[論文レビュー] Physical characterisation of near-Earth asteroid (1620) Geographos. Reconciling radar and thermal-infrared observations

B. Rozitis, Simon Green|Open Research Online (The Open University)|Jul 8, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 51被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、光曲線、レーダーおよび熱赤外線データを統合的に用いて近地小惑星(1620)ゲオファロスの熱力学的モデルを構築し、レーダー観測と熱赤外線観測の不一致を解消する。熱的インertiaは340⁺¹⁴⁰₋₁₀₀ J m⁻² K⁻¹ s⁻¹/²、体積密度は2100⁺⁵⁵⁰₋₄₅₀ kg m⁻³であり、破片堆積構造を確認した。レーダー観測では、ほぼ赤道面に近い視点の幾何的配置のためz軸が過大評価されていることが判明した。

ABSTRACT

The Yarkovsky (orbital drift) and YORP (spin state change) effects play important roles in the dynamical and physical evolution of asteroids. Thermophysical modelling of these observed effects, and of thermal-infrared observations, allows a detailed physical characterisation of an individual asteroid to be performed. We perform a detailed physical characterisation of near-Earth asteroid (1620) Geographos, a potential meteor stream source and former spacecraft target, using the same techniques as previously used in Rozitis et al. (2013) for (1862) Apollo. We use the advanced thermophysical model (ATPM) on published light-curve, radar, and thermal-infrared observations to constrain the thermophysical properties of Geographos. The derived properties are used to make detailed predictions of the Yarkovsky orbital drift and YORP rotational acceleration, which are then compared against published measurements to determine Geographos's bulk density. We find that Geographos has a thermal inertia of 340 +140/-100 J m-2 K-1 s-1/2, a roughness fraction of >50%, and a bulk density of 2100 +550/-450 kg m-3 when using the light-curve-derived shape model with the radar-derived maximum equatorial diameter of 5.04 +/- 0.07 km. It is also found that the radar observations had overestimated the z-axis in Geographos's shape model because of their near-equatorial view. This results in a poor fit to the thermal-infrared observations if its effective diameter is kept fixed in the model fitting. The thermal inertia derived for Geographos is slightly higher than the typical values for a near-Earth asteroid of its size, and its derived bulk density suggests a rubble-pile interior structure. Large uncertainties in shape model z-axes are likely to explain why radar and thermal-infrared observations sometimes give inconsistent diameter determinations for other asteroids.

研究の動機と目的

• 近地小惑星(1620)ゲオファロスのレーダー由来と熱赤外線観測の不一致を解消すること。
• 統合的モデルを用いて、熱的インertia、粗さ、体積密度を含むゲオファロスの熱力学的特性を同定すること。
• 得られた体積密度を既知の隕石密度と比較することで、小惑星の内部構造を評価すること。
• 形状モデルのz軸に関する不確実性が、熱赤外線およびレーダー観測のフィッティングに与える影響を評価すること。
• 導出された特性を用いてヤルコフスキー効果およびYORP効果を予測し、観測測定値と比較すること。

提案手法

• 光曲線、レーダー、熱赤外線観測を同時にフィットする高度な熱力学的モデル（ATPM）の適用。
• 光曲線から得られた形状モデルに、レーダーから得られた最大赤道直径5.04 ± 0.07 kmを組み合わせる。
• モデルフィッティングプロセスにおいて、熱的インertiaと表面粗さを自由パラメータとして取り入れる。
• モデル予測のヤルコフスキーの漂移速度およびYORP回転加速度を、既に発表された測定値と比較し、体積密度を制約する。
• 形状モデルのz軸に関する不確実性の感度分析を行い、近赤道視点の幾何的配置によるレーダー観測の過大評価を特定する。
• 統計的フィッティングを用いて、熱的インertia、粗さ、体積密度の信頼区間を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜレーダー観測と熱赤外線観測は、(1620)ゲオファロスの直径推定値で不一致を示すのか？
• RQ2 ゲオファロスの真の熱的インertiaおよび表面粗さは何か？それらは熱放射モデルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 ゲオファロスの体積密度は何か？それはその内部構造にどのような意味を持つのか？
• RQ4 形状モデルのz軸に関する不確実性は、熱赤外線データへのフィットにどのように影響するか？
• RQ5 ヤルコフスキー効果およびYORP効果は、ゲオファロスの長期的動的進化において、どの程度支配的か？

主な発見

• (1620)ゲオファロスの熱的インertiaは340⁺¹⁴⁰₋₁₀₀ J m⁻² K⁻¹ s⁻¹/²であり、キロサイズの近地小惑星の典型的な値よりもわずかに高い。
• 体積密度は2100⁺⁵⁵⁰₋₄₅₀ kg m⁻³に制約され、約37％のマクロポーラスティーを有する破片堆積構造であることを示している。
• レーダー観測では、ほぼ赤道面に近い視点の幾何的配置のため、形状モデルのz軸が過大評価されており、直径を固定した場合、熱赤外線データとのフィットが悪化していた。
• YORP効果がゲオファロスの長期的進化を支配すると予想され、約700万年で自転周期が半分に短くなり、傾きが180°に近づくと予測される。
• ヤルコフスキーの漂移速度27.4 ± 5.7 m yr⁻¹は、導出された体積密度と整合しており、モデルの内部整合性を支持する。
• 導出された特性から、低体積密度および高い熱的インertiaのため、地球接近時に表面から微粒子がより容易に浮上する可能性があると示唆される。