[論文レビュー] H2O- and OH-bearing minerals in the Martian regolith: Analysis of 1997 observations from HST/NICMOS

E. Z. Noe Dobrea, J. F. Bell+2 more|ArXiv.org|Dec 3, 2002

Planetary Science and ExplorationPhysics and Astronomy参考文献 64被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、1997年7月のハッブル宇宙望遠鏡/NICMOS観測を用い、約60 km/ピクセルの解像度で近赤外フィルター（狭帯域および中帯域）を用いて火星の風化層内の水分状態を分析する。アシダリア・プランitiaおよびその周辺地域において、スペクトル的に異なる地形を同定し、北部アシダリアおよび中程度のアルベドを持つ地形では水分子（H₂O）またはヒドロキシル（OH）を含む鉱物の証拠を示すが、南部の暗黒地形では認められないことから、表面の水分状態に地域差があることが示唆される。

ABSTRACT

We have analyzed observations of the Acidalia hemisphere of Mars taken by the Hubble Space Telescope's Near-Infrared Camera Multi-Object Spectrograph (HST/NICMOS) during July of 1997 (Ls = 152 degrees, northern Martian summer). The data consist of images at ~60 km/pixel resolution, using both narrow- and medium-band filters specifically selected to allow us to study the hydration state of the Martian surface. Calibration was performed by comparison to Phobos-2 ISM observations of overlapping regions, and atmospheric gas correction was performed by modeling the atmosphere for each pixel using a line-by-line radiative transfer code coupled with the MOLA altimetry data. Our results indicate the presence of at least three spectrally different large-scale (>1000 km diameter) terrains corresponding to the dark regions of northern Acidalia, the southern hemisphere classical dark terrain, and the classical intermediate terrain adjacent to southern Acidalia. We also identified two other spectrally unique terrains, corresponding to the northern polar ice cap, and to the southern winter polar hood. Comparisons with mineral spectra indicate the possibility of different H2O- or OH-bearing (i.e., hydroxides and/or hydrates) minerals existing both in northern Acidalia and in the nearby intermediate albedo terrain. Hydrated minerals do not appear to be spectrally important components of the southern hemisphere dark terrains imaged by HST in 1997.

研究の動機と目的

• 1997年7月のハッブル宇宙望遠鏡/NICMOSデータを用いて、火星表面の水分状態を評価すること。
• 水酸化物や水和物を示唆する特徴的なスペクトルを示す大規模な地形を同定すること。
• 観測スペクトルと鉱物標準を比較し、水酸化物または水和物の存在を推定すること。
• 大気の干渉および表面アルベドの影響を補正し、表面の水分状態信号を分離すること。
• アシダリア地域およびその周辺地形における水分状態の空間的変動を特定すること。

提案手法

• HST/NICMOSを用いて、H₂OおよびOHの吸収特徴を検出できるように調整された近赤外の狭帯域および中帯域フィルターによる画像を取得した。
• 重複領域のフェーボス2-ISM観測を用いて、スペクトルの一貫性を保つためにデータをキャリブレーションした。
• MOLA高度計データを用いて、ピクセルごとの大気ガス吸収を補正するため、ライン・バイ・ライン放射移動モデリングを適用した。
• スペクトル解析を実施し、水分状態を示す特徴的な吸収ピークを持つ地形を同定した。
• 観測スペクトルと実験室で得られた鉱物スペクトルを比較し、特定のH₂OまたはOH含有相の可能性を評価した。
• 極域の氷帽および季節的極域の覆いを含む、スペクトル的に特徴的な領域の空間的分布をマッピングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1997年HST/NICMOSデータに基づき、アシダリア半球における水分特徴の空間的分布はどのようになっているか？
• RQ2 アシダリアの北部および南部の暗黒地形に、H₂OまたはOH含有鉱物は検出可能か？
• RQ3 大気および表面アルベドの影響が、データにおける水分状態信号の解釈にどのように作用するか？
• RQ4 どの大規模な地形が、水酸化物や水和物を示唆するスペクトル的に特徴的なシグナチャーを示しているか？
• RQ5 南部の暗黒地形に強い水分特徴が認められないという事実が、火星の表面プロセスにどのような意味を持つのか？

主な発見

• 直径1000 kmを超える大規模な（>1000 km）3つの地形が、特徴的なスペクトルシグナチャーを示すと同定された：北部アシダリア、南部古典的暗黒地形、および隣接する中程度のアルベド地形。
• 2つの追加のスペクトル的に特徴的な領域が検出された：北極の氷帽および南半球の冬期極域の覆い。
• 鉱物標準とのスペクトル比較に基づき、北部アシダリアおよびその周辺の中程度のアルベド地形に、H₂OまたはOH含有鉱物の証拠が確認された。
• 1997年に撮影された南部半球の暗黒地形では、顕著な水分特徴は検出されず、これらの地域にはスペクトル的に支配的な水和物を含む鉱物が存在しないことが示唆された。
• スペクトルの違いは、表面の水分状態に地域的不均一性があることを示唆し、過去または現在の水活動に影響を及ぼす可能性がある。
• ライン・バイ・ライン放射移動モデルとMOLAデータを用いた大気補正により、表面の水分状態検出の正確性が顕著に向上した。