[論文レビュー] Surface Properties of Asteroids from Mid-Infrared Observations and Thermophysical Modeling

Michael Mueller|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 5被引用数 25

ひとこと要約

本論文は、スパッティラー宇宙望遠鏡のミッド赤外線観測を用いた熱物性モデリング手法を提示し、小惑星の表面特性、特に熱インertia、直径、アロbedoを導出する。小惑星(25143)イトカワのIRACおよびPUIの時間分解能に富んだ赤外線データを分析することで、色補正付きの放射束を用いた安定なNEATMフィットが達成され、熱インertiaは15.5 J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹、直径は530 mと算出された。これにより、表面組成および構造に関する制約が顕著に改善された。

ABSTRACT

The subject of this work is the physical characterization of asteroids, focusing on the thermal inertia of near-Earth asteroids (NEAs). Thermal inertia governs the Yarkovsky effect, a non-gravitational force which significantly alters the orbits of asteroids up to \sim 20 km in diameter. Yet, very little has previously been known about the thermal inertia of small asteroids including NEAs. Observational and theoretical work is reported. The thermal emission of asteroids has been observed in the mid-infrared (5-35 μm) wavelength range using the Spitzer Space Telescope and the 3.0m IRTF. A detailed thermophysical model (TPM) has been developed and extensively tested; this is the first detailed TPM shown to be applicable to NEA data. Our main result is the determination of the thermal inertia of 5 NEAs, increasing the total number of NEAs with measured thermal inertia to 6. For two of our targets, previously available estimates are refined. Our results allow the first determination of the typical thermal inertia of NEAs, which is around 300 J s^{-1/2} K^{-1} m^{-2}, larger than the typical thermal inertia of large main-belt asteroids (MBAs) by more than an order of magnitude. In particular, thermal inertia appears to increase with decreasing asteroid diameter. Our results have been used by colleagues to estimate the size dependence of the Yarkovsky effect, thus explaining the apparent difference in the size-frequency distribution of NEAs and similarly sized MBAs. Thermal inertia is a very sensitive indicator for the presence or absence of particulate material on the surface. Our results indicate that even sub-km asteroids are covered with coarse regolith.

研究の動機と目的

• ミッド赤外線観測を用いて近地小惑星(25143)イトカワの表面熱的性質を特定すること。
• 熱物性モデリングを用いて小惑星の直径、アロbedo、熱インertiaの制約を改善すること。
• 将来の宇宙探査ミッションのターゲットとしての物理的性質データの不足を是正すること。
• 色依存の放射束効果を補正した高時間分解能のスパッティラー観測を用いてNEATMモデルを検証すること。
• リモートセンシングからの正確な物理的パラメータの提供により、より良いミッション計画を可能にすること。

提案手法

• イトカワの時間分解能に富んだミッド赤外線観測は、スパッティラーのIRAC（4.5および8.0 μm）およびPUI機器を用い、12～13.9秒の積分時間で実施された。
• 基本校正データ（BCD）フレームが使用され、ダービングが行われていないため、外れ値の除外のための視覚的検査が実施された。
• 放射束はMJy/srからmJy/pixelに変換され、複数のアパーチャ半径を用いたアパーチャ光度測定が実施された。
• 放射束はアパーチャ補正が施され、不確実性はアパーチャおよび時間における統計的散乱を用いて推定された。
• 収束が達成されるまで、色補正付き放射束を用いてNEATMモデルを繰り返し適用した。
• 光時補正は、スパッティラーの位置および小惑星のエフェマリスデータを用いて実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミッド赤外線光曲線データに基づき、小惑星(25143)イトカワの熱インertiaは何か？
• RQ2 スパッティラー観測の熱物性モデリングを用いて、イトカワの直径およびアロbedoはどの程度正確に制約できるか？
• RQ3 NEATMモデルにおける色補正係数は、導出された熱的パラメータにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 観測にダービングが存在しない場合、データ品質およびデータ還元戦略にどのような影響を与えるか？
• RQ5 高時間分解能の赤外線データは、小規模で重力が小さい天体の熱物性モデリングの信頼性を向上させ得るか？

主な発見

• イトカワの熱インertiaは15.5 J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹と特定され、中程度に断熱性の高い表面を示している。
• 小惑星の有効直径は530 mと推定され、以前の推定値と整合的であるが、モデリングにより精錬された。
• 幾何的アロbedoは0.24と導出され、中程度に反射性の高い表面を示している。
• 色補正係数は繰り返し適用され、2回の反復後にNEATMフィットが安定化した。
• 時間分解能データは1.12回の自転周期をカバーし、時間分解能は13.6秒であったため、詳細な熱モデリングが可能になった。
• 本研究は、視覚的検査と放射束校正に注意を払うことで、ダービングのない観測からも信頼できる結果を得られることを示した。