Observatoire de Paris Institut national de recherche scientifique français Univerité Pierre et Marie Curie Université Paris Diderot - Paris 7

NIMS sur Galileo

mardi 27 juillet 2010, par Pierre Drossart, Stéphane Erard

La mission Galileo (1990-2003) avait pour objectif l’√©tude d√©taill√©e de Jupiter et de son environnement (satellites, anneaux, magn√©tosph√®re). Elle portait le premier spectro-imageur spatialis√©, NIMS.

Lancement de Galileo par la navette spatiale Atlantis (octobre (...)
Lancement de Galileo par la navette spatiale Atlantis (octobre 1989)

Cliché NASA

Les observations de l’atmosph√®re de Jupiter effectu√©es en orbite par la sonde Galileo ont donn√© une vision d√©taill√©e des ph√©nom√®nes atmosph√©riques principaux, et ont √©tendu les observations r√©alis√©es en 1995 par le module de descente de la mission. Les √©tudes men√©es au LESIA ont concern√© principalement la structure de l’atmosph√®re et sa teneur en eau, la structure nuageuse et les √©missions aurorales. La mission Galileo s’est termin√©e en septembre 2003, avec la plong√©e volontaire de la sonde dans l’atmosph√®re de Jupiter — afin d’√©viter que, transform√©e en √©pave apr√®s l’√©puisement de son carburant, elle ne s’√©crase un jour sur le satellite Europe qu’elle aurait pu contaminer.      

La mission Galileo

C√©l√®bre pour les ennuis techniques qui ont √©maill√© sa mission (panne d’antenne, de stockage de masse, d’ordinateur, etc.), mais qui furent tous surmont√©s, la sonde Galileo restera aussi dans la longue liste des missions spatiales de la NASA comme celle des grandes premi√®res :

  • Premier survol d’ast√©ro√Įde, et premi√®res images r√©solues avec Gaspra (octobre 1991)
  • D√©couverte du premier satellite d’ast√©ro√Įde, Dactyl en orbite autour d’Ida (ao√Ľt 1993)
  • Observation directe de la chute des fragments de SL9 sur Jupiter (juillet 1994)
  • Premi√®re mise en orbite autour d’une plan√®te g√©ante (d√©cembre 1995)
  • Premi√®re sonde de descente dans l’atmosph√®re d’une plan√®te g√©ante, mesurant directement la composition et la structure atmosph√©riques (d√©cembre 1995)

L’instrument NIMS

L’exp√©rience NIMS (spectro-imagerie infrarouge 0,7-5,2 ¬Ķm) est la toute premi√®re exp√©rience de spectro-imagerie embarqu√©e sur une sonde spatiale, avec pour objectifs l’√©tude de l’atmosph√®re jovienne et des satellites de glace. NIMS est entr√© en phase op√©rationnelle en juin 1996. Les 11 orbites de la mission nominale ont √©t√© mises √† profit pour √©tudier les objectifs suivants, conformes aux plans initiaux :

  • Etude de la variabilit√© de la composition troposph√©rique de Jupiter (en particulier d’H2O), en liaison avec la variabilit√© nuageuse.
  • Etude des √©missions aurorales dans H3+ : plusieurs observations ont permis la d√©tection du spectre de cet ion mol√©culaire, mis en √©vidence par des observations au sol en 1989 par notre √©quipe, et dont NIMS/Galileo a pu faire l’imagerie spectrale √† une r√©solution jamais atteinte du sol, et sur la face nocturne de Jupiter
  • Premi√®re d√©tection de l’√©mission du continuum solaire r√©fl√©chi √† 5 ¬Ķm par comparaison des spectres NIMS des faces nocturne et diurne de Jupiter.
  • Mise en √©vidence de zones humides associ√©es √† des structures nuageuses particuli√®res observ√©es en imagerie.

Les premi√®res images spectrales √† 5 ¬Ķm par NIMS dans un point chaud de Jupiter √©taient compatibles avec les mesures de la structure atmosph√©rique et nuageuse de Jupiter telle que mesur√©e par le module de descente. Les observations de la vapeur d’eau (analys√©es dans la th√®se de doctorat de M. Roos-S√©rote) montraient une grande variabilit√© de l’abondance de l’eau au voisinage des points chauds de Jupiter, par ailleurs des structures extr√™mement s√®ches, en accord avec les mesures du module de descente. On observe une bonne corr√©lation entre l’abondance de l’eau et l’opacit√© nuageuse, indiquant que les r√©gions les plus chaudes sont aussi les plus s√®ches. Ce r√©sultat, attendu, n’avait jamais pu √™tre obtenu √† une r√©solution spatiale aussi √©lev√©e que celle de l’instrument NIMS (300 km environ). D’autre part, les observations corr√©l√©es de NIMS et de la cam√©ra SSI ont permis la mise en √©vidence de variations locales importantes de l’eau, li√©e √† des nuages d’orage observ√©s en visible, qui mettent en √©vidence pour la premi√®re fois l’importance de la convection humide dans Jupiter.

