Study of the environment of Titan: The stratosphere and the surface of the satellite, future mission experiments & educational activities

Abstract

This study concerns Titan's environment from the analysis of spatial data acquired by the Cassini orbiter. On one hand, the temperature and the chemical composition of Titan's stratosphere is determined by the exploitation of spectra recorded by the instrument CIRS of Cassini. The thesis describes a complete work on the data since their extraction, their calibration and up to their analysis by a radiative transfer code. The results permitted to highlight the presence of variations in latitude but also in time, due to the seasons of the satellite. The study also contains contributions to the determination of the abundance of the water vapor and in the variations between hemispheres in the gaseous and aerosol content. Furthermore, a search for new molecules was initiated from large CIRS spectra. A second part deals with the surface of the satellite and its liquid components, the lakes of methane, from Cassini/RADAR data and brings information on the geology and on the cycle of the methane which links the atmosphere with the surface and the interior. The astrobiological implications of this work are discussed within the framework of the quest for habitable environments in our solar system among the icy satellites of the giant planets. All these studies have an impact on the preparation of future space missions to Titan, Saturn and the system of Jupiter and possible instrumentation is proposed. Finally, the context for education and outreach possibilities is discussed.

Η παρούσα μελέτη αφορά στο περιβάλλον του Τιτάνα με βάση την ανάλυση δεδομένων από το διαστημόπλοιο Cassini. Αρχικά, καθορίζεται η θερμοκρασία και χημική σύσταση της στρατόσφαιρας του Τιτάνα μέσω της αξιοποίησης των φασμάτων του οργάνου CIRS του διαστημοπλοίου Cassini. Η διατριβή αποτελεί μια ολοκληρωμένη επεξεργασία των δεδομένων, από τη στιγμή της καταγραφής, της βαθμονόμησης και της ανάλυσής τους με τη χρήση ενός λογισμικού επίλυσης της εξίσωσης διάδοσης της ενέργειας με ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα τονίζουν την παρουσία διαβαθμίσεων στη θερμοκρασία και τη σύσταση της στρατόσφαιρας, είτε σε γεωγραφική κατά πλάτος κατανομή, είτε χρονικά, λόγω των εποχών στο δορυφόρο. Η μελέτη επίσης συνεισφέρει στον καθορισμό της περιεκτικότητας των υδρατμών, καθώς και στις διαβαθμίσεις που παρατηρήθηκαν στα ατμοσφαιρικά αέρια και στα αερολύματα ανάμεσα στα δύο ημισφαίρια. Επιπλέον, επιχειρείται αναζήτηση για νέα μόρια με τη χρήση μεσοσταθμισμένων φασμάτων του οργάνου CIRS από την έναρξη έως και το τέλος του πρώτου μέρους της αποστολής. Το δεύτερο μέρος πραγματεύεται την επιφάνεια του δορυφόρου, εστιάζοντας στις λίμνες υδρογονανθράκων και στον περιβάλλοντα χώρο, με την αξιοποίηση των εικόνων RADAR από το Cassini. Δίνονται πληροφορίες για τη γεωλογία και για τον κύκλο του μεθανίου, που αποτελεί συνδετικό κρίκο μεταξύ της ατμόσφαιρας, της επιφάνειας και του εσωτερικού. Επίσης, αναλύονται οι παράμετροι αναζήτησης περιοχών που μπορούν να φιλοξενήσουν βιολογικά μόρια στους δορυφόρους των γιγάντιων πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Οι μελέτες αυτές συνεισφέρουν στην προετοιμασία μελλοντικών αποστολών στον Τιτάνα, στον Κρόνο και στο σύστημα του Δία και προτείνονται σχετικά πειράματα. Τέλος, περιγράφονται εκπαιδευτικές πτυχές και εκλαϊκευτικές εφαρμογές της έρευνας.