Soutenance de thèse de Rozenn Robidel au LATMOS le 25 septembre 2023 à 14h

Annonce transmise par Benoît Lavraud (LAB)

Bonjour,

J'ai le plaisir de vous informer que ma soutenance de thèse, intitulée "Étude de l'exosphère de Mercure par le spectromètre PHEBUS de la mission BepiColombo", aura lieu le lundi 25 septembre 2023 à 14h. Elle se tiendra dans l'amphithéâtre Mégie au LATMOS (Guyancourt) et sera également accessible par visioconférence au lien de connexion suivant: https://cnrs.zoom.us/j/91033270673?pwd=SXVBZEJJZ1dWWnVXRTlFcERuNXRydz09

La présentation se déroulera en anglais et sera suivie d'un pot au réfectoire du LATMOS.

Vous trouverez ci-dessous la composition du jury ainsi que le résumé de ma thèse.

En vous souhaitant une bonne journée,

Rozenn Robidel

Membres du jury:

- M. Carl SCHMIDT (Boston University Center for Space Physics), rapporteur,

- M. Nicolas ANDRÉ (Université Toulouse III Paul-Sabatier), rapporteur,

- M. Dominique DELCOURT (Université d'Orléans), examinateur,

- Mme Karine BOCCHIALINI (Université Paris-Saclay), examinatrice,

- M. Éric QUÉMERAIS, directeur de thèse,

- Mme Dimitra KOUTROUMPA, co-encadrante de thèse.

Résumé: "Mercure est la planète tellurique la moins explorée du système solaire, trois missions seulement l'ont survolée. Mariner 10 a effectué trois survols de la planète en 1974 et 1975, découvrant une atmosphère très mince, similaire à celle de la Lune, contenant de l'hélium (He) et de l'hydrogène (H). Le sodium (Na), le potassium (K) et le calcium (Ca) ont été détectés plus tard à partir d'observations depuis la Terre. La mission MESSENGER, lancée en 2004, a non seulement survolé Mercure à trois reprises mais a également orbité la planète durant quatre ans. Elle a détecté deux nouvelles espèces, le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn). En parallèle, deux autres espèces ont été découvertes grâce à des observations depuis la Terre : le fer (Fe) et l'aluminium (Al).
BepiColombo est la troisième mission à destination de Mercure. Lancée en 2018, la mission conjointe ESA-JAXA doit effectuer six survols de Mercure avant de s'insérer en orbite fin 2025. Trois survols de Mercure ont déjà été réalisés lors desquels PHEBUS (Probing the Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) a pu observer l'exosphère de Mercure. L'instrument est un double spectromètre travaillant dans l'extrême ultraviolet (55-155 nm) et le proche et lointain ultraviolet (145-315 nm). Deux canaux visibles additionnels sont dédiés aux lignes d'émission du K à 404,7 nm (canal c404) et du Ca à 422,8 nm (canal c422). La géométrie d'observation des deux premiers survols est similaire, la sonde approchant la planète côté nuit, traversant son ombre avant de se diriger côté jour. La sonde s'est approchée à ~200 km de la surface au point le plus proche côté nuit. PHEBUS pointait vers le nord, dans une direction opposée au soleil.
Le taux de comptage enregistré par les deux canaux illustre la géométrie d'observation, notamment le passage dans l'ombre de Mercure. Le maximum est atteint peu après la sortie d'éclipse. Le taux de comptage diminue ensuite à mesure que la sonde s'éloigne de Mercure. Lors des deux survols, les signaux des deux canaux sont pollués par des pics sporadiques dont l'origine reste incertaine.
Malgré ces pics, Ca a été clairement détecté par le canal c422. Le signal c422 montre non seulement une concentration de Ca à l'aube, mais aussi une couronne de Ca très étendue du côté du matin qui n'a pas été rapportée par MESSENGER. La hauteur d'échelle déduite de nos profils (~2 600 km) est en accord avec la valeur rapportée par MESSENGER à un angle d'anomalie vraie similaire. Nous utilisons un modèle de Chamberlain pour déterminer la température et la densité à la surface. Malgré les limitations physiques du modèle, il permet de donner une estimation de la température afin de la comparer aux résultats précédents. La température déduite est extrêmement chaude (> 50 000 K), en accord avec les résultats MESSENGER. Une température si élevée implique un processus de libération très énergétique. Le pointage de PHEBUS n'a pas permis d'observer la composante froide de Ca puisque les altitudes tangentes inférieures à 200 km n'ont pas été explorées. L'étape suivante consiste à modifier le modèle pour tenir compte de la photoionisation rapide du Ca, bien que la solution la plus appropriée serait d'utiliser un modèle Monte Carlo.
Le canal c404 a détecté une espèce à basse altitude lors des deux survols, potentiellement du K ou du Mn. Cette ligne d'émission du K n'avait pas été détectée par MESSENGER. Quant au Mn, MESSENGER ne l'a pas observé continuellement, il n'a été détecté qu'à certaines saisons et dans certaines régions de l'exosphère. Ces conditions de détection sont bien différentes de celles de BepiColombo. Il est donc difficile d'identifier avec certitude l'espèce détectée. D'autres observations sont nécessaires. On peut tout de même mentionner que l'échelle de hauteur déduite des profils est d'environ 150 km et que le modèle de Chamberlain appliqué aux profils semble indiquer une température < 3 000 K."

