[논문 리뷰] Optical Properties of (162173) 1999 JU3: In Preparation for the JAXA Hayabusa 2 Sample Return Mission

Masateru Ishiguro, D. Kuroda외 32명|2014. 07. 21.

Atmospheric Ozone and Climate인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 JAXA 하야부사 2 탐사미션의 샘플 회수를 지원하기 위해 지상 기반 광도 측정을 통해 C형 소행성 (162173) 1999 JU3의 광학적 성질을 특성화한다. 쉐브체노코 및 하프케 광도 모델을 적용하여 절대 등급 H_V = 19.25 ± 0.03, 위상 기울기 0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹, 반사 효과 강도 1.31 ± 0.05를 정밀하게 산정하였으며, 표면 거칠기 20°일 경우 하프케 모델의 파라미터 w = 0.041, g = -0.38, B₀ = 1.43, h = 0.050를 도출하여 일반적인 C형 소행성과 일치하는 결과를 얻었다.

ABSTRACT

We investigated the magnitude-phase relation of (162173) 1999 JU3, a target asteroid for the JAXA Hayabusa 2 sample return mission. We initially employed the international Astronomical Union's H-G formalism but found that it fits less well using a single set of parameters. To improve the inadequate fit, we employed two photometric functions, the Shevchenko and Hapke functions. With the Shevchenko function, we found that the magnitude-phase relation exhibits linear behavior in a wide phase angle range (alpha = 5-75 deg) and shows weak nonlinear opposition brightening at alpha< 5 deg, providing a more reliable absolute magnitude of Hv = 19.25 +- 0.03. The phase slope (0.039 +- 0.001 mag/deg) and opposition effect amplitude (parameterized by the ratio of intensity at alpha=0.3 deg to that at alpha=5 deg, I(0.3)/I(5)=1.31+-0.05) are consistent with those of typical C-type asteroids. We also attempted to determine the parameters for the Hapke model, which are applicable for constructing the surface reflectance map with the Hayabusa 2 onboard cameras. Although we could not constrain the full set of Hapke parameters, we obtained possible values, w=0.041, g=-0.38, B0=1.43, and h=0.050, assuming a surface roughness parameter theta=20 deg. By combining our photometric study with a thermal model of the asteroid (Mueller et al. in preparation), we obtained a geometric albedo of pv = 0.047 +- 0.003, phase integral q = 0.32 +- 0.03, and Bond albedo AB = 0.014 +- 0.002, which are commensurate with the values for common C-type asteroids.

연구 동기 및 목표

• 하야부사 2 샘플 회수 미션을 지원하기 위해 (162173) 1999 JU3의 정확한 광학적 성질을 규명하는 것.
• 모든 위상 각도에서 단일 파라미터 조합으로 밝기-위상 관계를 적합시키지 못하는 IAU H–G 형식을 개선하는 것.
• 하야부사 2의 탑재된 카메라에서 표면 반사율 지ap을 구성하는 데 사용할 수 있는 신뢰할 수 있는 광도 파라미터를 도출하는 것.
• 표면 반사율 모델링을 위한 하프케 모델 파라미터를 제약 조건에 따라 제한하고, 특히 최적의 샘플링 지역 선정을 위한 것.
• 광도 모델과 열 모델을 융합하여 C형 소행성의 특성과 일치하는 기하 반사율 및 본드 반사율을 유도하는 것.

제안 방법

• 유리한 근접 시기(2007–2008, 2011–2012) 동안 지상 기반 광학 관측을 통해 다양한 위상 각도에서 디스크 통합 등급을 측정하였다.
• 초기에는 IAU H–G 형식을 적용했지만, 소위 작은 위상 각도(α < 2°)와 큰 위상 각도(α > 50°)에서 데이터를 적합시키는 데 부적합한 것으로 나타났다.
• 매개변수의 선형 행동(α = 5–75°)과 약한 비선형 반사 효과(α < 5°)를 더 잘 반영하기 위해 셰브체노코 광도 함수를 사용하여 밝기-위상 관계를 모델링하였다.
• 표면 거칠기 파라미터 θ̄를 20°로 고정하고(일반적으로 C형 소행성에서 관찰됨), 하프케 모델을 데이터에 적합시켜 w, g, B₀, h의 최적 값 4개를 도출하였다.
• 광도 결과를 열 모델(Müller 등, 준비 중)과 융합하여 기하 반사율(p_v), 위상 적분(q), 본드 반사율(A_B)을 유도하였다.
• 캘리브레이션된 밝기-위상 관계를 활용하여 하야부사 2의 옵티컬 내비게이션 카메라(ONC)와 디플로이어블 카메라(DCAM)의 조도 캘리브레이션을 지원하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IAU H–G 형식은 (162173) 1999 JU3의 밝기-위상 관계를 전체 위상 각도 범위에서 단일 파라미터 조합으로 잘 설명하는가?
• RQ2 특히 반사 효과 근처에서 JU3의 위상 곡선을 가장 정확하게 표현하는 방법은 무엇이며, 이는 표면 성질에 대해 어떤 정보를 드러내는가?
• RQ3 관측 데이터를 바탕으로 하프케 광도 모델을 JU3에 대해 제약 조건에 따라 제한할 수 있는가? 그리고 핵심 파라미터에 대한 타당한 값은 무엇인가?
• RQ4 유도된 반사율 값(기하 반사율, 위상 적분, 본드 반사율)은 일반적인 C형 소행성에서 예상되는 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 광도 모델은 하야부사 2의 탑재된 광학 기기의 캘리브레이션을 얼마나 잘 지원할 수 있으며, 정확한 표면 반사율 지도 제작에 기여하는가?

주요 결과

• IAU H–G 형식은 단일 파라미터 조합으로 (162173) 1999 JU3의 밝기-위상 관계를 전체 위상 각도 범위에서 적합시키지 못한다.
• 셰브체노코 함수를 사용한 결과, 밝기-위상 관계는 위상 각도 5°에서 75° 사이에서 선형 행동을 보이며, 5° 이하에서는 약한 비선형 반사 효과가 관찰된다.
• 절대 등급은 H_V = 19.25 ± 0.03으로 산정되었으며, 위상 기울기는 0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹, 반사 효과 강도(I(0.3°)/I(5°))는 1.31 ± 0.05였다.
• 표면 거칠기를 20°로 가정한 하프케 모델의 최적 적합 파라미터는 w = 0.041, g = -0.38, B₀ = 1.43, h = 0.050였다.
• 기하 반사율은 p_v = 0.047 ± 0.003, 위상 적분은 q = 0.32 ± 0.03, 본드 반사율은 A_B = 0.014 ± 0.002로 도출되었으며, 이는 일반적인 C형 소행성과 일치한다.
• 결과는 하야부사 2의 ONC 및 DCAM 기기 캘리브레이션과 표면 반사율 기반 샘플링 지역 선정을 위한 견고한 광도 기반을 제공한다.