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Testing tholins as analogues of the dark reddish material covering Pluto’s Cthulhu region

Authors :
Bernard Schmitt
Silvia Protopapa
Dale P. Cruikshank
Alan Stern
Olivier Poch
Véronique Vuitton
C. M. Dalle Ore
Tanguy Bertrand
Lora Jovanovic
Leslie A. Young
Marie Fayolle
Thomas Gautier
Nathalie Carrasco
Eric Quirico
Will Grundy
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France
Delft University of Technology (TU Delft)
PLANETO - LATMOS
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Lowell Observatory [Flagstaff]
Southwest Research Institute [Boulder] (SwRI)
NASA Ames Research Center (ARC)
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)
European Project: 636829,H2020,ERC-2014-STG,PRIMCHEM(2015)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI)
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut de biologie et chimie des protéines [Lyon] (IBCP)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Lipides - Nutrition - Cancer (U866) (LNC)
Université de Bourgogne (UB)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Ecole Nationale Supérieure de Biologie Appliquée à la Nutrition et à l'Alimentation de Dijon (ENSBANA)
Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Source :
Icarus, Icarus, 2021, 367 (October), pp.114574. ⟨10.1016/j.icarus.2021.114574⟩, Icarus, Elsevier, 2021, 367, pp.114574. ⟨10.1016/j.icarus.2021.114574⟩, Icarus, 367, Icarus, Elsevier, 2021, 367 (October), pp.114574. ⟨10.1016/j.icarus.2021.114574⟩
Publication Year :
2021

Abstract

International audience; New Horizons' reectance spectra of the Cthulhu dark belt of Pluto were modelled with tholins. Reectance factors, phase function and optical constants of these tholins were numerically determined from tholins' reectance measurements. Tholins do not reproduce the featureless spectra of Cthulhu. These results could suggest that this region is covered with a highly porous layer of organic aerosolsPluto’s fly-by by the New Horizons spacecraft in July 2015 has revealed a dark reddish equatorial region, named Cthulhu, covered by a dark, non-icy material whose origin and composition have yet to be determined. It has been suggested that this material could form from the sedimentation of photochemical aerosols, originating from dissociation and ionisation processes in Pluto’s high atmosphere (similarly to aerosols forming Titan’s haze). This hypothesis is here further investigated by comparing New Horizons spectra collected both in the visible and the near-infrared to laboratory reflectance measurements of analogues of Pluto’s aerosols (Pluto tholins). These aerosols were synthesised in conditions mimicking Pluto’s atmosphere, and their optical and reflectance properties were determined, before being used in Hapke models. In particular, the single scattering albedo and phase function of Pluto tholins were retrieved through Hapke model inversion, performed from laboratory reflectance spectra collected under various geometries. From reconstructed reflectance spectra and direct comparison with New Horizons data, some of these tholins are shown to reproduce the photometric level (i.e. reflectance continuum) reasonably well in the near-infrared. Nevertheless, a misfit of the red visible slope still remains and tholins absorption bands present in the modelled spectra are absent in those collected by the New Horizons instruments. Several hypotheses are considered to explain the absence of these absorption features in LEISA data, namely high porosity effects or GCR irradiation. The formation of highly porous structures, which is currently our preferred scenario, could be promoted by either sublimation of ices initially mixed with the aerosols, or gentle deposition under Pluto’s weak gravity.

Details

ISSN :
00191035 and 10902643
Database :
OpenAIRE
Journal :
Icarus
Accession number :
edsair.doi.dedup.....934d1a1cbc10debcd6dd4d28d9b4f756
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114574