[論文レビュー] Mars surface albedo and changes

M. Vincendon, J. Audouard+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2014

Planetary Science and Exploration被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、2004年から2010年までのOMEGA画像分光計データを用いて、火星の全波長太陽半球アルベドをマッピングする新しい手法を提示する。大気中のエアロゾル、表面の光度特性、機器に起因する影響を考慮している。その結果、明るい領域の表面アルベドは、従来の推定値に比べ平均で17%高いことが判明した。特に2007年のグローバルチリストームとその翌年には、薄いチリ被膜であっても、下層の鉱物学的特徴を隠すことがあるが、チリストームに起因する顕著な変化が見られた。

ABSTRACT

The pervasive Mars dust is continually transported between the surface and the atmosphere. When on the surface, dust increases the albedo of darker underlying rocks and regolith, which modifies climate energy balance and must be quantified. Remote observation of surface albedo absolute value and albedo change is however complicated by dust itself when lifted in the atmosphere. Here we present a method to calculate and map the bolometric solar hemispherical albedo of the Martian surface using the 2004 - 2010 OMEGA imaging spectrometer dataset. This method takes into account aerosols radiative transfer, surface photometry, and instrumental issues such as registration differences between visible and near-IR detectors. Resulting albedos are on average 17% higher than previous estimates for bright surfaces while similar for dark surfaces. We observed that surface albedo changes occur mostly during the storm season due to isolated events. The main variations are observed during the 2007 global dust storm and during the following year. A wide variety of change timings are detected such as dust deposited and then cleaned over a Martian year, areas modified only during successive global dust storms, and perennial changes over decades. Both similarities and differences with previous global dust storms are observed. While an optically thin layer of bright dust is involved in most changes, this coating turns out to be sufficient to mask underlying mineralogical near-IR spectral signatures. Overall, changes result from apparently erratic events; however, a cyclic evolution emerges for some (but not all) areas over long timescales.

研究の動機と目的

• リモートセンシングデータにおける大気中のエアロゾルおよび機器に起因するアーチファクトを考慮することで、火星表面アルベド測定の正確性を向上させること。
• 表面へのチリの堆積および除去がアルベドに与える影響を定量化し、惑星の気候エネルギー収支に与える影響を明らかにすること。
• 複数の火星年におけるアルベド変化のタイミング、期間、空間的パターンを調査すること、特にグローバルチリストームの前後を重点的に検討すること。
• アルベド変化が一時的な出来事に起因するのか、長期的な周期的挙動に起因するのかを特定し、表面鉱物学の検出可能性に与える影響を評価すること。
• 放射線輸送モデルと多波長キャリブレーションを統合することで、過去のアルベド推定値との乖離を解消すること。

提案手法

• 2004年から2010年までのOMEGA画像分光計データを用い、火星の半球全域における表面アルベドを導出する。
• 可視光および近赤外域のスペクトル範囲において、大気中のエアロゾル効果を補正するための放射線輸送モデルを適用する。
• 方向性反射率の変動および表面粗さの影響を考慮するため、表面光度モデルを統合する。
• 可視光および近赤外光検出器間の機器によるずれ（ミスレジストレーション）を補正し、スペクトルの一貫性を確保する。
• スペクトル的および空間的データを統合し、全波長（半球）アルベドを計算する。太陽スペクトル全体にわたって積分する。
• 結果の正確性とバイアスを評価するため、既知の表面特性および過去のアルベド推定値と照合して妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大気中のチリは、火星におけるリモートセンシングによる表面アルベド測定の正確性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 チリストームは表面アルベドにどの程度の影響を及ぼし、その変化の主な時間的パターンは何か？
• RQ3 明るい領域および暗い領域の表面アルベドの真の大きさは何か？ また、過去の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 薄いチリ被膜は、近赤外スペクトルにおける下層鉱物の特徴を隠す可能性があるのか？ どのような条件下でそうなるか？
• RQ5 表面アルベドの変化に長期的な周期的挙動の証拠があるのか、それとも完全に確率的変動に起因するのか？

主な発見

• 明るい領域の表面アルベドは、従来の推定値に比べ平均で17%高いことが判明し、過去のモデルが顕著に低く推定していたことが示された。
• アルベドの変化は主に孤立したチリストームに起因しており、特に2007年のグローバルチリストームおよびその翌年の火星年において顕著であった。
• 1つの火星年でチリの堆積とその後の清掃が観測されたほか、連続するグローバルチリストームでのみ変化が見られたケース、数十年にわたって持続する変化が観測されたケースなど、多様なアルベド変化行動が観察された。
• 光学的に薄いにもかかわらず、チリ被膜は下層鉱物の近赤外スペクトル的特徴を十分に隠蔽する可能性がある。
• 多くのアルベド変化は一見したところ不規則に思えるが、長期間にわたるスケールで一部の地域では周期的な変化パターンが浮き彫りになった。ただし、これは普遍的ではない。
• 本手法は大気中のエアロゾルおよび機器によるずれを適切に補正できており、従来の手法に比べてより正確で一貫性のあるアルベドマップを生成できた。