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Mars

En dépit de son aridité actuelle, Mars a connu au cours de son histoire des périodes durant lesquelles de l'eau à l’état liquide a pu être présente de façon stable et continue à sa surface, comme en témoignent certaines structures géologiques, mais aussi et surtout les argiles observées en diverses régions du globe. Si une partie de l'eau martienne a aujourd’hui disparu en raison de l’échappement atmosphérique, de grandes quantités sont toujours présentes sur la planète.
Les conditions de pression et température actuelles ne permettant pas la stabilité de l'eau à l'état liquide en surface de nos jours, c'est sous d’autres formes qu'elle est observée par les multiples instruments envoyés en orbite, ainsi qu'à la surface de la planète. Si les principaux réservoirs d’eau martiens se situent dans les glaces des calottes permanentes des deux hémisphères, on trouve également de l'eau au sein même de la surface, dans le pergélisol et les minéraux hydratés principalement  ainsi que dans l'atmosphère, sous forme de vapeur ou de nuages de glace d'eau. La compréhension de la dynamique de l'interaction entre ces différents réservoirs au sein du cycle de l'eau martien est un des grands enjeux de l'étude de Mars.

Nuages de glace d'eau martiens

Les nuages de glace d'eau sont un élément important du climat martien actuel : par leur déplacement ils participent au transfert régional de l'eau martienne, et la présence de cristaux de glace dans l'atmosphère modifie localement le bilan radiatif de la planète en absorbant et diffusant la lumière solaire incidente. En outre, les nuages sont également des régulateurs de l'échappement atmosphérique de l'eau (ou l'hydrogène) martienne vers l'espace. Mieux comprendre les propriétés et la dynamique des ces nuages est donc un enjeu crucial pour appréhender Mars aujourd’hui.

Ainsi, je m’intéresse depuis ma thèse à l’étude des propriétés physiques de ces nuages (taille des cristaux, altitude, extinction) à partir des données de l'instrument ACS-MIR de la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter qui observe la lumière solaire transmise par l'atmosphère martienne dans l'infrarouge. Plus spécifiquement, j'utilise les spectres acquis à différentes altitudes pour des longueurs d'onde autour de 3 μm pour générer des profils verticaux indiquant les altitudes auxquelles sont présents les nuages ainsi que leurs propriétés.
Au fil de la mission (dont la phase scientifique a débutée en avril 2018), cela m'a permis d'étudier les variations spatiales et saisonnières des nuages, ainsi que l'impact d’une tempête de poussière d'ampleur planétaire.

Enfin, depuis mon arrivée dans le groupe PIXEL de la Northern Arizona University, j'utilise également des données d'imagerie UV/Visible fournies par l'instrument EXI de la mission EMM pour caractériser les nuages martiens, et comparer les opacités ainsi déterminées avec les résultats obtenus avec ACS-MIR.

Hydratation de la surface martienne

Les glaces martiennes

Outils développés

OMEGA-Py

OMEGA-Py est un module Python dédié à l'utilisation et l'exploitation des données de l'instrument OMEGA à bord de la sonde Mars-Express de l'ESA. Il inclut l'ensemble des fonctionnalités du SOFT 10 disponible sur le PSA (l'ensemble des routines IDL ayant été réimplémentées en Python) mais également des fonctions de correction des contributions thermiques et atmosphériques utilisant des méthodes précédemment publiées, ainsi que des outils de visualisation des données spécialement pensés pour l'étude des données OMEGA. Par ailleurs, la programmation orientée objet permet une gestion aisée de plusieurs observations en même temps, ce qui pouvait s'avérer plus complexe avec les routines IDL. L'objectif de ce module est de fournir une solution clé en main aux utilisateurs Python souhaitant travailler avec les données de l'instrument OMEGA.

Un processus de validation officiel est actuellement en cours afin de pouvoir proposer cet outil via l'équipe OMEGA.

Fonctionnalités :

• Importation des données brutes au format PDS/PSA.
• Réduction des données, correction des effets instrumentaux et calcul des spectres de réflectance (I/F.cos(i)).
• Corrections thermique et atmosphérique.
• Visualisation des données avec des outils interactifs.

Lien vers la page du projet : https://github.com/AStcherbinine/omegapy

SPiP

SPiP (Spacecraft Pixel footprint Projection) est un module Python permettant de déterminer la projection d’un pixel d'un instrument en orbite sur une surface planétaire. Ce module ayant été développé pour l'analyse des données de l'instrument EMIRS de la sonde EMM, seul le cas d’un pixel initialement circulaire sur une surface sphérique est disponible pour l'instant, mais la gamme des possibilités est amenée à s'étoffer.

Lien vers la page du projet : https://github.com/NAU-PIXEL/spip