Scientific rationale for Saturn׳s in situ exploration
- Creators
- Mousis, O.
- Fletcher, L.N.
- Lebreton, J.P
- Wurz, P.
- Cavalié, T.
- Coustenis, A.
- Courtin, R.
- Gautier, D.
- Helled, R.
- Irwin, P.G.J.
- Morse, A.D.
- Nettelmann, N.
- Marty, B.
- Rousselot, P.
- Venot, O.
- Atkinson, D.H.
- Waite, J.H.
- Reh, K.R.
- Simon, A.A.
- Atreya, S.
- André, N.
- Blanc, M.
- Daglis, I.A.
- Fischer, G.
- Geppert, W.D.
- Guillot, T.
- Hedman, M.M.
- Hueso, R.
- Lellouch, E.
- Lunine, J.I.
- Murray, C.D.
- O׳donoghue, J.
- Rengel, M.
- Sánchez-Lavega, A.
- Schmider, F.-X.
- Spiga, A.
- Spilker, T.
- Petit, J.-M.
- Tiscareno, M.S.
- Ali-Dib, M.
- Altwegg, Kathrin
- Bolton, S.J.
- Bouquet, A.
- Briois, Christelle
- Fouchet, T.
- Guerlet, S.
- Kostiuk, T.
- Lebleu, D.
- Moreno, R.
- Orton, G.S.
- Poncy, J.
- Others:
- Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213) (UTINAM) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC) ; Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
- Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford] (AOPP) ; University of Oxford [Oxford]
- Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E) ; Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Paris] (CNES)
- Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Physikalisches Institut [Bern] ; Universität Bern [Bern] (UNIBE)
- Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) ; Max-Planck-Gesellschaft
- Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Tel Aviv University [Tel Aviv]
- The Open University [Milton Keynes] (OU)
- Institut für Physik [Rostock] ; Universität Rostock
- Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven)
- Jet Propulsion Laboratory (JPL) ; NASA-California Institute of Technology (CALTECH)
- University of Idaho [Moscow, USA]
- Southwest Research Institute [San Antonio] (SwRI)
- NASA Goddard Space Flight Center (GSFC)
- University of Michigan [Ann Arbor] ; University of Michigan System
- Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- National Observatory of Athens (NOA)
- Austrian Academy of Sciences (OeAW)
- Department of Physics [Stockholm] ; Stockholm University
- Stockholm University Astrobiology Centre ; Stockholm University
- Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Departamento de Fisica Aplicada [Bilbao] ; Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea [Espagne] (UPV/EHU)
- Department of Astronomy [Ithaca] ; Cornell University [New York]
- Queen Mary University of London (QMUL)
- Department of Physics and Astronomy [Leicester] ; University of Leicester
- Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
- Center for Radiophysics and Space Research [Ithaca] (CRSR) ; Cornell University [New York]
- Thales Alenia Space [Toulouse] (TAS) ; THALES [France]
Description
Remote sensing observations meet some limitations when used to study the bulk atmospheric composition of the giant planets of our solar system. A remarkable example of the superiority of in situ probe measurements is illustrated by the exploration of Jupiter, where key measurements such as the determination of the noble gases׳ abundances and the precise measurement of the helium mixing ratio have only been made available through in situ measurements by the Galileo probe. This paper describes the main scientific goals to be addressed by the future in situ exploration of Saturn placing the Galileo probe exploration of Jupiter in a broader context and before the future probe exploration of the more remote ice giants. In situ exploration of Saturn׳s atmosphere addresses two broad themes that are discussed throughout this paper: first, the formation history of our solar system and second, the processes at play in planetary atmospheres. In this context, we detail the reasons why measurements of Saturn׳s bulk elemental and isotopic composition would place important constraints on the volatile reservoirs in the protosolar nebula. We also show that the in situ measurement of CO (or any other disequilibrium species that is depleted by reaction with water) in Saturn׳s upper troposphere may help constraining its bulk O/H ratio. We compare predictions of Jupiter and Saturn׳s bulk compositions from different formation scenarios, and highlight the key measurements required to distinguish competing theories to shed light on giant planet formation as a common process in planetary systems with potential applications to most extrasolar systems. In situ measurements of Saturn׳s stratospheric and tropospheric dynamics, chemistry and cloud-forming processes will provide access to phenomena unreachable to remote sensing studies. Different mission architectures are envisaged, which would benefit from strong international collaborations, all based on an entry probe that would descend through Saturn׳s stratosphere and troposphere under parachute down to a minimum of 10 bar of atmospheric pressure. We finally discuss the science payload required on a Saturn probe to match the measurement requirements.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01276366
- URN
- urn:oai:HAL:hal-01276366v1
- Origin repository
- UNICA