Europa is one of the most interesting satellites in the solar system in the search ofextra-terrestrial life, as it harbours an interior water ocean under its icy surface. Watervapour in Europa’s atmosphere has been previously observed, suggesting water plumeeruptions from the surface. These plumes could potentially originate from the subsurfaceocean, and as such contain ocean constituents that can be examined in orbit. Twoobservations of Europa’s far-ultraviolet shadow on Jupiter were made by the HubbleSpace Telescope in 2018 and 2019. It was observed in Lyman-α (1 216 Å), a spectral lineof hydrogen. This study investigates the imaged Lyman-α shadow in search of potentialplumes at the shadow limb. Examining the shadow instead of the moon itself is a newmethod of remotely studying the Europan atmosphere. Forward modelling is applied tocreate artificial images that are compared to the observations. Any anomalies aroundthe shadow limb are then analysed and evaluated for their statistical significance. Twonoteworthy outliers are found at the limb (one on each occasion) corresponding to H2Oline of sight column densities of 3.07×1017 cm−2 and 4.72×1016 cm−2, for the 2018 and2019 observation, respectively. They are not significant however, as they lie within threestandard deviations from the expected value (< 3σ). An upper limit on what columndensity is detectable in the data is computed, yielding 6.71×1016 cm−2 (using only 2019data due to a weak signal on the 2018 occasion). A constraint on the maximum possibleH2O column density at Europa is thus provided. The new method is shown to be usefulfor the intended purpose and could potentially be applied on other icy moons. / Europa är ett av solsystemets mest intressanta objekt i jakten på utomjordiskt liv, dådet finns ett hav av vatten under månens isiga yta. Vattenånga har tidigare observeratsi Europas atmosfär, vilket kan tyda på vattenplymer som skjuts ut från ytan i kraftigautbrott. Dessa plymer kan möjligtvis ha sitt ursprung i månens inre hav, de kandärför möjliggöra en analys av havsvattnets beståndsdelar i omloppsbana. Europasultravioletta skugga på Jupiter observerades vid två tillfällen 2018 och 2019, av HubbleSpace Telescope. Observationerna gjordes i Lyman-α (1 216 Å), en spektrallinje hos väte.Denna studie undersöker den avbildade skuggan i Lyman-α för att söka efter potentiellavattenplymer vid skuggans rand. Att undersöka skuggan istället för själva månen är en nymetod för att studera Europas atmosfär genom fjärranalys. Metoden forward modellinganvänds för att skapa artificiella bilder, som jämförs med observationerna. Eventuellaavvikelser som hittas runt skuggans rand analyseras sedan och deras statistiska signifikansutvärderas. Två anmärkningsvärda avvikelser kan hittas vid randen (en vid varjeobservationstillfälle), som motsvarar H2O-kolumndensiteter på 3.07 × 1017 cm−2 och4.72 × 1016 cm−2, för 2018-observationen respektive 2019-observationen. Densiteternaär dock inte signifikanta, då de ligger inom tre standardavvikelser från deras förväntadevärden (< 3σ). Istället beräknas en övre gräns för vilken kolumndensitet som kandetekteras i datan, vilket ger 6.71 × 1016 cm−2 (där endast 2019-data används på grundav en svag signal hos 2018-observationen). Den högsta möjliga H2O-kolumndensitetenkan således begränsas. Den nya metoden visar sig vara användbar för det tänkta syftetoch kan eventuellt appliceras på andra ismånar.

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique. / This thesis determines the capability of detecting faint companions in the presence of speckle noise when performing space-based high-contrast imaging through spectral differential imagery (SDI) using a low-order Fabry-Perot etalon as a tunable filter. The performance of such a tunable filter is illustrated through the Tunable Filter Imager (TFI), an instrument designed for the James Webb Space Telescope (JWST). Using a TFI prototype etalon and a custom designed test bed, the etalon’s ability to perform speckle-suppression through SDI is demonstrated experimentally. Improvements in contrast vary with separation, ranging from a factor of 10 at working angles greater than 11 lambda/D and increasing up to a factor of 60 at 5 lambda/D. These measurements are consistent with a Fresnel optical propagation model which shows the speckle suppression capability is limited by the test bed and not the etalon. This result demonstrates that a tunable filter is an attractive option to perform high-contrast imaging through SDI. To explore the capability of space-based SDI using an etalon, we perform an end-to-end Fresnel propagation of JWST and TFI. Using this simulation, a contrast improvement ranging from a factor of 7 to 100 is predicted, depending on the instrument’s configuration. The performance of roll-subtraction is simulated and compared to that of SDI. The SDI capability of the Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), the science instrument module to replace TFI in the JWST Fine Guidance Sensor is also determined. Using low resolution, multi-band (0.85-2.4 um) multi-object spectroscopy, 104 objects towards the central region of the Orion Nebular Cluster have been assigned spectral types including 7 new brown dwarfs, and 4 new planetary mass candidates. These objects are useful for determining the substellar initial mass function and for testing evolutionary and atmospheric models of young stellar and substellar objects. Using the measured H band magnitudes, combined with our determined extinction values, the classified objects are used to create an Hertzsprung-Russell diagram for the cluster. Our results indicate a single epoch of star formation beginning 1 Myr ago. The initial mass function of the cluster is derived and found to be consistent with the values determined for other young clusters and the galactic disk.

