Analyse des Observations Photométriques pour l'Etude du Climat deTItan – APOSTIC

Pour comprendre le système complexe de Titan, nous devons d'abord mieux caractériser les propriétés physiques de l'atmosphère et de la surface.

La première partie de ce projet est donc de faire une analyse exhaustive des observations faites par plusieurs instruments (VIMS, ISS, et CIRS) et de caractériser les propriétés physiques de la brume, de la condensation, des nuages ??et de la surface. Nous prévoyons de faire une analyse détaillée des données photométriques prises par Cassini, afin de caractériser les aspects quantitatifs de l'atmosphère. Nous allons utiliser un modèle de transfert radiatif pour modéliser la photométrie et mener une analyse quantitative. A la fin de cette phase, nous nous attendons à produire des cartes 3D de propriétés d'opacité et physique (taille, comportement spectral, etc ..) de la brume et de brouillard, des couches de la couverture nuageuse, et leur évolution dans le temps. Nous allons aussi récupérer des informations quantitatives sur la surface, principalement, des contraintes sur la réflectivité de la surface et éventuellement sur la composition.

La deuxième partie, et l'objectif principal de ce projet est d'utiliser un modèle en 3 dimensions du climat global et de comparer ses prédictions pour les enregistrements climatologiques élaborés dans la première partie. Le modèle nous permettra d'analyser et de diagnostiquer les quantités physiques calculées, même non observables, de comprendre les liens entre les différentes grandeurs observables. Ainsi, avec cette phase du travail, nous serons en mesure de comprendre et de décrire l'interaction complexe entre les différentes composantes de Titan. Nous serons également en mesure de mettre en œuvre le modèle avec de nouveaux processus, si nécessaire, et de produire de nouvelles simulations, afin d'améliorer les prédictions.

La première phase de travail consiste à étudier la transparence de l'atmosphère de Titan, en particulier dans deux fenêtres particulières: celles à 2 microns et à 2.8 microns. Ces étapes sont nécessaires pour la caractérisation de la surface et de l'atmosphère. Une autre partie du travail a aussi commencé avec l'analyse des occultations de VIMS (Post-doc Partenaire 2).

A la fin du projet, nous prévoyons d'avoir une description détaillée en 3D de la mécanique de l'atmosphère et des liens entre différents systèmes (atmosphère + surface). Par exemple, des boucles de rétroaction les plus importantes dans la stratosphère (entre la dynamique, la brume et le transfert radiatif) et dans la troposphère (la brume, les nuages, les espèces gazeuses, liquides à la surface et de la circulation) doivent être clarifiées.
Nous nous attendons à avoir résolu les questions essentielles comme les sources et les puits des aérosols, du méthane et des autres espèces, ainsi que leur répartitions dans l'atmosphère. Nous prévoyons également de déterminer la nature de la surface, et son interaction avec l'atmosphère en terme d'échanges divers (matière, chaleur et du rayonnement) et des influences (topographie).

11 publications rang A+ 9 soumis/revisé

Liste des articles pubbliés :

1. Lavvas, P., et al. , Titan’s emission processes during eclipse , Icarus, accepté, (2014)
2. Burgalat, J., et al. «Study of Titan annual and diurnal cycles with a description of distributions with moments«, Icarus, 231, 310-322 (2014).
3. Solomonidou, etal. ., 2012. Morphotectonics on Titan. Plan. Space Sci. 77, 104-117. 111.
4. Le Mouélic S., et al. . Uniform global mapping of Titan’s surface in several infrared atmospheric windows, P&SS 73, 2012. doi:0.1016/j.pss.2012.09.008.
5. Bézard, B.,The methane mole fraction in Titan’s stratosphere from DISR measurements during the Huygens probe’s descent, Icarus 242, 64–73 (2014)
6. Nixon, C. A., et al.., 2013. Detection of propene in Titan’s stratosphere. Astrophys. J. Letters 776, article id. L14, 6 p.
7. Sohl, F., et al., 2014. Structural and Tidal models of Titan and inferences on cryovolcanism. J. Geophys. Res. – Planets. 119, 1013-1036..
8. Campargue, A., et al.., 2013. An improved empirical line list for methane in the region of the 2v3 band at 1.66 µm. J. Quant. Spectr. & Rad. Transfer 118, 49–59.
9. Bampasidis, G., et al., Preka-Papadema, P., Romani, P. N., Guardique, E. A., Stamogiorgos, S., 2012. Thermal and temperature structure variations in Titan’s stratosphere during the Cassini mission. Astroph. J. 760, Issue 2, article id. 144, 8 pp.
10. Brown, et al., 2013. Methane line parameters in the HITRAN 2012 database. J. Quant. Spectr. & Rad. Transfer, 130, 201-219.
11 Coustenis,et al.., 2013. Evolution of the stratospheric temperature and chemical composition over one Titanian year. Astrophys. J. 799, 177, 9p.

