The search for water has been vital in our solar system as water indicates a potential for life. The search has been extended to satellites orbiting the outer planets. It has already been proven that water exists on Saturn’s moon, Enceladus, where the spacecraft Cassini did a flyby through a water plume. The study of the water plumes has been implemented on Jupiter’s moon, Europa, where there are signs of an underwater ocean existing. Several studies have implemented an analytical model for the gas distribution of plumes to match the detected signals with their method of plotting the distribution of water gas. In this report, we quantitatively analyzed plume distributions used in studies by Roth et al. (2014), Blöcker et al. (2016), Sparks et al. (2016), Jia et al. (2019), Arnold et al. (2019), and Huybrighs et al. (2020). In these plume studies there are 2 different plume shapes used, namely the expanding teardrop and the expanding circular shape. Different scale heights are used for the teardrop shape, leading to either shorter or longer appearance of the teardrop plume. Comparing the plume distribution of these analytical plumes, Roth’s method is the most sensitive one in this category, meaning that Roth’s plume model had the lowest quantity in terms of the density distribution values. Arnold’s plume model is the densest for altitudes below roughly 300km and Huybrigh’s plume model for altitudes above 300km. In terms of the vertical and the horizontal column densities and the total number of molecules, the most sensitive method in each category was Jia’s, Roth’s, and Blöcker’s plume model respectively. Our results suggest that the plume models are rather inconsistent with each other quantitatively. / Sökandet efter vatten har varit avgörande i vårt solsystem eftersom vatten indikerar en potential för liv. Sökandet har utvidgats till satelliter som kretsar kring de yttre planeterna. Det har redan bevisats att vatten finns på Saturnus måne, Enceladus där rymdfarkosten Cassini flyger förbi genom en vattenplym. Studiet av vattenplymer har genomförts på Jupiters måne, Europa, där det finns tecken på att ett undervattenshav existerar. Flera studier har implementerat en analytisk modell för gasfördelning av plymer för att matcha de detekterade signalerna med deras metod för att plotta fördelningen av vattengas. I den här rapporten analyserade vi kvantitativt plymfördelningar som används i studier av Roth et al. (2014), Blöcker et al. (2016), Sparks et al. (2016), Jia et al. (2019), Arnold et al. (2019) och Huybrighs et al. (2020). I dessa plymstudier används 2 olika plymformer, nämligen den expanderande tårformen och den expanderande cirkulära formen. Olika skalhöjder används för droppformen, vilket leder till antingen kortare eller längre utseende av droppplymen. Om man jämför plymens fördelning av dessa analytiska plymer, är Roths plymmodell den mest känsliga. Arnolds plymmodell är den tätaste för höjder under ungefär 300 km och Huybrighs plymmodell för höjder över 300 km. När det gäller de vertikala och horisontella kolumndensiteterna och det totala antalet molekyler var den känsligaste plymmodellen Jias, Roths respektive Blöckers plymmodell. Våra resultat tyder på att plymmodellerna är ganska inkonsekventa med varandra kvantitativt.

This study investigates the presence of water vapor plumes in the region south of Enceladus, a moon in the Saturnian system, through observations conducted by the James Webb Space Telescope. Enceladus is believed to harbor a subsurface ocean or localized water reservoir that gives rise to water geysers, expelling vapor into its tenuous atmosphere and outer space. On the 9th of November 2022, the James Webb Space Telescope made its first observations of the satellite using its Near-Infrared Spectrograph. The instrument's high sensitivity and spectral resolution offer the potential to measure these Enceladus' water vapor plumes, providing an opportunity to study this feature from a telescope located near Earth. However, it remains uncertain whether the obtained results are consistent with previous missions or if the instrument is even capable of conducting detailed examinations of the plumes. Hence, the primary objective of this research is to gain insights into the methodology of conducting scientific investigations of Enceladus and to understand the available data. More specifically, the aim is to verify the presence of the moon's water vapor plumes through a comprehensive analysis of the obtained data. The approach involves deriving spectral maps and extracting residual spectra that are used for comparisons with a reference spectrum entailing known water vapor emission features. The results reveal distinct emission peaks in the extracted spectra that closely resemble the features of water vapor. Additionally, the calculated column density of 6.25 - 8.25E+14 cm-2 over a region of 8.16E+07 km2 closely aligns with observations from the Herschel Space Observatory and Cassini mission. This outcome strongly supports the hypothesis that water vapor plumes are present in the area south of