First analysis of the spectra obtained from the NOMAD instrument on-board ESA’s Trace Gas Orbiter

Résumé

Depuis avril 2018, l’instrument Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) embarqué à bord du Trace Gas Orbiter de l’ESA enregistre en continu des mesures de l’atmosphère de Mars. L’objectif principal était de confirmer la présence de méthane, un possible indicateur de vie sur Mars. Des mesures de NOMAD, aucune trace de méthane n’a encore pu être trouvée, mais ces mesures permettent de déduire de nombreux autres constituants de l’atmosphère de Mars.
Ce travail se concentre sur la déduction de profils verticaux (tranches de l’atmosphère pour une gamme d’altitudes) de la densité et de la température du dioxyde de carbone à partir du canal d’occultation solaire (SO) de NOMAD. Ce canal comprend un réseau échelle pour la dispersion de la lumière couplé à un filtre accordable acousto-optique (AOTF). Une attention particulière a été portée à l’étalonnage spectral. Les profils de densité et de température du dioxyde de carbone sont nécessaires pour déduire la densité d’autres espèces telles que l’eau et le monoxyde de carbone. En télédétection, cette déduction est appelée "restitution" (retrieval) et est un problème inverse, nécessitant la régularisation des profils "restitués". Dans ce travail, la régularisation est effectuée avec la méthode de Tikhonov et un affinement de cette régularisation est obtenu avec la méthode d’estimation de l’erreur attendue.
Jusqu’à 1848 profils de densité et de température du dioxyde de carbone ont été obtenus entre le 21 avril 2018 et le 26 décembre 2022. Les profils de densité de dioxyde de carbone sont directement extraits des spectres de NOMAD-SO, tandis que la température est extraite de ces derniers et de l’équation d’équilibre hydrostatique.
Les profils de température obtenus sont comparés aux simulations d’un modèle de circulation générale GEM-Mars ainsi qu’à celles d’autres instruments sondant l’atmosphère de Mars. Les données de GEM-Mars sont en moyenne supérieures de 5 K, mais la moyenne des différences absolues est de 12 K. Un total de 117 profils colocalisés a été trouvé avec ceux de l’instrument Mars Climate Sounder (MCS). La moyenne des différences avec le MCS est de 0.1K alors que la moyenne des différences absolues est de 8.5 K. Ces chiffres peuvent s’expliquer par les variabilités
naturelles des profils de température pour les différences en temps et localisation des profils, et s’explique également par de possibles différences restantes dans les résolutions verticales des deux ensembles de données. Un total de 64 profils sont comparés aux profils simultanés du canal proche infrarouge (NIR) de l’Atmospheric Chemistry Suite (ACS) et la moyenne des différences est de 4.7K et la moyennes des différences absolues est de 6.7 K.
Ce manuscrit présente les variations saisonnières, latitudinales, longitudinales et diurnes de la densité et de la température du CO2 au terminateur de Mars, en se concentrant sur la mésosphère (qui s’étend de 50 à 100 km). Des tendances spécifiques ont été identifiées, telles que le cycle saisonnier du CO2, la variation avec les cellules de Hadley (circulation), les réchauffements polaires et les poches chaudes et froides. Ces dernières portent parfois la marque de la présence de nuages de glace CO2 et leur présence est rapportée dans ce manuscrit. Certaines couches chaudes sont présentes dans l’hémisphère nord à l’aube et au crépuscule et elles ont des amplitudes particulièrement élevées dans l’hémisphère sud à l’aube, mais sont absentes dans l’hémisphère sud au crépuscule. De fortes variations longitudinales sont également rapportées. Elles sont probablement liées aux marées atmosphériques. Cet ensemble de données couvre deux années martiennes et les tendances sont très similaires entre ces deux années.

la date de réponse	12 déc. 2023
langue originale	Anglais
L'institution diplômante	Universite de Namur
Sponsors	European space agency - ESA
Superviseur	Muriel Lepere (Promoteur), Ann Carine Vandaele ICPAE (Promoteur), Luc Henrard (Président), Miguel Dhyne (Jury), Jean-Claude Gérard (Jury) & Miguel Ángel López-Valverde (Jury)