APR CNES : Développement de méthodes de cartographie à super-résolution pour les lunes Glacées : ApplIcations à Titan et aux futures observations de Ganymède et Callisto par la mission JUICE de l’ESA

Préparer la mission JUICE en bénéficiant des méthodes de cartographie à super-résolution développées pour les données de Cassini/Huygens.

La mission JUICE vise à étudier le système de Jupiter et l’existence éventuelle d’environnements habitables. Comme pour Cassini, la charge utile de JUICE comprendra une caméra à haute résolution (JANUS) et un spectromètre d’imagerie hyperspectrale (MAJIS). JUICE sera la troisième mission d’exploration entièrement dédiée au système de Jupiter et la première à se concentrer sur les lunes glacées de Galilée, dont on pense qu’elles abritent des océans d’eau liquide sous la surface. La sonde, dont le lancement est prévu en 2023 et l’insertion en orbite jovienne en 2031, effectuera plusieurs survols de trois des plus grandes lunes de Jupiter, à savoir Callisto (21 survols ciblés), Europe (2) et Ganymède (12). Elle se mettra ensuite en orbite autour de Ganymède pour une étude plus approfondie, qui s’achèvera en 2034. La phase orbitale de Ganymède commence par une phase elliptique suivie d’une orbite circulaire à haute altitude (5 000 km). Une autre phase elliptique conduira à une orbite circulaire à moyenne altitude (500 km) et à une orbite circulaire finale à basse altitude (200 km).

Ces différentes conditions d’observation représentent un défi majeur lorsqu’il s’agit de réconcilier l’ensemble des données pour un instrument spécifique dans un premier temps et pour plusieurs instruments dans un second temps (par exemple JANUS et MAJIS). En effet, l’acquisition combinée d’images à haute résolution par JANUS et de cubes hyperspectraux par MAJIS permettra une étude géologique détaillée de ces lunes, comme cela peut être fait sur Titan en combinant les caméras ISS et les informations du spectro-imageur VIMS de Cassini (e.g. Seignovert et al., 2019). Il est essentiel de comprendre comment les lunes ont évolué et d’évaluer le potentiel exobiologique de leurs océans de subsurface.

En outre, la capacité de transmission de données de JUICE représente une contrainte majeure, car elle limitera la couverture et/ou la capacité de résolution spatiale. Ainsi, bien que JUICE permette l’acquisition de données à très haute résolution dans certaines zones localisées (jusqu’à <10 m/pixel avec JANUS), la résolution à l’échelle globale sera limitée à quelques centaines de mètres (jusqu’à 400 m/pixel avec JANUS). Il est donc essentiel de parvenir à une super-résolution avec les données MAJIS et JANUS, voire de combiner les deux ensembles de données, pour optimiser la capacité d’imagerie de la mission JUICE.

Le développement de méthodes de cartographie à super-résolution utilisant les données de Cassini/Huygens permettra de préparer la mission JUICE non seulement pour la planification des observations mais aussi pour le traitement des données une fois que la mission sera opérationnelle. Les méthodes de cartographie à super-résolution seront développées pour Encelade et Titan en utilisant les données de Cassini. Nous visons à produire de nouvelles cartes infrarouges globales d’Encelade et de Titan, corrigées pour la photométrie et, dans le cas de Titan, pour les effets atmosphériques, à la meilleure résolution spatiale théorique possible en utilisant l’ensemble des données acquises par Cassini au cours de sa mission de 13 ans. La fusion des données VIMS avec les données ISS permettra de valider les techniques développées sur les données VIMS et de révéler la diversité des structures géologiques.

En outre, il a été démontré que le détecteur VIMS s’est légèrement déplacé spectralement au cours de la mission. Le décalage spectral qui en résulte est d’environ 14 nm en 13 ans. Alors que cet aspect instrumental n’était pas attendu (et doit être corrigé pour produire des cartes globales précises), il peut théoriquement être transformé en avantage pour augmenter numériquement la résolution spectrale dans les zones qui ont été observées plusieurs fois au cours de la mission. Nous étudierons donc également la possibilité d’une super-résolution spectrale parallèlement aux travaux sur la super-résolution spatiale. Un sous-produit attendu de la super-résolution spectrale serait que, combinée aux corrections photométriques de surface (et atmosphériques pour Titan) discutées précédemment, elle permettrait d’étudier la composition de la surface d’Encelade et de Titan avec une précision sans précédent.

Les mosaïques à super-résolution spatiale (et super-résolution spectrale) auront en particulier des applications directes pour la caractérisation du site d’atterrissage de la mission Dragonfly sur Titan (en termes de cadre géologique et de composition).

Les méthodes de cartographie à super-résolution que nous développerons, testerons et validerons sur Encelade et Titan seront ensuite adaptées à la mission JUICE. L’objectif est de tirer le meilleur parti des prochaines données disponibles pour améliorer la résolution spatiale à l’échelle globale et locale.