralité de la planète. Ces nuages jouent unrôle très important dans l’atmosphère vénusienne car ils sont fondamentaux dans le bilan radiatifde la planète de par leur opacité et leur albédo élevé mais aussi dans les cycles chimiques denombreuses espèces, notamment celui du soufre.Arrivée en orbite en avril 2006, la mission européenne Venus Express avait pour objectif d’étudieren détail l’atmosphère de la planète. Parmi ses instruments se trouvait le spectromètre SPICAVdont le canal infrarouge permettait de mesurer le degré de polarisation linéaire de la lumièrediffusée par les nuages. Cette thèse vise à l’exploitation de données acquises par SPICAV-IR quia fonctionné jusqu’à la fin de la mission Venus Express en 2014. Nous présentons la planète Vénuset plus particulièrement les propriétés des nuages qui l’entourent. Nous nous intéresseronsà la polarisation produite par la diffusion de la lumière dans les nuages avant d’expliquer commentSPICAV-IR la mesure. Nous présentons notre modèle de transfert de rayonnement prenanten compte la polarisation et nous analyserons les gloires observées par SPICAV-IR afin de caractériserles propriétés des nuages. Enfin, nous nous intéresserons à la variabilité spatiale des brumessituées au dessus des nuages.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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