La but de ce projet est de comprendre le système climatique de Titan en utilisant un modèle de climat, et des données météorologiques provenant d' observations récentes . Depuis l'arrivée de Cassini Huygens en 2004 et en 2005, notre connaissance de Titan a considérablement augmenté. Un nouveau monde a été découvert, mais, jusqu'à présent, de nombreux aspects de l'atmosphère de Titan n'ont pas été pleinement étudiés. En outre, le mécanisme complexe du climat de Titan est loin d'être compris. Les travaux déjà publiées avec les observations photométriques de Cassini concernent généralement les aspects les plus spectaculaires (les nuages), et ne constituent pas une description complète. Les caractéristiques de surface sont essentiellement étudiées pour leur morphologie, mais la réflectivité de la surface absolue n'est pas abordée. D'autres aspects, comme les ondes, par exemple, sont clairement observées, mais pas étudiés.
Pour comprendre le système complexe de Titan, nous devons d'abord mieux caractériser les propriétés physiques de l'atmosphère et la surface. La première partie de ce projet consiste à faire une analyse exhaustive des observations de plusieurs instruments (VIMS, ISS, et CIRS) et de caractériser les propriétés physiques de la brume, des condensats, des nuages et de la surface. Nous prévoyons de faire une analyse détaillée des données photométriques prises par Cassini, afin de caractériser les aspects quantitatifs de l'atmosphère. Nous allons utiliser des modèles de transfert radiatif pour modéliser la photométrie et réaliser des analyses quantitatives. À la fin de cette phase, nous prévoyons de produire des cartes 3D de l'opacité et les propriétés physiques (taille, comportement spectral, etc ..) des couches de brume et du brouillard troposphérique, de la couverture nuageuse, et leur évolution avec le temps. Nous allons aussi retrouver des informations quantitatives sur la surface, principalement, des contraintes sur la réflectivité de la surface et, éventuellement, sur la composition. Cette partie du travail est essentiellement une description climatologique de Titan. Souvent, les liens entre les différentes composantes de l'atmosphère ne sont apparents, et ne peuvent être interprétés que par un modèle.
La deuxième partie, et la motivation principale de ce projet, est l'utilisation d'un modèle de climat en 3 dimension (3D IPSL-GCM) et de comparer ses prédictions à la climatologie élaborées dans la première partie. Le modèle nous permettra d'analyser et de d'utiliser des diagnostics, même non observables (e.g., flux et tendances), afin comprendre les liens entre les différentes grandeurs observables. Ainsi, durant cette phase des travaux, nous serons en mesure de comprendre et de décrire l'interaction complexe entre les différentes composantes de Titan (vent, température, brume, nuages, surface et de méthane dans l'atmosphère, autres condensats et propriétés de surface). Nous serons également en mesure de compléter le modèle avec de nouveaux processus, si nécessaire, et de produire de nouvelles simulations, afin d'améliorer les prédictions.
À la fin du projet, nous prévoyons d'avoir une description détaillée et en 3D de la mécanique de l'atmosphère et des couplages dans le système de Titan (atmosphère + surface). Par exemple, les boucles de rétroaction fortes dans la stratosphère (entre la dynamique, la brume et le transfert radiatif) et dans la troposphère (la brume, des nuages, des espèces gazeuses, liquides à la surface et la circulation) doivent être clarifiées. Nous nous attendons à avoir résolu des questions essentielles comme les sources et puits de la brume, du méthane et des autres espèces, leur avec les distributions observées dans l'atmosphère. Nous prévoyons également de déterminer la nature de la surface, et son interaction avec l'atmosphère en terme d'échange et d'influence. {…}