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique. / This thesis determines the capability of detecting faint companions in the presence of speckle noise when performing space-based high-contrast imaging through spectral differential imagery (SDI) using a low-order Fabry-Perot etalon as a tunable filter. The performance of such a tunable filter is illustrated through the Tunable Filter Imager (TFI), an instrument designed for the James Webb Space Telescope (JWST). Using a TFI prototype etalon and a custom designed test bed, the etalon’s ability to perform speckle-suppression through SDI is demonstrated experimentally. Improvements in contrast vary with separation, ranging from a factor of 10 at working angles greater than 11 lambda/D and increasing up to a factor of 60 at 5 lambda/D. These measurements are consistent with a Fresnel optical propagation model which shows the speckle suppression capability is limited by the test bed and not the etalon. This result demonstrates that a tunable filter is an attractive option to perform high-contrast imaging through SDI. To explore the capability of space-based SDI using an etalon, we perform an end-to-end Fresnel propagation of JWST and TFI. Using this simulation, a contrast improvement ranging from a factor of 7 to 100 is predicted, depending on the instrument’s configuration. The performance of roll-subtraction is simulated and compared to that of SDI. The SDI capability of the Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), the science instrument module to replace TFI in the JWST Fine Guidance Sensor is also determined. Using low resolution, multi-band (0.85-2.4 um) multi-object spectroscopy, 104 objects towards the central region of the Orion Nebular Cluster have been assigned spectral types including 7 new brown dwarfs, and 4 new planetary mass candidates. These objects are useful for determining the substellar initial mass function and for testing evolutionary and atmospheric models of young stellar and substellar objects. Using the measured H band magnitudes, combined with our determined extinction values, the classified objects are used to create an Hertzsprung-Russell diagram for the cluster. Our results indicate a single epoch of star formation beginning 1 Myr ago. The initial mass function of the cluster is derived and found to be consistent with the values determined for other young clusters and the galactic disk.

Darstellungen der Planeten und ihrer Kinder gehörten zu den ersten paganen Bildern, die im Spätmittelalter produziert und rezipiert wurden. Während der rund 200 Jahre ihres hauptsächlichen Auftretens, bis zum Ende des 16. Jahrhunderts, erreichten sie eine enorme Popularität. Im Weltbild des Mittelalters und der frühen Neuzeit war jeder Mensch von dem Gestirn geprägt, unter dessen Einfluss er geboren wurde. Dieser Planet bestimmte, wie man körperlich und charakterlich beschaffen war, welchen Beruf man ausübte und welche gesellschaftliche Stellung man erwarten durfte. Der Geburtsmoment sorgte für eine lebenslange, familiäre Verbindung zum Gestirn, man wurde quasi zu dessen Kind. Die Macht der Sterne zeichnet die Entwicklung von der ersten Erwähnung der Planetenkinder in Schriftquellen, über die Herausbildung eines relativ stabilen ikonografischen Kanons in verschiedenen Medien, funktionsgebundene Variationen bis zum Aufgehen in anderen Bildgattungen nach. Die zumeist siebenteiligen Zyklen stellen sich als Teil eines weit ausgebauten Beziehungsgefüges und Verweissystems dar, in dem sich das jeweilige gesellschaftliche Bild der Zeit spiegelt. Die Darstellungen dokumentieren zudem zentrale Entwicklungen des individuellen Denkens bis zum Ende des 16. Jahrhunderts. Sie zeigen, wie das jeweils aktuelle kosmologische Verständnis und Wissen einem breiten Publikum durch Bilder vermittelt werden konnte, wie dies mit dem religiösen Leben vereinbar war oder sich im Alltag niederschlug. Planetenkinder-Darstellungen hatten im Verlauf ihrer Geschichte vielfältige Funktionen. In ihnen manifestierte sich die Vorstellung einer Einheit der Dinge in zahlreichen Analogien. Gezielt eingesetzt wurden die Bilder zur Markierung sozialer Aufstiege, politischer Interessen und der Reklamation von Machtansprüchen sowie der Repräsentation von Einfluss bzw. Verherrlichung von Auftraggebern. Die Bilder zeigen philosophische Diskurse auf, verweisen auf konkrete historische Ereignisse und bewerten diese. / Representations of the planets and their children were among the first pagan images to be produced and adopted in the late Middle Ages. During the circa 200 years in which they mainly appeared, up until the end of the sixteenth century, they became enormously popular. In the worldview of the Middle Ages and early modern era, every person was believed to be influenced by the celestial body under whose influence they were born. This planet determined one’s physical appearance and