Par la suite, l’effort a port√© sur les zones d’anomalie d’humidit√©, suite √† l’√©tude au voisinage des points chauds. L’interpr√©tation des donn√©es de NIMS a √©t√© favoris√©e par les donn√©es d’ISO obtenues au m√™me moment, qui constituent une base de donn√©es tr√®s compl√©mentaires de celles de NIMS (haute r√©solution spectrale contre observations in situ).

Les observations des aurores polaires de Jupiter avec NIMS ont permis une localisation pr√©cise de ces √©missions, en m√™me temps que la mesure de la temp√©rature de l’ionosph√®re, gr√Ęce √† la structure d’√©mission de l’ion H3+.

La grande tache rouge de Jupiter observée par NIMS (juin 1996)
La grande tache rouge de Jupiter observée par NIMS (juin 1996)

En ce qui concerne la structure nuageuse, la combinaison des observations NIMS et ISO, √† 2,7-3 ¬Ķm a permis de mettre en √©vidence des contraintes sur l’absorption du nuage sup√©rieur, absorbant √† ces longueurs d’onde. En particulier, une absorption due probablement √† la glace de NH3 a √©t√© mise en √©vidence dans le spectre ISO. Les observations de la variabilit√© spatiale de cette absorption permettent, dans les spectres NIMS, d’√©tudier la variabilit√© de la structure verticale nuageuse, en particulier dans la grande tache rouge. Apr√®s la mise en √©vidence de l’√©mission thermique des nuages d’ammoniac sur la face nocturne de Jupiter, les donn√©es NIMS ont √©t√© analys√©es pour rechercher des signatures de nuages particuliers.

Enfin, NIMS a permis d’autres d√©couvertes importantes avec les cibles observ√©es en cours de croisi√®re :

  • V√©nus en f√©vrier 1990 (avec la mise en √©vidence de fen√™tre atmosph√©riques relativement transparentes en infrarouge sur la face nuit)
  • La Lune (premi√®res observations spectrales de la face cach√©e)
  • Ida (premi√®re observation spectrale r√©solue d’un ast√©ro√Įde)
  • Io (√©volution des compos√©s soufr√©s)
Nuages de Vénus vus par Galileo
Nuages de Vénus vus par Galileo

Crédits NASA

Dates clés

  • 18 octobre 1989 : Lancement de Cap Kennedy par la navette spatiale Atlantis
  • 10 f√©vrier 1990 : Survol de V√©nus
  • 8 d√©cembre 1990 : Survol de la Terre (1)
  • 29 octobre 1991 : Survol de l’ast√©ro√Įde Gaspra
  • 8 d√©cembre 1992 : Survol de la Terre (2)
  • 28 ao√Ľt 1993 : Survol de l’ast√©ro√Įde Ida
  • Juillet 1994 : Observations de l’impact de la com√®te Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter
  • 7 d√©cembre 1995 : Arriv√©e de la sonde d’entr√©e dans Jupiter et transmission des donn√©es
  • Juin 1996 : Premi√®res donn√©es depuis l’orbite de Jupiter
  • D√©c. 1997 : Fin de la mission nominale, et d√©marrage de la mission √©tendue (GEM)
  • D√©c 1999 : Fin de la mission Galileo Extended Mission, d√©marrage de la Galileo Millenium Mission d√©but 2000
  • D√©c 2000 : Observations conjointes Cassini/Galileo. Fin de la mission GMM.
  • F√©v 2001 : D√©marrage de la mission Galileo √©tendue (2001-2003)
  • Sept. 2003 : Fin de la mission Galileo, plong√©e de l’orbiteur dans l’atmosph√®re

Collaborations

Le LESIA √©tait impliqu√© dans l’exp√©rience NIMS par le biais de co-investigateurs scientifiques, le P.I. de NIMS √©tant R.W. Carlson (NASA/JPL). Les collaborations sur les sujets atmosph√©riques ont concern√©, outre le JPL, l’universit√© d’Oxford (F.W. Taylor). De plus, la collaboration s’est poursuivie avec Maarten Roos-Serote, chercheur √† l’Observatoire de Lisbonne, qui a √©t√© form√© √† Meudon lors de sa th√®se sur les donn√©es NIMS/Galileo.

Chercheurs du LESIA impliqués

P. Drossart, T. Encrenaz, E. Lellouch, B. B√©zard, Th. Fouchet, M. Roos-Serote, J. Rosenqvist (d√©c√©d√© en 1995).

Thèse soutenue
Maarten Roos-Serote Spectro-imagerie de V√©nus et Jupiter : Interpretation des observations Galileo/NIMS (1997)