The Thermal Emission Spectrometer (TES) investigation on Mars Global Surveyor (MGS) is aimed at determining (1) the composition of surface minerals, rocks, and ices; (2) the temperature and dynamics of the atmosphere; (3) the properties of the atmospheric aerosols and clouds; (4) the nature of the polar regions; and (5) the thermophysical properties of the surface materials. These objectives are met using an infrared (5.8‐ to 50‐μm) interferometric spectrometer, along with broadband thermal (5.1‐ to 150‐μm) and visible/near‐IR (0.3‐ to 2.9‐μm) radiometers. The MGS TES instrument weighs 14.47 kg, consumes 10.6 W when operating, and is 23.6×35.5×40.0 cm in size. The TES data are calibrated to a 1‐σ precision of 2.5 −6 ×10 −8 W cm −2 sr −1 /cm −1 , 1.6×10 −6 W cm −2 sr −1 , and ∼0.5 K in the spectrometer, visible/near‐IR bolometer, and IR bolometer, respectively. These instrument subsections are calibrated to an absolute accuracy of ∼4×10 −8 W cm −2 sr −1 /cm −1 (0.5 K at 280 K), 1–2%, and ∼1–2 K, respectively. Global mapping of surface mineralogy at a spatial resolution of 3 km has shown the following: (1) The mineralogic composition of dark regions varies from basaltic, primarily plagioclase feldspar and clinopyroxene, in the ancient, southern highlands to andesitic, dominated by plagioclase feldspar and volcanic glass, in the younger northern plains. (2) Aqueous mineralization has produced gray, crystalline hematite in limited regions under ambient or hydrothermal conditions; these deposits are interpreted to be in‐place sedimentary rock formations and indicate that liquid water was stable near the surface for a long period of time. (3) There is no evidence for large‐scale (tens of kilometers) occurrences of moderate‐grained (>50‐μm) carbonates exposed at the surface at a detection limit of ∼10%. (4) Unweathered volcanic minerals dominate the spectral properties of dark regions, and weathering products, such as clays, have not been observed anywhere above a detection limit of ∼10%; this lack of evidence for chemical weathering indicates a geologic history dominated by a cold, dry climate in which mechanical, rather than chemical, weathering was the significant form of erosion and sediment production. (5) There is no conclusive evidence for sulfate minerals at a detection limit of ∼15%. The polar region has been studied with the following major conclusions: (1) Condensed CO 2 has three distinct end‐members, from fine‐grained crystals to slab ice. (2) The growth and retreat of the polar caps observed by MGS is virtually the same as observed by Viking 12 Martian years ago. (3) Unique regions have been identified that appear to differ primarily in the grain size of CO 2 ; one south polar region appears to remain as black slab CO 2 ice throughout its sublimation. (4) Regional atmospheric dust is common in localized and regional dust storms around the margin and interior of the southern cap. Analysis of the thermophysical properties of the surface shows that (1) the spatial pattern of albedo has changed since Viking observations, (2) a unique cluster of surface materials with intermediate inertia and albedo occurs that is distinct from the previously identified low‐inertia/bright and high‐inertia/dark surfaces, and (3) localized patches of high‐inertia material have been found in topographic lows and may have been formed by a unique set of aeolian, fluvial, or erosional processes or may be exposed bedrock.

During the passage of Voyager 1 through the Saturn system, the infrared instrument acquired spectral and radiometric data on Saturn, the rings, and Titan and other satellites. Infrared spectra of Saturn indicate the presence of H(2), CH(4), NH(3), PH(3), C(2)H(2), C(2)H(6), and possibly C(3)H(4) and C(3)H(8). A hydrogen mole fraction of 0.94 is inferred with an uncertainty of a few percent, implying a depletion of helium in the atmosphere of Saturn relative to that of Jupiter. The atmospheric thermal structure of Saturn shows hemisphere asymmetries that are consistent with a response to the seasonally varying insolation. Extensive small-scale latitudinal structure is also observed. On Titan, positive identifications of infrared spectral features are made for CH(4), C(2)H(2), C(2)H(4), C(2)H(6), and HCN; tentative identifications are made for C(3)H(4) and C(3)H(8). The infrared continuum opacity on Titan appears to be quite small between 500 and 600 cm(-1), implying that the solid surface is a major contributor to the observed emission over this spectral range; between 500 and 200 cm(-1) theopacity increases with decreasing wave number, attaining an optical thickness in excess of 2 at 200 cm(-1). Temperatures near the 1-millibar level are independent of longitude and local time but show a decrease of approximately 20 K between the equator and north pole, which suggests a seasonally dependent cyclostrophic zonal flow in the stratosphere of approximately 100 meters per second. Measurements of the C ring of Saturn yield a temperature of 85 +/- 1 K and an infrared optical depth of 0.09 +/- 0.01. Radiometer observations of sunlight transmitted through the ring system indicate an optical depth of 10(-1.3 +/-0.3) for the Cassini division. A phase integral of 1.02 +/- 0.06 is inferred for Rhea, which agrees with values for other icy bodies in the solar system. Rhea eclipse observations indicate the presence of surface materials with both high and low thermal inertias, the former most likely a blocky component and the latter a frost.

