[論文レビュー] Optical Properties of (162173) 1999 JU3: In Preparation for the JAXA Hayabusa 2 Sample Return Mission

Masateru Ishiguro, D. Kuroda+32 more|Jul 21, 2014

Atmospheric Ozone and Climate被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、JAXAのHayabusa 2サンプル・リターンミッションを支援するため、地上望遠鏡を用いた光度測定を通じてC型小惑星(162173)1999 JU3の光学的性質を特徴づけた。ShevchenkoおよびHapkeの光度モデルを適用することで、絶対等級H_V = 19.25 ± 0.03、位相傾き0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹、反対効果の振幅1.31 ± 0.05が得られ、表面粗さ20°を仮定した場合のHapkeパラメータはw = 0.041、g = -0.38、B₀ = 1.43、h = 0.050となり、典型的なC型小惑星と整合的である。

ABSTRACT

We investigated the magnitude-phase relation of (162173) 1999 JU3, a target asteroid for the JAXA Hayabusa 2 sample return mission. We initially employed the international Astronomical Union's H-G formalism but found that it fits less well using a single set of parameters. To improve the inadequate fit, we employed two photometric functions, the Shevchenko and Hapke functions. With the Shevchenko function, we found that the magnitude-phase relation exhibits linear behavior in a wide phase angle range (alpha = 5-75 deg) and shows weak nonlinear opposition brightening at alpha< 5 deg, providing a more reliable absolute magnitude of Hv = 19.25 +- 0.03. The phase slope (0.039 +- 0.001 mag/deg) and opposition effect amplitude (parameterized by the ratio of intensity at alpha=0.3 deg to that at alpha=5 deg, I(0.3)/I(5)=1.31+-0.05) are consistent with those of typical C-type asteroids. We also attempted to determine the parameters for the Hapke model, which are applicable for constructing the surface reflectance map with the Hayabusa 2 onboard cameras. Although we could not constrain the full set of Hapke parameters, we obtained possible values, w=0.041, g=-0.38, B0=1.43, and h=0.050, assuming a surface roughness parameter theta=20 deg. By combining our photometric study with a thermal model of the asteroid (Mueller et al. in preparation), we obtained a geometric albedo of pv = 0.047 +- 0.003, phase integral q = 0.32 +- 0.03, and Bond albedo AB = 0.014 +- 0.002, which are commensurate with the values for common C-type asteroids.

研究の動機と目的

• Hayabusa 2のサンプル・リターンミッションを支援するため、(162173)1999 JU3の正確な光学的性質を特定すること。
• 1つのパラメータセットで全位相角範囲にわたる明度-位相関係をうまくフィットできないIAUのH–G形式を改善すること。
• Hayabusa 2搭載カメラによる表面反射率マップ作成に使用する信頼性のある光度パラメータを導出すること。
• 表面反射率モデリングのためのHapkeモデルパラメータを制約し、特に最適なサンプル採取地点の選定に寄与すること。
• 光度モデルと熱モデルを統合し、C型小惑星の特徴に一致する幾何的アルベドおよびボンドアルベドを導出すること。

提案手法

• 2007–2008年および2011–2012年の好都合な接近時における(162173)1999 JU3の地上光学観測を実施し、さまざまな位相角でのディスク統合明度を測定した。
• 当初、IAUのH–G形式を適用したが、小規模（α < 2°）および大規模（α > 50°）の位相角においてデータのフィットが不十分であることが判明した。
• Shevchenkoの光度関数を用いて明度-位相関係をモデル化し、5°～75°の範囲で線形的挙動と5°未塔の弱い非線形反対効果の明るさ上昇をよりよく捉えることができた。
• Hapkeモデルをデータにフィットさせ、表面粗さパラメータθ̄を20°（C型小惑星の典型的値）に固定し、w、g、B₀、hの4つのパラメータの最良適合値を導出した。
• 光度結果と熱モデル（Müllerら、準備中）を統合し、幾何的アルベド（p_v）、位相積分（q）、ボンドアルベド（A_B）を導出した。
• 校正済みの明度-位相関係を用いて、Hayabusa 2搭載の光学ナビゲーションカメラ（ONC）および展開型カメラ（DCAM）のフラックスキャリブレーションを支援した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IAUのH–G形式は、(162173)1999 JU3の全位相角範囲にわたる明度-位相関係を一貫して適切に記述できるか？
• RQ2 特に反対位相付近において、JU3の位相曲線を最も正確に表現する方法は何か？また、それは表面特性に何を示唆するか？
• RQ3 観測データに基づいて、JU3のHapke光度モデルを制約できるか？また、その主要パラメータの妥当な値は何か？
• RQ4 導出されたアルベド値（幾何的、位相積分、ボンド）は、典型的なC型小惑星のものと比較してどうなるか？
• RQ5 光度モデルは、Hayabusa 2搭載光学機器の校正に、表面反射率マップ作成のための精度を保証するのにどの程度有効か？

主な発見

• IAUのH–G形式は、1つのパラメータセットを用いても、(162173)1999 JU3の全位相角範囲における明度-位相関係を適切にフィットできない。
• Shevchenko関数を用いることで、明度-位相関係は5°～75°の範囲で線形的挙動を示し、5°未塔では弱い非線形反対効果の明るさ上昇も捉えることができる。
• 絶対等級はH_V = 19.25 ± 0.03、位相傾きは0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹、反対効果の振幅（I(0.3°)/I(5°)）は1.31 ± 0.05と決定された。
• 表面粗さ20°を仮定したHapkeモデルでは、最良適合パラメータはw = 0.041、g = -0.38、B₀ = 1.43、h = 0.050となった。
• 幾何的アルベドはp_v = 0.047 ± 0.003、位相積分はq = 0.32 ± 0.03、ボンドアルベドはA_B = 0.014 ± 0.002と導出され、典型的なC型小惑星と整合的である。
• 本結果は、Hayabusa 2のONCおよびDCAM機器のキャリブレーションおよび表面反射率に基づくサンプル採取地点選定に、堅固な光度的基盤を提供する。