Study of Venus' clouds with polarimetric data from SPICAV-IR onboard Venus Express
Étude des nuages de Vénus par polarimétrie avec les données de l’instrument SPICAV-IR à bord de Venus Express
Résumé
Venus is quite similar to Earth in terms of mass and radius, but it appears to be a hellish planet
with surface temperature reaching 700 K and pressions up to 92 bars. The atmosphere is mostly
composed of carbon dioxyde and despite a slow retrograde rotating solid body, the atmosphere
is in superrotation with a period of about four days and zonal winds reaching 100 m/s at cloud
top level. In visible light, the surface is always hidden by thick decks of clouds mostly made
of sulfuric acid. These clouds are very important in venusian climate as they play a key role in
the radiative balance of the planet because of their opacity and their high albedo and also in the
chemical cycles of sulfur especially.
In orbit since 2006, the European space agency’s probe Venus Express had the objective to
study the atmosphere and clouds of Venus. Amongst its instruments was the SPICAV spectrometer
which infrared channel had the ability to measure the degree of linear polarisation from
the light scattered by the clouds. This thesis aims to study these observations acquired by SPICAVIR
until the end of the mission in 2014.We will introduce the planet Venus with a particular focus
on the cloud layers. We will then cover the principles of the polarisation of light through scattering
by cloud particles before we introduce the measurement of polarization by our instrument.
We also introduce the radiative transfer model taking into account polarization and apply it to
the observations of a phenomenon called glory which allows to characterize the properties of the
cloud droplets. We will then invesigate the variability of the haze layers lying above the main
cloud deck.
Vénus, bien que de taille et de masse très similaire à la Terre, se révèle en fait un monde infernal
où la température de surface atteint 700 K et la pression s’élève à 92 bars. De plus, l’atmosphère
est principalement composée de dioxyde de carbone (à plus de 90 %). Bien que le corps solide ait
une période de rotation très lente et rétrograde, l’atmosphère est elle en superrotation avec une
période de quatre jours environ au sommet des nuages, avec des vents zonaux pouvant atteindre
100 m/s. Observée dans le visible, Vénus ne laisse pas voir sa surface, cachée sous d’épais nuages
d’acide sulfurique qui couvrent en permanence l’intégralité de la planète. Ces nuages jouent un
rôle très important dans l’atmosphère vénusienne car ils sont fondamentaux dans le bilan radiatif
de la planète de par leur opacité et leur albédo élevé mais aussi dans les cycles chimiques de
nombreuses espèces, notamment celui du soufre.
Arrivée en orbite en avril 2006, la mission européenne Venus Express avait pour objectif d’étudier
en détail l’atmosphère de la planète. Parmi ses instruments se trouvait le spectromètre SPICAV
dont le canal infrarouge permettait de mesurer le degré de polarisation linéaire de la lumière
diffusée par les nuages. Cette thèse vise à l’exploitation de données acquises par SPICAV-IR qui
a fonctionné jusqu’à la fin de la mission Venus Express en 2014. Nous présentons la planète Vénus
et plus particulièrement les propriétés des nuages qui l’entourent. Nous nous intéresserons
à la polarisation produite par la diffusion de la lumière dans les nuages avant d’expliquer comment
SPICAV-IR la mesure. Nous présentons notre modèle de transfert de rayonnement prenant
en compte la polarisation et nous analyserons les gloires observées par SPICAV-IR afin de caractériser
les propriétés des nuages. Enfin, nous nous intéresserons à la variabilité spatiale des brumes
situées au dessus des nuages.