La temprature de Pluton et Charon

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La température de Pluton et Charon

• Emmanuel Lellouch
• LESIA
• Observatoire de Paris

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Introduction

• Température de surface
• rôle pour les échanges surface/atmosphère (cycles
  sublimation/condensation, transport de volatils)
  ? aspect visuel de Pluton
• Composition atmosphérique (abondance de CH4)
• Volatils en surface N2 (COCH4), CH4

Douté et al. 1999
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Mesures  indirectes 

• A partir de la pression atmosphérique sur Pluton
  supposée refléter un équilibre avec la surface
• P(N2) gt 3 µbar ? T(N2) gt 35 K, probablement
  uniforme
• q(CH4) 1 ? T(CH4) gt 42 K, probablement non
  uniforme
• A partir des signatures spectrales des glaces
  dans lIR proche
• Pluton T(N2) 40/- 2 K (Tryka et al. 1994)
• Charon T(H2O) 60/-20 K (Buie et Grundy 2000)

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PLUTON Tryka et al. 1994 T(N2) 40 /-2 K
CHARON T(H2O) 60 /-20 K
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Mesures directes 

• A partir du flux thermique, mesuré en mm/submm ou
  en IR lointain
• Mesures  uniques 
• Courbes de lumière
• Mesures  uniques 
• Première détection du flux thermique de PC IRAS
  à 60 et 100 µm (Sykes et al. 1987)
• ? T(PC) 58 K
• Mesures en submm/mm (Altenhoff et al. 1988, Stern
  et al. 1993, Jewitt 1994) TB 30-40 K
• ? Multiples températures? Effets
  démissivité à grande ?

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Gurwell et al. 2005
Submillimeter array _at_ 1.4 mm
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Courbes de lumières thermiques 

• On sattend à une multiplicité de températures
  sur Pluton, à cause de la courbe de lumière
  visible (brillant froid)

Lellouch, Moreno Paubert 2000
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Les mesures ISO  

• ISO détection claire de la courbe de lumière à
  60 µm (et 100 µm)
• Anti-corrélée avec courbe de lumière visible,
  mais imparfaitement ? effet dinertie thermique

Lellouch et al. 2000
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Modélisation

• Modèle thermophysique
• Conduction en sous-surface (inertie thermique ?,
  paramètre thermique ?)
• ? (temps pour rayonner la chaleur
  stockée dans le sous-sol )/ (durée du jour)
• ? joue sur la phase de la courbe thermique
  et sur le niveau de flux mesuré
• Rugosité de surface
• Albédos et émissivités bolométriques, émissivités
  spectrales
• Modèle à 4 unités, contraint par la courbe de
  lumière visible et la spectro IR proche
• Charon (uniforme)
• 3 unités sur Pluton
• N2
• CH4
• TholinsH2O

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ISO Résultats

• Inertie thermique de Pluton ? (1.5-10)x104 erg
• cm-2s-1/2 K-1
• Tmax coté jour 54-63 K
• Complication pour les
• modèles déquilibre et de
• transport de volatils (CH4)
• Emissivités bolométriques
• non faibles (probablement
• gt0.8)

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SPITZER Observations

• Aug-Sept. 2004
• MIPS
• Photometry at 24, 70, 160 µm
• 8 orbital longitudes
• IRS
• Spectroscopy at 20-40 µm
• 8 orbital longitudes
• Search for spectral features none found

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The 24 µm flux constraint onCharons temperature

• Maximum Charon 24 µm flux 5.4 mJy max ? Charon
  brightness temperature TB lt 59 K
• Indicates thermal parameter ? gt 2 ? Charon has
  non-zero thermal inertia

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IRS observations
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?PLUTO 8 ?CHARON 3
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Results and conclusions

• Plutos thermal inertia ?PL (3-5)x104 erg
  cm-2s-1/2 K-1, consistent and more accurate than
  from ISO
• Newest result ltTgtCHARON 54-59 K, i.e. ?CH
  (1-2)x104 erg
• cm-2s-1/2 K-1
• More accurate than SMA interferometric
  measurements (Gurwell et al. 2005) TB 54/-14
  K
• Charon is not in instantaneous equilibrium with
  Sun, but probably has lower thermal inertia than
  Pluto.
• Thermal inertia
• Much smaller than expected for pure compact ices
  (e.g. 2x106 pour H2O ice) ? high surface
  porosity
• Plutos TI comparable to Moon and Galilean
  satellites
• Charons TI comparable to Saturns icy satellites
  (2 times less) Plutos TI enhanced by
  atmospheric conduction in porous regolith?

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Results and conclusions (contd)

• Plutos thermal inertia smaller than invoked from
  volatile transport model (Hansen and Paige 1996),
  typically 3x105 erg cm-2s-1/2 K-1
• Not necessarily contradictory
• FIR probes near surface (first cm)
• Transport models are sensitive to seasonal
  temperature variations, i.e. variations over 10
  meters ? constrained by thermal inertia of
  underlying substrate
• Spectral emissivities show unexpected behaviour
• CH4 ice 24-mic emissivity not small (0.7-1)
• Emissivities decrease from 24 to 70 and 160 mic.
• Low radio brightness temperature probably due to
  low radio emissivity

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EMISSIVITY OF ICES (Stansberry et al. 1996)
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FIN
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Modelling

• Thermophysical model (developed for ISO obs. -
  Lellouch et al. 2000), including
• Sub-surface conduction (thermal inertia ?,
  thermal parameter ?)
• ? subsurface heat radiative timescale
  / diurnal timescale
• Radiation beaming (surface roughness)
• Bolometric albedos (Ab) and emissivity (?b),
  spectral emissivities (??)
• Four-unit models
• Charon (assumed spatially uniform)
• 3 units on Pluto (test several distributions,
  Grundy and Buie 2001)
• N2
• CH4
• TholinsH2O

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MIPS observations 24 micron 70
micron 160 micron