[論文レビュー] Submillimetre observations of comets with Odin: 2001-2005

N. Biver, A. Lecacheux+8 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Oct 26, 2006

Astro and Planetary Science被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2001年から2005年の間にオーディン衛星を用いて12個のハリエットをミリ波・サブミリ波帯で観測し、高分解能の557 GHz H₂O線プロファイルを用いて水生成率を測定するとともに、H₂¹⁸OおよびNH₃線の検出を行った。主な結果として、同調的放出の制約、地球と比較してわずかに高い~520の¹⁶O/¹⁸O比、および水に対する相対的なアンモニア濃度が0.3–0.5%であり、以前の測定と整合的であることが得られた。

ABSTRACT

The Odin satellite, launched in Feb. 2001, is equipped with a 1.1-m submillimetre telescope. Odin was used to observe the 557 GHz line of water with high spectral resolution in 12 comets between 2001 and 2005. Line shapes and spatial mapping provide information on the anisotropy of the outgassing and constraints on water excitation, enabling accurate measurements of the water production rate. Five comets were regularly observed over periods of more than one month to monitor the variation of their water outgassing rate with heliocentric distance. Observing campaigns have been generally coordinated with ground-based observations of molecular lines at Nançay, CSO or IRAM 30-m telescopes to obtain molecular abundances relative to water. Thanks to Odin's frequency coverage, it was also possible to detect the H_2^18O 548GHz line, first in comet 153P/Ikeya-Zhang in April 2002 (Lecacheux et al., 2003) and then in comets C/2002 T7 (LINEAR), C/2001 Q4 (NEAT) and C/2004 Q2 (Machholz). The ^16O/^18O isotopic ratio (\approx450) is consistent with the terrestrial value. Ammonia has been searched for in three comets through its J_K = 1_0-0_0 line at 572 GHz and was tentatively detected in C/2001 Q4 and C/2002 T7. The derived abundances of NH_3 relative to water are 0.5 % and 0.3 %, respectively, similar to values obtained in other comets with different techniques.

研究の動機と目的

• 557 GHz H₂O線の高分解能サブミリ波帯観測を用いて、彗星における水生成率を測定すること。
• 線プロファイル解析と空間マッピングを用いて、彗星の大気放出の非等方性を調査すること。
• 光学的厚さの異なるH₂¹⁶Oと薄いH₂¹⁸O線の比較により、彗星の水における¹⁶O/¹⁸O同位体比を決定すること。
• 572.5 GHzの基本振動線を用いて、アンモニア（NH₃）を検出し定量すること。
• 地上の電波望遠鏡（ナンセー、CSO、IRAM）と協調して、宇宙機器によるオーディン観測を実施し、相対分子濃度を決定すること。

提案手法

• オーディン衛星は1.1mのサブミリ波帯望遠鏡を装備し、486–504 GHzおよび541–580 GHzの2バンド受信機を備えており、H₂O、H₂¹⁸O、NH₃線の観測が可能であった。
• 高分解能自己相関器（177 kHz分解能）を用いて、557 GHz水線を解像し、光学的厚さ効果に起因する自己吸収およびドップラー速度シフトを分析した。
• スペクトル線フィッティングと放射輸送モデリングを適用し、同調的放出を仮定した上で、光学的厚さ効果を考慮した水生成率を導出した。
• 地上望遠鏡（ナンセー、CSO、IRAM）と同時観測することで、水に対する相対分子濃度比を補足的に得た。
• 星追跡器による補正と明るい標準源（例：オリオン-KL、木星）の監視により、指向精度を維持した。通常の指向誤差は20”未満であった。
• 受信機の周波数ドリフトに起因する影響を考慮し、特に572.5 GHzのNH₃線に対して、各観測毎に個別に周波数補正を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 557 GHz H₂O線の速度構造は、彗星のハリエットにおける非等方的放出および自己吸収をどのように示すか？
• RQ2 水生成率はどのように変化するか？特に、太陽からの距離に応じた時間的変化は？
• RQ3 彗星の水における¹⁶O/¹⁸O同位体比は何か？地球の値と比較するとどうなるか？
• RQ4 アンモニア（NH₃）の彗星のハリエット内での濃度は何か？他の手法で得られた値と比較するとどうなるか？
• RQ5 観測された線プロファイルおよび励起状態は、放射輸送および放出モデルを制約するか？

主な発見

• 557 GHz H₂O線プロファイルには赤方偏移した自己吸収が観測され、ハリエット内での光学的厚さと速度依存の光学的厚さ効果を示している。
• 水生成率は、放射輸送モデルにおける同調的放出の仮定に起因し、最大50%の不確実性を伴って測定された。
• ¹⁶O/¹⁸O比は~520と導出されたが、これは地球の値（~450）よりもわずかに高い。ただし、モデルの不完全性によりわずかに低減される可能性がある。
• 548 GHzのH₂¹⁸Oは4つの彗星（153P/Ikeya-Zhang、C/2002 T7、C/2001 Q4、C/2004 Q2）で検出され、水が支配的なハリエット内での放射輸送の制約が得られた。
• C/2001 Q4およびC/2002 T7ではアンモニアが暫定的に検出され、NH₃/H₂O濃度比はそれぞれ0.50±0.09%および0.33±0.08%であった。これは他の観測手法と整合的であった。
• 得られたNH₃濃度は、24 GHzの地上観測による上限値および、過去のイン・サイト観測および光学測定と一致している。