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Good morning,

I am pleased to invite you to my Ph.D. defence, entitled "Study of the exosphere of Mercury with the PHEBUS spectrograph on the BepiColombo mission" on Monday 25 September at 14:00. It will take place at the Amphithéâtre Mégie at LATMOS (Guyancourt) and will also be held as a videoconference using the following link: https://cnrs.zoom.us/j/91033270673?pwd=SXVBZEJJZ1dWWnVXRTlFcERuNXRydz09

The presentation will be provided in English and will be followed by a drink at the LATMOS refectory.

You will find below the composition of the jury along with the summary of my work.

Best regards,

Rozenn Robidel

Jury members:

- M. Carl SCHMIDT (Boston University Center for Space Physics), rapporteur,

- M. Nicolas ANDRÉ (Université Toulouse III Paul-Sabatier), rapporteur,

- M. Dominique DELCOURT (Université d'Orléans), examinateur,

- Mme Karine BOCCHIALINI (Université Paris-Saclay), examinatrice,

- M. Éric QUÉMERAIS, directeur de thèse,

- Mme Dimitra KOUTROUMPA, co-encadrante de thèse.

Abstract: " Mercury is the least explored of the inner planets, only three spacecraft have explored it. Mariner 10 observed the planet during three close encounters in 1974 and 1975, unveiling a very thin atmosphere surrounding the planet, somewhat similar to that of the Moon, including hydrogen (H) and helium (He). Sodium (Na), potassium (K) and calcium (Ca) were later detected in Mercury's exosphere with ground-based telescopes. The MESSENGER mission, launched in 2004, not only performed three close encounters of the planet but also orbited it for four years. The mission added magnesium (Mg) and manganese (Mn) to the list of species detected in Mercury's exosphere. Iron (Fe) and aluminum (Al) were also discovered from ground-based observations around the same period.
BepiColombo is the third mission to visit Mercury. Launched in 2018, the ESA-JAXA joint mission is set to perform six flybys of Mercury before the insertion in orbit around the planet at the end of 2025. Three flybys of Mercury have already been performed, during which PHEBUS (Probing the Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) was able to observe the surface-bounded exosphere of Mercury. The instrument is a double spectrometer working in the Extreme UltraViolet range (55-155 nm) and the Far UltraViolet range (145-315 nm). Two additional visible channels are dedicated to the emission lines of K at 404.7 nm (c404 channel) and Ca at 422.8 nm (c422 channel).
The geometry of observation was similar during the first two flybys, the spacecraft approaching the planet from its nightside, crossing its shadow before moving to its dayside. The closest approach to the surface occurred in the shadow of Mercury at an altitude of ~200 km. PHEBUS was pointing northward, slightly antisunward.
The count rate registered by both visible channels depicts the geometry of observation, notably the transit in the shadow of Mercury. The maximum is reached shortly after the spacecraft comes out of eclipse. The count rate then decreases as the spacecraft moves away from Mercury. During both flybys, both signals are polluted by sporadic spikes whose origin remains uncertain.
Despite these spikes, Ca was clearly detected by the c422 channel. The c422 signal shows not only an enhancement of Ca at dawn but also a very extensive Ca corona on the morning side, which was not reported by MESSENGER. The scale height deduced from our Ca profiles (~2,600 km) is in agreement with the value reported by MESSENGER at similar true anomaly angle. We use a Chamberlain model to determine the temperature and density at the surface. Despite its limitations when applied to Ca, this model gives a rough estimation of the temperature in order to compare with previous results. The derived temperature is extremely hot (> 50,000 K), in agreement with MESSENGER results. Such a high temperature implies a very energetic release process. PHEBUS pointing did not allow to observe the Ca cold component as the tangent altitudes below 200 km were not explored. The next step consists in altering the model to account for the rapid photoionization of Ca, though the most suitable solution would be to use a Monte Carlo model.

The c404 channel detected species at low altitude during both flybys, potentially K or Mn. This K emission line was not detected by MESSENGER. As for Mn, MESSENGER has not observed it continuously, its detection was confined to certain seasons and to certain regions of the exosphere. These detection conditions are very different from those of BepiColombo. It is therefore difficult to identify with certainty the species detected. Further observations are necessary. We can note that the scale height deduced from the profiles is about 150 km and that the Chamberlain model applied to the profiles seems to indicate a temperature < 3000 K."