Photométrie et Astrométrie des Satellites de Jupiter : application à la campagne de phénomènes mutuels 2015 Eléonore Saquet To cite this version: Eléonore Saquet. Photométrie et Astrométrie des Satellites de Jupiter : application à la campagne de phénomènes mutuels 2015. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2017. Français. NNT : 2017PSLEO013. tel-01887821 HAL Id: tel-01887821 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01887821 Submitted on 4 Oct 2018 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. A` mes parents, qui ont rendu possible le rˆeve d’une petite fille. T´elescope T1M du Pic du Midi. Cr´edit : St´ephane Vetter. Remerciements Ce m´emoire conclue mon travail de th`ese r´ealis´e`al’Institut de M´ecanique C´eleste et de Calculs des Eph´em´erides. Il n’aurait pas ´et´epossible sans l’appui d’un certain nombre de personnes, auxquelles je tiens `aexprimer ma sinc`ere gratitude. Je tiens tout d’abord `aremercier mes deux directeurs de th`ese Vincent Robert et Jean-Eudes Arlot de m’avoir propos´ece sujet puis de m’avoir encadr´ee pendant ces trois ann´ees. Grˆace `avous j’ai v´ecu une aventure passionnante et vraiment enrichissante tant d’un point de vue scientifique qu’humain. Ces trois ann´ees nous aurons aussi permis d’avoir quelques conversations m´emorables concernant parfois des serviettes pour le premier ou des torchons pour le second. Merci Vincent de m’avoir donn´ema chance, il y a de cela quelques ann´ees, pour un premier stage `al’IMCCE, puis un second, et enfin pour cette th`ese. Je tiens ensuite `aexprimer ma gratitude envers Fran¸coise Roques pour avoir accept´e d’ˆetre la pr´esidente de mon jury de th`ese, ainsi que Bruce Hapke, Anne Lemaitre, Paolo Tanga, et Ramachrisna Teixeira, pour avoir accept´ela charge de juger mon travail. Je remercie chaleureusement Fran¸cois Colas de m’avoir fait d´ecouvrir le lieu magique du Pic du Midi, de m’avoir appris de nombreuses ficelles concernant l’observation, et d’avoir partag´esa recette du magret de canard. Je tiens `aexprimer ma profonde gratitude envers Nicolai Emelianov, qui s’est rendu extrˆemement disponible, qui m’a transmis sa connaissance des PHEMU et qui m’a mer- veilleusement bien accueilli `aMoscou. Encore merci! Je remercie William Thuillot et Val´ery Lainey pour tous leurs conseils scientifiques avis´es. Un grand merci aux personnes de l’IMCCE qui ont ´et´el`apendant ces trois ann´ees (ou moins), dans les moments de d´etente ou dans les moments difficiles, notamment Auriane, qui a le don de remonter le moral en cinq minutes, Laur`ene, ma grande soeur de th`ese et correctrice de manuscrit `ases heures perdues, Am´elie et Kevin, pour tous les bons moments pass´es ensemble, et Josselin, le meilleur des coll`egues de bureau. Je ne remercierai jamais assez mes amis de m’avoir soutenue tout au long de cette th`ese et mˆeme avant ! Merci `aLaure, Louis-Etienne, Delphine (courage plus qu’un an pour toi), Etienne, Mag et El´eonore (la petite qui a bien grandi), et bien d’autres encore. Cette th`ese ne serait peut ˆetre pas arriv´ee `ason terme sans la pr´esence d’une personne incroyable pour son grand coeur, pour sa patience pendant les moments de stress, pour ses petits plats, et bien d’autres choses encore : merci Lo¨ıc! Enfin, je voudrais particuli`erement remercier mes parents, pour avoir toujours cru en moi, mˆeme dans les p´eriodes difficiles , depuis plus de 25 ans et mon fr`ere, pour m’avoir donn´eson goˆut des sciences et m’avoir fait d´ecouvrir un autre univers en me faisant mettre un oeil dans un t´elescope `a11 ans. Je ne saurais conclure sans remercier les membres de ma famille pour leur soutien ind´efectible et leur encouragement. R´esum´e Photom´etrie et astrom´etrie des satellites de Jupiter Application `ala campagne de ph´enom`enes mutuels 2015 L’ann´ee 2015 s’est av´er´ee ˆetre un moment favorable pour les observations des ph´enom`enes mutuels des satellites galil´eens de Jupiter. Ces ph´enom`enes mutuels se produisent lorsque la Terre et le Soleil passent par le plan commun des orbites des satellites, cette configura- tion ayant lieu tous les six ans. 442 ´ev´enements ´etaient observables entre le 1er septembre 2014 et le 20 juillet 2015. Au cours de cette campagne (PHEMU15), 236 ph´enom`enes ont ´et´eobserv´es. Un mˆeme ph´enom`ene a ´et´eenregistr´ejusqu’`a17 fois, et nous avons re¸cu plus de 600 