[論文レビュー] The Spectrum of Pluto, 0.40 - 0.93 $μ$m I. Secular and longitudinal distribution of ices and complex organics

V. Lorenzi, N. Pinilla-Alonso+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2015

Astro and Planetary Science参考文献 42被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2014年の1回の自転周期にわたる高分解能可視スペクトル（0.40–0.93 μm）を用いて、冥王星のメタン氷吸収帯および複雑な有機物の経度的・長期的変化を明らかにした。40 Kにおけるメタン氷のラムベルト係数の最初の実験的推定値（2.88×10⁻³ cm⁻¹）を報告し、青シフトを示す吸収帯はN₂氷内でのCH₄希釈を示しており、ニューホライズンミッションで観測された表面の不均一性および季節的変化と整合的である。

ABSTRACT

Context. During the last 30 years the surface of Pluto has been characterized, and its variability has been monitored, through continuous near-infrared spectroscopic observations. But in the visible range only few data are available. Aims. The aim of this work is to define the Pluto's relative reflectance in the visible range to characterize the different components of its surface, and to provide ground based observations in support of the New Horizons mission. Methods. We observed Pluto on six nights between May and July 2014, with the imager/spectrograph ACAM at the William Herschel Telescope (La Palma, Spain). The six spectra obtained cover a whole rotation of Pluto (Prot = 6.4 days). For all the spectra we computed the spectral slope and the depth of the absorption bands of methane ice between 0.62 and 0.90 $μ$m. To search for shifts of the center of the methane bands, associated with dilution of CH4 in N2, we compared the bands with reflectances of pure methane ice. Results. All the new spectra show the methane ice absorption bands between 0.62 and 0.90 $μ$m. The computation of the depth of the band at 0.62 $μ$m in the new spectra of Pluto, and in the spectra of Makemake and Eris from the literature, allowed us to estimate the Lambert coefficient at this wavelength, at a temperature of 30 K and 40 K, never measured before. All the detected bands are blue shifted, with minimum shifts in correspondence with the regions where the abundance of methane is higher. This could be indicative of a dilution of CH4:N2 more saturated in CH4. The longitudinal and secular variations of the parameters measured in the spectra are in accordance with results previously reported in the literature and with the distribution of the dark and bright material that show the Pluto's albedo maps from New Horizons.

研究の動機と目的

• 高分解能地上赤外分光法を用いて、冥王星の表面反射率を可視域（0.40–0.93 μm）で特徴づけること。
• 冥王星表面におけるメタン氷吸収帯および複雑な有機物の経度的・長期的変化を調査すること。
• ニューホライズンミッションの観測を支援するため、表面組成およびスペクトル的性質を定量的に評価すること。
• 30 Kおよび40 Kという、これまで実験室で測定されていなかった温度におけるメタン氷のラムベルト係数を推定すること。
• スペクトル的変化をハッブル宇宙望遠鏡およびニューホライズンミッションで観測された大気-氷相互作用と関連付けること。

提案手法

• スペクトルは2014年5月から7月にかけて6夜にわたって、スペイン・ラパルマの4.2 mウィリアム・ヘーシェル望遠鏡に搭載されたACAM装置を用いて取得された。
• スペクトル範囲は0.40–0.93 μmであり、0.62、0.73、0.78–0.80、および0.83–0.91 μmにおけるメタン氷吸収帯を解像するに十分な分解能を有していた。
• 表面アルベドおよび組成の変化を定量化するため、各観測でスペクトル勾配および吸収帯深さを計算した。
• 吸収帯中心のシフトを、純粋なメタン氷反射率と比較することで分析し、CH₄:N₂混合物における希釈効果を特定した。
• 地上観測データを用いて、40 Kにおけるメタン氷のラムベルト係数を0.62 μm帯深さから推定した。マケマケおよびエリスのスペクトルからの妥当性確認も行った。
• ハッブルおよびニューホライズンミッションのアルベドマップと照合することで、スペクトル勾配および吸収帯深さの経度的変化を、表面アルベド特徴と関連づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 冥王星の6.4日周期の自転に伴い、可視スペクトルにおけるメタン氷吸収帯および表面アルベドはどのように変化するか？
• RQ2 40 Kにおけるメタン氷のラムベルト係数は何か？ 30 Kおよび他の海 Neptune外天体における値と比較するとどうなるか？
• RQ3 メタン吸収帯の青シフトは、N₂氷内でのCH₄希釈をどの程度示しており、これは経度に応じてどのように変化するか？
• RQ4 可視域スペクトルの経度的変化は、近赤外帯域およびハッブル・ニューホライズンミッションのアルベドマップとどのように比較できるか？
• RQ5 スペクトル色および吸収帯深さに基づいて、マケマケおよびエリスと比較して、冥王星における複雑な有機物の相対的含有量はどの程度か？

主な発見

• 0.62 μmにおけるメタン氷吸収帯が、可視域で初めて冥王星のスペクトルに検出され、表面氷混合物への存在が確認された。
• 40 Kにおけるメタン氷のラムベルト係数は2.88×10⁻³ cm⁻¹（不確実性±1.23×10⁻³ cm⁻¹）と推定され、この温度での最初の直接測定値となった。
• マケマケのスペクトルにおける0.62 μm帯深さから得られたラムベルト係数は2.23×10⁻³ cm⁻¹ ±0.85×10⁻³ cm⁻¹であり、境界天体間で一貫性があることが確認された。
• エリスのスペクトルから得られた30 Kにおけるラムベルト係数は2.97×10⁻³ cm⁻¹ ±1.46×10⁻³ cm⁻¹であり、冥王星およびマケマケと比較して有機物含有量が低いことが示された。
• すべてのメタン氷吸収帯が青シフトしており、N₂氷内でのCH₄希釈を示しており、CH₄含有量が最も高い経度100°–200°で最小シフトが観測された。
• スペクトル勾配および吸収帯深さの経度的変化は、アルベドマップと位相を一致させており、90°経度で赤みが強く、270°では赤みが薄い物質が観測されており、表面の不均一性および季節的変化と整合的である。