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Thèse Année : 2021

Exploring the Trans-Neptunian solar system using stellar occultations : application to Triton

Explorer le système solaire extérieur au-delà de Neptune en utilisant des occultations stellaires : application à Triton

Résumé

The stellar occultation technique is a very powerful tool to observe distant and/or small objects in the Solar System. In particular, ground-based occultations can detect tenuous atmospheres, down to a pressure of ~ 10 nbar. Triton’s atmosphere can be detected by this technique. A stellar occultation by Triton was observed on 5 October 2017. 90 positive detections were obtained, 42 of them featuring a central flash detection. Using the Abel inversion and ray-tracing methods, I was able to obtain the density, pressure, and temperature profiles in the altitude range ~ 8 km to ~ 190 km, where a pressure of 1.18 ± 0.03 µ bar was found at a reference radius of 1400 km (47 km altitude). A novel analysis of the Voyager 2 data was then performed, to directly compare its results to those obtained in 2017. It shows that they are consistent with each other, implying that Triton’s atmospheric pressure obtained in 2017 is at its Voyager 2 epoch levels. A survey of stellar occultations obtained between 1989 and 2017 suggests an increase in the atmospheric pressure. This is, however, debatable, due to very few high signal-to-noise ratio light curves and data accessible for reanalysis. Volatile Transport Models examined suggest that any increase during this time frame should be modest, as they do not support a strong increase in the surface pressure. A central flash analysis allowed the study of the lower atmosphere’s shape. It shows that there is no evidence of atmospheric distortion. An upper limit of 0.0011 for the apparent oblateness of the atmosphere near the 8 km altitude is found.
La technique d'occultation stellaire est un outil très puissant pour observer des objets distants et/ou de petite taille dans le système solaire. Une occultation stellaire par Triton a été observée le 5 octobre 2017. 90 détections positives ont été obtenues, 42 d'entre elles présentant une détection de flash central. En utilisant l'inversion d'Abel et les méthodes de traçage de rayons, j'ai pu obtenir les profils de densité, de pression et de température dans la plage d'altitude de ~ 8 km à ~ 190 km, où une pression de 1.18 ± 0.03 µbar a été trouvée à un rayon de référence de 1400 km (47 km d'altitude). Une analyse inédite des données de Voyager 2 a ensuite été réalisée, afin de comparer directement ses résultats à ceux obtenus en 2017. Elle montre qu'ils sont cohérents entre eux, ce qui implique que la pression atmosphérique de Triton obtenue en 2017 est à ses niveaux de l'époque de Voyager 2. Une étude des occultations stellaires obtenues entre 1989 et 2017 suggère une augmentation de la pression atmosphérique. Cette hypothèse est toutefois discutable, en raison du très petit nombre de courbes de lumière à rapport signal/bruit élevé et de données accessibles pour une nouvelle analyse. Les modèles de transport de volatiles examinés suggèrent que toute augmentation au cours de cette période devrait être modeste, car ils ne soutiennent pas une forte augmentation de la pression de surface. Une analyse du flash central a permis d'étudier la forme de la basse atmosphère. Elle montre qu'il n'y a aucune preuve de distorsion atmosphérique. Une limite supérieure de 0.0011 pour l'aplatissement apparent de l'atmosphère près de l'altitude de 8 km est trouvée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03575454 , version 1 (15-02-2022)
tel-03575454 , version 2 (18-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03575454 , version 2

Citer

Joana Marques Oliveira. Exploring the Trans-Neptunian solar system using stellar occultations : application to Triton. Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR]. Sorbonne Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS206⟩. ⟨tel-03575454v2⟩
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