[논문 리뷰] An investigation of the low-DeltaV near-Earth asteroids (341843) 2008 EV5 and (52381) 1993 HA. Two suitable targets for the ARM and MarcoPolo-M5 space missions

D. Perna, Marcel Popescu외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 04.

Astro and Planetary Science참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 나사의 소행성 회수 미션(ARM)과 유럽우주국(ESA)의 MarcoPolo-M5 표본 회수 미션을 위한 주요 대상으로서, 두 개의 저델타-비(ΔV) 근지구 소행성인 (341843) 2008 EV5와 (52381) 1993 HA를 조사한다. 가시광선 및 근적외선 스펙트로스코피와 광도 측정을 통해 저자들은 2008 EV5가 균일한 표면을 가진 C형 소행성임을 확인하고, 1993 HA가 D형일 가능성이 높으며 4.107시간의 자전 주기를 가지며 기하학적으로 길쭉한 형태를 띠고 있음을 밝혀내어 표본 회수 미션에 최적의 대상임을 입증한다.

ABSTRACT

The Asteroid Redirect Mission (ARM) under development by NASA is being planned to collect a multi-meter boulder from a near-Earth asteroid (NEA), and to bring it to the cis-lunar space in the mid-2020's for future study and exploitation by a crewed mission. The MarcoPolo-M5 project is being proposed in 2016 for the M5 mission opportunity by ESA, to bring back to Earth a sample from a very primitive D-type NEA. We aim to further characterize the physical properties of two optimal targets for sample return space missions, the low-DeltaV NEAs (341843) 2008 EV5 and (52381) 1993 HA. 2008 EV5 is the baseline target of ARM, but only one spectrum of this object exists in the literature. 1993 HA is a very favourable target for a space mission based on its dynamical properties: here we intend to assess if it is a suitable target for MarcoPolo-M5. We obtained visible spectroscopy of 2008 EV5 with the FORS2 instrument at ESO-VLT, at different rotational phases. We also obtained visible and near-infrared spectroscopy of 1993 HA, using the EFOSC2 and SOfI instruments at ESO-NTT. Visible photometry of 1993 HA was carried out within the IMPACTON project at the Observatorio Astronomico do Sertao de Itaparica (Brazil). Our new observations are in agreement with the C-type classification of 2008 EV5. We obtained five visible spectra which do not show any variability within the limits of noise, suggesting a homogeneous surface. We obtained the first ever spectroscopic dataset for 1993 HA, finding a featureless, red-sloped behaviour typical of D-types. We found that the synodic rotation period of 1993 HA is 4.107+-0.002 h. The derived lightcurve also suggests an elongated shape (axis ratio a/b>=1.71). At this stage 1993 HA does indeed seem to be the most favourable target for MarcoPolo-M5, though future observations are necessary to study it further.

연구 동기 및 목표

• 나사의 ARM 미션의 기본 대상인 (341843) 2008 EV5의 C형 분류를 새로운 가시광선 스펙트로스코피를 통해 확인하기 위해.
• 1993 HA의 물리적 및 천체역학적 성질을 기반으로 유럽우주국의 MarcoPolo-M5 표본 회수 미션에 적합한지 평가하기 위해.
• 광도 주기 분석을 통해 1993 HA의 정합 자전 주기와 형태 제약 조건을 도출하기 위해.
• 가시광선 및 근적외선 스펙트로스코피를 사용하여 두 소행성의 표면 조성을 특성화하고, 표본 회수의 과학적 가치를 평가하기 위해.
• 특히 ARM 대상 최종 결정 이전의 관측 창이 제한되어 있음을 감안해, 미션 선정에 필수적인 사전 데이터를 제공하기 위해.

제안 방법

• 칠레 파라날 소재 유럽남부천문대(ESO Very Large Telescope, VLT)의 FORS2 기구를 사용해, 2008 EV5의 다양한 자전 단계에서 다섯 개의 가시광선 스펙트럼을 확보하였다.
• 칠레 라실리아 소재 유럽남부천문대 신기술망원경(ESO New Technology Telescope, NTT)의 EFOSC2 및 SOfI 기구를 사용해, 1993 HA의 가시광선 및 근적외선 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 브라질의 세르타우 주의 아스트로노믹오브스버바토리에서 수행된 IMPACTON 프로젝트의 일환으로 1993 HA의 가시광선 광도 측정을 수행하였다.
• 스펙트럼 데이터를 분석하여 두 소행성의 분류 유형을 확인하고, 흡수 피크와 스펙트럼 기울기를 중심으로 분석하였다.
• 1993 HA의 광도 주기 데이터를 피팅하여 정합 자전 주기를 유도하고, 진폭과 위상 정보를 이용해 삼축 타원체 형태를 추정하였다.
• ARM 및 MarcoPolo-M5의 미션 요구사항과 비교하여, 두 대상의 델타-비(ΔV) 값과 미션 기간을 분석해 미션 실현 가능성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 (341843) 2008 EV5가 ARM 미션 요구사항에 맞는 균일한 C형 소행성인지, 다중 단계 자전 단계에서의 스펙트럼 측정을 통해 확인될 수 있는가?
• RQ2 (52381) 1993 HA의 표면 조성은 무엇이며, MarcoPolo-M5 표본 회수 미션에 적합한 D형 소행성으로서의 자격이 있는가?
• RQ3 1993 HA의 정합 자전 주기는 얼마이며, 표본 회수 미션 운영에 최적의 범위에 속하는가?
• RQ4 1993 HA의 광도 주기에서 유도할 수 있는 형태 제약 조건은 무엇이며, 길쭉한 형태인지 혹은 구형 형태인지 나타내는가?
• RQ5 1993 HA의 천체역학적 성질(델타-비(ΔV), 미션 기간)은 MarcoPolo-M5 및 ARM의 요구사항과 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• 2008 EV5의 다섯 개의 가시광선 스펙트럼은 노이즈 수준 이내에서 변동성이 없음을 보여주어, 균일한 표면이 C형 분류와 일치함을 확인한다.
• 1993 HA의 가시광선 및 근적외선 스펙트로스코피는 특징이 없고, 빨간색 기울기를 띠는 스펙트럼을 보이며, D형 소행성의 특징적인 특성과 일치한다. 더 낮은 신뢰도에서 T형 또는 X형 분류 가능성이 제기된다.
• 1993 HA의 정합 자전 주기는 4.107 ± 0.002시간으로 측정되었으며, 표본 회수 미션 운영에 최적의 값이다.
• 1993 HA의 광도 주기 분석 결과, 최소 축 비율 a/b ≥ 1.71로 길쭉한 형태를 나타내며, 뚜렷한 비대칭성을 가진 삼축 타원체임을 시사한다.
• 1993 HA의 ΔV는 5.3 km/s이며, 미션 기간은 약 3.6년으로 추정되어, MarcoPolo-M5 미션에서 가장 접근 가능하고 유리한 대상 중 하나이다.
• 낮은 반사율과 중간 정도의 밝기에도 불구하고, 1993 HA는 2019년 4월에 V = 19.2 등급에 도달할 것으로 예상되어, 향후 물리적 성질을 정밀하게 보완하기 위한 추가 관측이 가능할 것으로 기대된다.