character, one’s profession, and the social standing one could expect. The moment of birth ensured the continuation of a life-long, familiar connection to this celestial body, and a person was effectively considered its “child”. Die Macht der Sterne traces these developments from the first written references to the children of the planets, through to the emergence of a relatively stable iconographical canon in various media, variations in terms of function, as well as their appearance in other pictorial genres. These cycles, usually consisting of seven parts, presented themselves as part of a highly elaborate relational structure and system of references which reflected the current social worldview. The images also document key developments in individual thought up until the end of the sixteenth century. They show how the prevailing understanding of the cosmos and knowledge could be communicated to a wide audience by means of imagery, how this was reconciled with religious life, and how it was reflected in everyday life. Over the course of their history, images of the children of the planets served a variety of functions. By means of a number of analogies they illustrated the notion of the unity of all things. These images were also consciously employed to underscore social advancement, political interests, and the reassertion of claims to power as well as representations of influence or the glorification of patrons. These depictions also highlight philosophical discourses and refer to concrete historical events while offering evaluations of these phenomena.

L’un des objectifs de cette thèse est d’interpréter les observations des principaux hydrocarbures(C2H2 et C2H6) effectuées par Cassini (NASA/ESA) sur Jupiter et Saturne. Les modèles photochimiques à une dimension sont insuffisants pour interpréter ces observations spatialement résolues. J’ai développé le premier modèle photochimique saisonnier à deux dimensions (altitude-latitude) des planètes géantes qui calcule leur composition chimique.En l’absence de transport méridional, la composition chimique de Saturne suit les variations d’ensoleillement. Les abondances de C2H2 et C2H6 mesurées par Cassini (Guerletet al., 2009) sont reproduites jusqu’aux latitudes moyennes, à des pressions supérieures à0,1mbar. Les écarts notés dans l’hémisphère sud suggèrent la présence de dynamique ou d’une chimie entre les ions et les espèces neutres. J’ai couplé, pour la première fois, mon modèle photochimique avec le modèle radiatif de Greathouse et al. (2008). Nous prédisons un décalage du pic saisonnier de température, par rapport aux précédents modèles, d’une demi-saison à haute altitude et aux hautes latitudes.Jupiter présente de faibles variations saisonnières de composition chimique, uniquement contrôlées par son excentricité. Les distributions méridionales observées de C2H2 etC2H6 présentent des tendances opposées (Nixon et al., 2010). Mon modèle est en accord avec les observations de C2H6 lorsque j’invoque une combinaison de diffusion méridionale et de circulation stratosphérique, tout en provoquant un plus grand désaccord avec les observations de C2H2. La chimie ionique pourrait principalement affecter C2H2 et jouer un rôle important dans l’atmosphère de Jupiter. / One of the goals of this thesis is to interpret the observations of the main hydrocarbons(C2H2 and C2H6) from Cassini (NASA/ESA) on Jupiter and Saturn. The one-dimensional photochemical models are insufficient to explain these spatially resolved observations. I have developed the first two-dimensional (altitude-latitude) seasonal photochemical model for the giant planets, which predicts their chemical composition.Without meridional transport, Saturn’s chemical composition follows the insolation variations. The C2H2 and C2H6 abundances measured by Cassini (Guerlet et al., 2009)are reproduced from the equator up to mid-latitudes, at pressures higher than 0.1mbar.At higher latitudes, the disagreements suggest either a stratospheric circulation cell orthe signature of ion-neutral chemistry. For the first time, I have coupled our seasonal photochemical model with the seasonal radiative model of Greathouse et al. (2008). I predict that the seasonal temperature peak is shifted half a season earlier, with respect to previous models, at high latitudes in the higher stratosphere.Jupiter shows weak seasonal variations of chemical composition, only controlled by its orbital eccentricity. The observed meridional distributions of C2H2 and C2H6 show opposition trends (Nixon et al., 2010). C2H6 observed distribution is reproduced when Isuppose a combination of meridional diffusion and stratospheric circulation, while causingat the same time a stronger agreement with the C2H2 observations. Accounting for theion-neutral chemistry might preferentially affect C2H2 and potentially play a key role on hydrocarbon abundances in Jupiter’s stratosphere.