The Cassini spacecraft completed three close flybys of Saturn's enigmatic moon Enceladus between February and July 2005. On the third and closest flyby, on 14 July 2005, multiple Cassini instruments detected evidence for ongoing endogenic activity in a region centered on Enceladus' south pole. The polar region is the source of a plume of gas and dust, which probably emanates from prominent warm troughs seen on the surface. Cassini's Composite Infrared Spectrometer (CIRS) detected 3 to 7 gigawatts of thermal emission from the south polar troughs at temperatures up to 145 kelvin or higher, making Enceladus only the third known solid planetary body—after Earth and Io—that is sufficiently geologically active for its internal heat to be detected by remote sensing. If the plume is generated by the sublimation of water ice and if the sublimation source is visible to CIRS, then sublimation temperatures of at least 180 kelvin are required.

The Thermal Emission Spectrometer (TES) instrument on the Mars Global Surveyor (MGS) mission has discovered a remarkable accumulation of crystalline hematite (α‐Fe 2 O 3 ) that covers an area with very sharp boundaries approximately 350 by 350–750 km in size centered near 2°S latitude between 0° and 5°W longitude (Sinus Meridiani). Crystalline hematite is uniquely identified by the presence of fundamental vibrational absorption features centered near 300, 450, and >525 cm −1 and by the absence of silicate fundamentals in the 1000 cm −1 region. Spectral features resulting from atmospheric CO 2 , dust, and water ice were removed using a radiative transfer model. The spectral properties unique to Sinus Meridiani were emphasized by removing the average spectrum of the surrounding region. The depth and shape of the hematite fundamental bands show that the hematite is crystalline and relatively coarse grained (>5–10 μm). Diameters up to and greater than hundreds of micrometers are permitted within the instrumental noise and natural variability of hematite spectra. Hematite particles <5–10 μm in diameter (as either unpacked or hard‐packed powders) fail to match the TES spectra. The spectrally derived areal abundance of hematite varies with particle size from ∼10% (>30 μm diameter) to 40–60% (10 μm diameter). The hematite in Sinus Meridiani is thus distinct from the fine‐grained (diameter <5–10 μm), red, crystalline hematite considered, on the basis of visible, near‐IR data, to be a minor spectral component in Martian bright regions like Olympus‐Amazonis. Sinus Meridiani hematite is closely associated with a smooth, layered, friable surface that is interpreted to be sedimentary in origin. This material may be the uppermost surface in the region, indicating that it might be a late stage sedimentary unit or a layered portion of the heavily cratered plains units. We consider five possible mechanisms for the formation of coarse‐grained, crystalline hematite. These processes fall into two classes depending on whether they require a significant amount of near‐surface water: the first is chemical precipitation that includes origin by (1) precipitation from standing, oxygenated, Fe‐rich water (oxide iron formations), (2) precipitation from Fe‐rich hydrothermal fluids, (3) low‐temperature dissolution and precipitation through mobile ground water leaching, and (4) formation of surface coatings, and the second is thermal oxidation of magnetite‐rich lavas. Weathering and alteration processes, which produce nanophase and red hematite, are not consistent with the coarse, crystalline hematite observed in Sinus Meridiani. We prefer chemical precipitation models and favor precipitation from Fe‐rich water on the basis of the probable association with sedimentary materials, large geographic size, distance from a regional heat source, and lack of evidence for extensive groundwater processes elsewhere on Mars. The TES results thus provide mineralogic evidence for probable large‐scale water interactions. The Sinus Meridiani region may be an ideal candidate for future landed missions searching for biotic and prebiotic environments, and the physical characteristics of this site satisfy all of the engineering requirements for the missions currently planned.

Temperatures obtained from early Cassini infrared observations of Titan show a stratopause at an altitude of 310 kilometers (and 186 kelvin at 15 degrees S). Stratospheric temperatures are coldest in the winter northern hemisphere, with zonal winds reaching 160 meters per second. The concentrations of several stratospheric organic compounds are enhanced at mid- and high northern latitudes, and the strong zonal winds may inhibit mixing between these latitudes and the rest of Titan. Above the south pole, temperatures in the stratosphere are 4 to 5 kelvin cooler than at the equator. The stratospheric mole fractions of methane and carbon monoxide are (1.6 +/- 0.5) x 10(-2) and (4.5 +/- 1.5) x 10(-5), respectively.

The infrared spectroscopy experiment on Mariner 9 provides extensive information on the Martian environment, including spatial, diurnal, and secular dependences of atmospheric and surface parameters. Measurements obtained during and after the planet-wide dust storm indicate that large diurnal variations in atmospheric temperature existed up to at least 30 km; winds inferred from the temperature fields show a strong tidal component and significant ageostrophic behavior. With the dissipation of the dust, the maximum in the atmospheric temperature field moved from approximately latitude -60° and late afternoon local time to near the subsolar point in latitude and time. Analysis of spectral features due to the atmospheric dust indicates a SiO2 content of 60 ± 10%, implying that substantial geochemical differentiation has occurred. Water vapor estimates indicate abundances of 10–20 precipitable micrometers, less than has been inferred by ground-based methods in similar phases of previous Martian seasons. Between November 1971 and April 1972 no gross latitudinal or temporal dependence in the water vapor distribution has been detected from the south polar region to the equator. Water vapor has not been detected over the north polar regions. Surface pressure mapping has been carried out from which topographic relief of nearly two pressure scale heights is inferred. Extensive regions have been found where the surface pressure exceeds the triple-point pressure of water.