1. Scientific rationale for Saturn's in situ exploration
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J. Poncy, C. Briois, D. Gautier, Jean-Pierre Lebreton, Andrew Morse, T. R. Spilker, Alexis Bouquet, K. Reh, T. Kostiuk, W. D Geppertt, Pgj Irwin, Ricardo Hueso, J. M. Petit, Carl D. Murray, David H. Atkinson, Matthew S. Tiscareno, Scott Bolton, Ravit Helled, Agustín Sánchez-Lavega, Matthew M. Hedman, S. Guerlet, A. Coustenis, Peter Wurz, James O'Donoghue, Kathrin Altwegg, D Lebleu, François-Xavier Schmider, Mohamad Ali-Dib, Georg Fischer, Nadine Nettelmann, Thibault Cavalié, Amy Simon, Aymeric Spiga, Michel Blanc, Olivia Venot, G. S. Orton, Tristan Guillot, Sushil K. Atreya, Miriam Rengel, O. Mousis, N. André, R. Moreno, J. H. Waite, Philippe Rousselot, Emmanuel Lellouch, Leigh N. Fletcher, Ioannis A. Daglis, Bernard Marty, Jonathan I. Lunine, Régis Courtin, Thierry Fouchet, Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules ( UTINAM ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Franche-Comté ( UFC ), University of Leicester, Physikalisches Institut [Bern], Universität Bern [Bern], ASP 2016, Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] ( LAB ), Université de Bordeaux ( UB ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Bordeaux ( UB ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), 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 Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service de parasitologie - mycologie [CHU Pitié-Salpétrière], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP)-CHU Pitié-Salpêtrière [APHP], Tel Aviv University [Tel Aviv], Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford] ( AOPP ), University of Oxford [Oxford], Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques ( CRPG ), Université de Lorraine ( UL ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Le Collège d'études mondiales/FMSH, Fondation Maison des sciences de l'homme, K.U.Leuven, Centre for Medical Imaging, University College London, London, United Kingdom, Space Science Division [San Antonio], Southwest Research Institute [San Antonio] ( SwRI ), Jet Propulsion Laboratory ( JPL ), NASA-California Institute of Technology ( CALTECH ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon, Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Géomatériaux et Modèles Géotechniques ( IFSTTAR/GERS/GMG ), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux ( IFSTTAR ) -PRES Université Nantes Angers Le Mans ( UNAM ), National Observatory of Athens ( NOA ), Department of Physics [Stockholm], Stockholm University, Stockholm University Astrobiology Centre, Joseph Louis LAGRANGE ( LAGRANGE ), Université Nice Sophia Antipolis ( UNS ), Université Côte d'Azur ( UCA ) -Université Côte d'Azur ( UCA ) -Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur ( UCA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), University of Idaho [Moscow, USA], Departamento de Fisica Aplicada [Bilbao], Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea ( UPV/EHU ), Department of Astronomy [Ithaca], Cornell University, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung ( MPS ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) ( LMD ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -École polytechnique ( X ) -École des Ponts ParisTech ( ENPC ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales ( UMR AGAP ), Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace ( LPC2E ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Université d'Orléans ( UO ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), NASA Goddard Space Flight Center ( GSFC ), Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213) (UTINAM), Université de Franche-Comté (UFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford] (AOPP), 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, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (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)), PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), Max-Planck-Gesellschaft, The Open University [Milton Keynes] (OU), Institut für Physik [Rostock], Universität Rostock, Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG), 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), 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-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Observatory of Athens (NOA), Austrian Academy of Sciences (OeAW), Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE), Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea [Espagne] (UPV/EHU), Queen Mary University of London (QMUL), Department of Physics and Astronomy [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 Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Center for Radiophysics and Space Research [Ithaca] (CRSR), Thales Alenia Space [Cannes], Thales Alenia Space, 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), 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), 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), 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), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), California Institute of Technology (CALTECH)-NASA, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cornell University [New York], École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), University of Oxford, Universität Bern [Bern] (UNIBE), Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung = Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Tel Aviv University (TAU), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-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 de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-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), 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), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Thales Alenia Space [Toulouse] (TAS), THALES [France], Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-CHU Pitié-Salpêtrière [APHP], Fondation Maison des sciences de l'homme (FMSH), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géomatériaux et Modèles Géotechniques (IFSTTAR/GERS/GMG), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), and Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Exploration of Saturn ,Solar System ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,[ PHYS.ASTR ] Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,Galileo Probe ,Entry probe ,FOS: Physical sciences ,7. Clean energy ,01 natural sciences ,Astrobiology ,Solar system formation ,Jupiter ,Giant planet formation ,Planet ,Saturn ,0103 physical sciences ,Elemental and isotopic composition ,010303 astronomy & astrophysics ,0105 earth and related environmental sciences ,Physics ,Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP) ,Giant planet ,In situ measurements ,Astronomy ,Astronomy and Astrophysics ,13. Climate action ,Space and Planetary Science ,Physics::Space Physics ,Saturn atmosphere ,Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,Ice giant ,Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics - Abstract
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 would constrain its bulk O/H ratio. We 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., Comment: Submitted to Planetary and Space Science
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- 2016
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