Comparative performances of an objective grating concept in U.V. Spectroscopic observations of solar system objects

Prospects for an Earth-orbiting planetary observatory are fairly high for the next decade. Therefore, scientific priorities, subsequent requirements and their instrumental consequences have to be carefully analyzed.Detailed studies of spatio-temporal variations in the composition and chemistry of planetary atmospheres are of prime importance for the understanding of their evolution. Ultraviolet observations with an imaging spectrograph would be a means of partially fulfilling this objective. The performances of such an imaging spectrograph are studied in the case of observations of molecular absorption features in planetary atmospheres. A simple model of the source is used to simulate three-dimensional (spectral, spatial and temporal) data sets. We propose a method of data reduction which consists in focusing the images corresponding to different positions of the absorbing areas on the disk back onto a common frame of reference. The influence of the various parameters defining the absorption structure in the source on the contrast and width of the observed absorption dip is investigated as a function of the spectral dispersion of the instrument, as well as the effect due to spurious assumptions on the longitudinal position of the absorption area. A comparison with the performances of a long slit spectrograph capable of performing similar measurements shows that the objective grating concept, when it is optimized to the particular absorption bands of interest, has a significant advantage in terms of sensitivity, simultaneous spatial coverage and data reduction flexibility.

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Résumé Il est probable qu'un observatoire planétaire orbital verra le jour dans les dix ans qui viennent. Par conséquent, il est nécessaire d'analyser avec soin les priorités scientifiques d'un tel observatoire, les contraintes qui en découleraient et leur traduction sur le plan instrumental.L'étude détaillée des variations spatio-temporelles dans la composition et la chimie des atmosphères planétaires est de premiére importance pour la compréhension de leur évolution. La possibilité d'observer dans l'ultraviolet moyen avec un spectrographe imageur serait un moyen de répondre au moins partiellement à cet objectif. Les performances d'un tel instrument appliqué à l'observation de structures d'absorption moléculaire dans les atmosphères planétaires sont le sujet de la présente étude. Un modèle simple de la source est utilisé pour simuler les données tri-dimensionnelles (spectrales, spatiales et temporelles). Nous proposons une méthode de réduction des données qui consiste à ajouter dans un système de référence commun les images correspondant aux positions successives d'une région d'absorption sur le disque. L'influence des divers paramètres qui définissent la structure d'absorption sur le contraste et la largeur de la région d'absorption telle qu'elle est observée dans les données réduites, est étudiée en fonction de la dispersion spectrale de l'instrument, de même que les effets produits par des hypothèses erronées sur la position longitudinale de cette structure. Comparé un spectrographe à fente de caractéristiques identiques, le concept à réseau objectif, dans la mesure où il est optimisé pour les bandes d'absorption intéressantes, apparait présenter un avantage significatif en termes de sensibilité, de couverture spatiale simultanée et de souplesse dans le traitement des données.