Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2239
Main Title: Radiative transfer in the exosphere of Saturn's moon Titan
Translated Title: Strahlungstransport in der Exosphäre des Saturnmondes Titan
Author(s): Hedelt, Pascal
Advisor(s): Rauer, Heike
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Wasserstoffverteilung in der Exosphäre des Saturnmondes Titan. Grundlage dieser Arbeit sind Messungen des HDAC Instrumentes (Hydrogen Deuterium Absorption Cell), welches an Bord der Cassini- Raumsonde das D/H Verhältnis direkt durch die Messung der Emissionslinien von atomarem Wasserstoff und Deuterium im Ultravioletten bei 121.567 nm bzw. 121.533 nm bestimmen sollte. Mit HDAC wurden am 26. Dezember 2005 beim neunten Titanvorbeiflug der Cassini-Sonde Messungen vorgenommen. Leider konnte die Menge an Deuterium in der Absorptionszelle nicht bestimmt werden, sodass HDAC seinen vorgesehen Zweck nicht erfüllen konnte. Die Menge an Wasserstoff in der Zelle ist jedoch bekannt, so dass zumindest die Wasserstoff-Lyman-Alpha Messung verwendet werden kann, um Titans Exosphäre zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit war es, die HDAC Messungen zu simulieren und somit Rückschlüsse auf die Exosphäre von Titan ziehen zu können, wie z.B. die Verteilung von atomarem Wasserstoff in der Exosphäre. In dieser Arbeit wurde ein Modell der Titanexosphäre entwickelt, welches atomaren Wasserstoff und Methan berücksichtigt. Für das Exosphärenmodell wurden zwei unterschiedliche Dichtemodelle gewählt, welche die Dichteverteilung von Wasserstoff in der Exosphäre unterschiedlich berechnen und insbesondere in der unteren Exosphäre voneinander abweichen. Der Strahlungstransport durch die Modell-Exosphäre wurde mit Hilfe der Monte-Carlo-Methode gelöst. Detaillierte Strahlungstransportrechnungen haben gezeigt, dass die HDAC Messungen mit Dichteprofilen aus beiden Dichtemodellen reproduziert werden können. Dabei konnte gezeigt werden, dass das von HDAC gemessene Signal aus Höhenschichten 2000 km oberhalb der Exobase stammt. Die mit den Dichtemodellen bestimmten Exobasendichten unterscheiden sich dabei um einen Faktor vier. Somit konnte keine Aussage darüber getroffen werden, welches Dichtemodell die HDAC Messung am besten beschreibt. Dennoch liegen die bestimmten Exobasendichten im Bereich der in der Literatur zu findenden Werte. Beruhend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird HDAC im Jahr 2010 bei zwei weiteren Titanvorbeiflügen erneut verwendet werden, und somit noch genauere Daten für die Bestimmung der Exosphärendichte und Temperatur liefern. Strahlungstransportrechnungen für diese Vorbeiflüge wurden ebenfalls in dieser Arbeit durchgeführt
This work focuses on the distribution of atomic hydrogen in the exosphere of Saturn’s moon Titan. This work is based on measurements performed by the “Hydrogen Deuterium Absorption Cell” (HDAC) aboard the Cassini spacecraft, that should directly determine the D/H ratio from the UV emission of atomic hydrogen and deuterium at 121.567 and 121.533 nm, respectively. HDAC measurements were performed on December 26, 2005 during the ninth Titan flyby of the Cassini orbiter. Unfortunately the amount of deuterium in the absorption cell could not be determined. Thus, the purpose, HDAC was designed for could not be achieved. For this reason, HDAC has performed measurements only once. However, the amount of atomic hydrogen in the absorption cell is well known, hence the data using only the hydrogen cell can be used in order to investigate Titan’s exosphere. This work aims at simulating the HDAC measurements performed in order to investigate Titan’s exosphere, e.g. to determine the distribution of atomic hydrogen. A model of Titan’s exosphere including atomic hydrogen and methane has been developed and the transfer of solar radiation is calculated in order to simulate the HDAC measurements. The radiative transfer is solved using the Monte Carlo method. For the exospheric model, two different atomic hydrogen density distributions were applied, which determine the distribution in the exosphere by different approaches. Density profiles calculated by both models mainly differ in the lower exosphere. It was found that the HDAC measurements can be fitted using density profiles calculated by both exospheric density distribution models for the radiative transfer calculations. Detailed investigations however showed that the signal measured by HDAC originates at much higher altitudes of about 2000 km above the exobase. Nevertheless the best fitting atomic hydrogen exobase densities of both models differ by a factor of 4. A strong noise pattern was found in the measurements avoiding a more accurate determination of the atomic hydrogen distribution in Titan’s exosphere. However, the inferred exobase densities are in the range of literature values. As a result of this work, HDAC will be used again during two future flybys in 2010, providing more accurate measurements for the determination of densities and temperatures in Titan’s exosphere.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-23517
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2536
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2239
Exam Date: 1-Sep-2009
Issue Date: 16-Sep-2009
Date Available: 16-Sep-2009
DDC Class: 520 Astronomie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): Exosphäre
Strahlungstransport
Titan
Wasserstoff
Atomic hydrogen
Exosphere
Radiative transfer
Titan
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/
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