Enceladus, verifying the feasibility of using the James Webb Space Telescope for detecting and studying the characteristics of Enceladus' plumes. / Denna studie utforskar Enceladus' vattenplymer, en måne i Saturnussystemet, genom observationer utförda av James Webb Space Telescope. Det antas att Enceladus har en underjordisk ocean eller en lokaliserad vattenreservoar som ger upphov till vattengejsrar som sprutar ut ånga i dess tunna atmosfär och rymden. Den 9:e november 2022 genomförde James Webb-rymdteleskopet sina första observationer av satelliten med hjälp av sin nära-infraröda spektrograf. Instrumentets höga känslighet och spektrala upplösning erbjuder möjligheten att mäta Enceladus vattenplymer och därigenom möjliggöra studier av denna egenskap från ett teleskop beläget nära jorden. Det är emellertid fortfarande osäkert om de erhållna resultaten är förenliga med tidigare uppdrag eller om instrumentet ens är kapabelt att genomföra detaljerade undersökningar av plymer. Det primära syftet med denna forskning är att få insikt i metodologin för att utföra vetenskapliga undersökningar av Enceladus och att förstå den tillgängliga datan. Mer specifikt är målet att verifiera närvaron av vattenånga i månens plymer genom en omfattande analys av den insamlade datan. Metoden innefattar framställning av spektrala kartor och extrahering av restspektra. Därefter görs jämförelser mellan de extraherade spektrana och ett referensspektrum med kända emissionslinjer för vattenånga. Resultaten visar tydliga emissionspektrum i de extraherade spektrana som starkt liknar egenskaperna hos vattenånga. Dessutom stämmer den beräknade kolumn densiteten på 6.25 - 8.25E+14 cm-2 över ett område på 8,16E+07 km2 väl överens med observationer från Herschel Space Observatory och Cassini-uppdraget. Denna slutsats stöder starkt hypotesen att vattenånga finns i Enceladus' plymer och bekräftar möjligheten att använda James Webb Space Telescope för att detektera och studera egenskaperna hos Enceladus' plymer.

Plume-spacecraft interactions play an important role in the performance and integrity of spacecraft during their missions in space. The study encompasses a thruster’s plume simulation and its impact on spacecraft geometries to understand and predict the effects and consequences of the impingement on spacecraft surfaces, such as erosion, contamination, forces, and torques. The initial focus of the thesis is to simulate an electric thruster current density for both space and vacuum chamber measurements. This estimates the artificial broadening of the plume produced by low-pressure background air particles inside a vacuum chamber. Subsequently, the study adopts a conservative approach by considering a current density obtained from vacuum chamber measurements, which allowed for an evaluation of the potential effects on spacecraft surfaces, thus delivering insights into erosion, contamination, as well as the distribution of forces and torques. The results highlight the importance of considering spacecraft charging in plume interactions, as the surface potential significantly affects the impact of the thruster’s plume on spacecraft surfaces. The outcome obtained throughout this project suggests that the effects of particle impingement on erosion, contamination, forces, and torques in plume-spacecraft interactions are influenced by the thruster location and the spacecraft’s surface potential. It is important to note that additional factors, including thermal effects, radiation, and magnetic fields, which were not addressed in this thesis, may also pose potential threats to spacecraft performance and should be considered in future investigations. / Interaktioner mellan plym och rymdfarkoster spelar en viktig roll i rymdfarkosternas prestanda och integritet under deras uppdrag i rymden. Studien omfattar simulering av en raketmotors plym och dess inverkan på rymdfarkostens geometrier för att förstå och förutsäga effekterna och konsekvenserna av kollisionen på rymdfarkostens ytor, såsom erosion, förorening, krafter och vridmoment. Avhandlingens initiala fokus är att simulera strömtäthet i plymen från en elektrisk raketmotor för både rymd- och vakuumkammarmätningar. Detta uppskattar den artificiella expansionen av plymen som produceras av de molekyler som närvarar i det låga trycket inuti en vakuumkammare. Därefter antar studien ett konservativt tillvägagångssätt genom att överväga en strömtäthet erhållen från vakuumkammarmätningar, vilket möjliggjorde en utvärdering av de potentiella effekterna på ytorna på en rymdfarkost, och därmed leverera insikter om erosion, förorening, såväl som fördelningen av krafter och vridmoment. Resultaten understryker vikten av att överväga laddning av rymdfarkoster i plyminteraktioner, eftersom ytpotentialen signifikant påverkar raketmotorplymens påverkan på rymdfarkostens ytor. Resultatet som erhållits genom hela detta projekt tyder på att effekterna av partikelkollision på erosion, förorening, krafter och vridmoment i växelverkan mellan plym och rymdfarkoster påverkas av raketmotorns placering och rymdfarkostens ytpotential.