Study and implementation of the end-to-end data pipeline for the virtis imaging spectrometer onboard Venus Express: "from science operations planning to data archiving and higher level processing"

Questa tesi di dottorato espone le attività svolte durante il programma di ricerca di due anni presso l'Istituto Nazionale di AstroFisica a Roma, Italia, come membro del Team Scientifico e Tecnico dello strumento VIRTIS, più un anno aggiuntivo presso l'European Space Astronomy Center a Madrid, Spagna, come membro del Ground Segment Scientifico della missione spaziale Mars Express. Questo documento riassume lo studio di tutte le sezioni del Ground Segment Scientifico della Missione Venus Express, dalla pianificazione scientifica delle operazioni fino alla generazione, calibrazione ed archiviazione dei dati, inclusa l'elaborazione di prodotti ad alto livello. Qui si presenta e si discute il diagramma "end-to-end" dal punto di vista scientifico e tecnico, e descriviamo il flusso globale d'informazione: dalle richieste scientifiche originali dei ricercatori principali, alle operazioni in volo, l'analisi delle misure finali e l'interpretazione dei dati scientifici. Questi risultati ottenuti sono usati come punto d'inizio per la pianificazione di nuove osservazioni, ricominciando il ciclo e chiudendo così il diagramma globale. In questo documento si porge speciale attenzione alla descrizione dell'implementazione della "pipeline" di dati dello strumento VIRTIS su Venus Express. Durante il programma di ricerca, sono state sviluppate le procedure di generazione, calibrazione ed elaborazione dati, che sono adesso usate periodicamente in modo automatico per elaborare i dati grezzi ed i prodotti calibrati a partire dai pacchetti di telemetria generati dallo strumento in volo. I prodotti finali presentati in questo lavoro sono attualmente utilizzati da tutto il team scientifico di VIRTIS per l'analisi dei dati, e sono distribuiti a tutta la comunità  scientifica mediante l'Archivio di Scienza Planetaria (PSA) dell'ESA. Fino ad oggi, sono stati prodotti più di 20,000 file grezzi e circa 10,000 file calibrati, dopo quattro anni di missione in volo attorno a Venere. Nella parte finale della Tesi, si presentano alcuni metodi avanzati d'elaborazione dei dati, sviluppati per il canale -M (Mapping) dello strumento VIRTIS. Questi metodi sono stati implementati per la generazione di mappe ad alto livello di radianza misurata su tutto il pianeta, che possono essere utilizzate per migliorare la comprensione della dinamica e morfologia globale dell'atmosfera venusiana. Questi metodi sono attualmente usati per confrontare emissioni provenienti da diversi livelli dell'atmosfera, dalla superficie fino all'alta ionosfera, usando i valori misurati dallo strumento a diverse bande, come le finestre del CO2 (1.7 μm e 2.3 μm), le mappe di temperature nel infrarosso termico, o tante altre emissioni caratteristiche della parte giorno e notte del pianeta. Questa ricerca è stata portata avanti sotto la guida e la supervisione di, Giuseppe Piccioni, co-Principal Investigator di VIRTIS presso IASF-Roma, con il supporto di tutto il team tecnico e scientifico dello strumento, in particolare dai responsabili dell'archivio presso LESIA-Parigi. Questo lavoro è stato fatto anche in colaborazione con i centri di operazioni scientifiche e di missione (SOC/MOC) dell'ESA a Madrid e Darsmstadt, con la ditta Techno Systems per la validazione del software EGSE, con i responsabili di sviluppo dello strumento presso Galileo Avionica, e con DLR Berlin per le modifiche del software di bordo dello strumento. I risultati ottenuti dal lavoro tecnico e scientifico presentato qui sono attualmente usati dal team di VIRTIS per continuare le ricerche sull'atmosfera di Venere, per pianificare nuove misure ed in generale per migliorare la conoscenza globale sul sistema solare. Alla fine di questo documento mostriamo alcuni dei contributi tecnici e scientifici che sono stati pubblicati in diverse riviste scientifiche e conferenze internazionali, ed in molti articoli dell'ESA a scopo divulgativo.