courbes de lumi`ere. Nous avons d´evelopp´eune m´ethode de r´eduction astrom´etrique de ces courbes `apartir d’un mod`ele existant. Lors de la r´eduction des courbes de lumi`ere, nous avons utilis´ele mod`ele de r´eflectance et d’´emittance de Hapke. Cependant, les param`etres pho- tom´etriques publi´es des satellites galil´eens ´etaient insuffisants pour que cette loi de diffusion donne les meilleurs r´esultats. Ces param`etres ont jusqu’`apr´esent ´et´ed´etermin´es unique- ment pour une seule bande spectrale, alors que les observations peuvent ˆetre r´ealis´ees en utilisant diff´erents filtres ou en large bande, c’est-`a-dire sans aucun filtrage. En outre, la luminosit´eint´egr´ee fond´ee sur la carte de surface diff`ere largement de la photom´etrie au sol pour Ganym`ede et Callisto. Pour am´eliorer la m´ethode de r´eduction, nous avons men´eune campagne d’observa- tion pour d´eterminer de nouveaux param`etres photom´etriques des satellites galil´eens. Ce travail est fondamental pour mettre `aniveau les derni`eres donn´ees photom´etriques sur les satellites galil´eens. Il est `anoter que la photom´etrie au sol de ces satellites n’a jamais ´et´e effectu´ee dans le m´ethane (CH4) ou mˆeme dans toutes les diff´erentes bandes RVB. Suite `a cette campagne, nous avons donc d´etermin´eles courbes de flux en fonction de la longitude du m´eridien pour chaque satellite galil´een dans ces filtres. Les param`etres de Hapke des quatre satellites ont ´et´ed´etermin´es dans le filtre m´ethane. La prise en compte des effets photom´etriques a permis d’am´eliorer la pr´ecision des r´esultats astrom´etrique de 28 mas ( 85 km) en moyenne, en passant de 93 mas `a65 mas, pour les observations r´ealis´ees ∼ en m´ethane et de 21 mas ( 65 km) , en passant de 76 mas `a55 mas, sur l’ensemble des ∼ observations PHEMU15. Une fois les donn´ees astrom´etriques extraites des courbes de lumi`ere, nous les avons uti- lis´ees pour ajuster le mod`ele dynamique de V. Lainey et produire de nouvelles ´eph´em´erides. Nous montrons dans ce travail l’am´elioration que les observations de ph´enom`enes mutuels peuvent permettre pour les mod`eles dynamiques satellitaires. Mots-cl´es : photom´etrie, astrom´etrie, observation, courbe de lumi`ere, r´eduction astrom´etrique, r´eduction photom´etrique, loi de r´eflectance, ´eph´em´eride. Abstract Photometry and astrometry of Jupiter’s satellite Application to the 2015 mutual events campaign The year 2015 was a favorable opportunity for the mutual event observations of the galilean satellites of Jupiter. Mutual events occur when the Earth and the Sun cross the common plane of their orbits. This configuration happens every six years when the appa- rent Jovian declinations of Earth and Sun become zero. 442 events were observable from September 2014 to July 2015. During this campaign (PHEMU15), we observed 236 events, one of them was recor- ded 17 times, and we received more than 600 light curves. We developed an astrometric reduction of these light curves based on an existing model. To reduce the light curves, we used Hapke’s model of reflectance and emittance. However, the last published photome- tric parameters of the galilean satellites were not sufficient for the most refined Hapke’s scattering law. These parameters have been determined only for a single spectral band, whereas observations were performed using different filters or in large band, i.e. with no filters at all. Moreover, the integrated brightness based on surface map largely differs from ground based photometry for Ganymede and Callisto. In consequence, to improve the reduction method, we led an observational campaign to record photometric data of the galilean moons. This work was fundamental to upgrade the last photometric data on the galilean satellites. Ground based photometry of these moons had never been done in the methane band (CH4) or in RGB bands. At the end of this campaign, we determined the light curves regarding the satellite longitude for each satellites for the RGB and methane bands. Hapke parameters have then been computed in the methane band. With the photometric effects considered, we improved the precision of the astrometric reduction by approximately 28 mas ( 85 km), going from 93 mas to ∼ 65 mas, for the observations performed in methane and by 21 mas ( 62 km), going from ∼ 76 mas to 55 mas, for all the PHEMU15 observations.