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

Masateru Ishiguro, D. Kuroda+32 more|Jul 21, 2014

Atmospheric Ozone and Climate被引用 5

一句话总结

本研究利用地面光学观测，表征了C型小行星(162173)1999 JU3的光学特性，以支持JAXA隼鸟2号样本返回任务。通过应用Shevchenko和Hapke光度模型，确定了精确的绝对星等H_V = 19.25 ± 0.03，相位斜率为0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹，以及反向效应幅度为1.31 ± 0.05，Hapke参数w = 0.041，g = -0.38，B₀ = 1.43，h = 0.050，表面粗糙度为20°，与典型C型小行星一致。

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.

研究动机与目标

• 确定(162173)1999 JU3的精确光学特性，以支持隼鸟2号样本返回任务。
• 改进IAU H–G形式化方法，该方法无法使用单一参数集拟合所有相位角下的星等-相位关系。
• 推导可靠的光度参数，用于从隼鸟2号星载相机构建表面反照率图。
• 约束Hapke模型参数，用于表面反照率建模，特别是用于选择最优采样点。
• 结合光度与热模型，推导出与C型小行星特性一致的几何反照率和Bond反照率。

提出的方法

• 在有利相位（2007–2008年，2011–2012年）期间，利用地面光学观测对(162173)1999 JU3进行观测，测量不同相位角下的盘面积分星等。
• 最初应用IAU H–G形式化方法，但发现其在小相位角（α < 2°）和大相位角（α > 50°）下均无法准确拟合数据。
• 采用Shevchenko光度函数建模星等-相位关系，该方法能更好地捕捉5°至75°相位角范围内的线性行为以及低于5°相位角的微弱非线性反向亮化现象。
• 将Hapke模型拟合至数据，将表面粗糙度参数θ̄固定为20°（C型小行星的典型值），并推导出w、g、B₀和h四个参数的最佳拟合值。
• 将光度结果与热模型（Müller等人，待发表）结合，推导出几何反照率(p_v)、相位积分(q)和Bond反照率(A_B)。
• 利用校准后的星等-相位关系，支持隼鸟2号光学导航相机（ONC）和部署相机（DCAM）的通量校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 IAU H–G形式化方法在全相位角范围内是否能准确描述(162173)1999 JU3的星等-相位关系？
• RQ2 JU3的相位曲线最准确的表示是什么，特别是在冲日附近？其表面特性有何揭示？
• RQ3 能否对JU3的Hapke光度模型进行约束？基于观测数据，其关键参数的合理取值是什么？
• RQ4 推导出的反照率值（几何反照率、相位积分、Bond反照率）与典型C型小行星的预期值相比如何？
• RQ5 光度模型在多大程度上可支持隼鸟2号星载光学仪器的校准，以实现精确的表面反照率制图？

主要发现

• IAU H–G形式化方法无法使用单一参数集准确拟合(162173)1999 JU3在全相位角范围内的星等-相位关系。
• 采用Shevchenko函数后，星等-相位关系在5°至75°相位角范围内呈线性行为，低于5°相位角时表现出微弱的非线性反向亮化。
• 绝对星等确定为H_V = 19.25 ± 0.03，相位斜率为0.039 ± 0.001 mag deg⁻¹，反向效应幅度（I(0.3°)/I(5°)）为1.31 ± 0.05。
• 在假设表面粗糙度为20°的前提下，Hapke模型的最佳拟合参数为w = 0.041，g = -0.38，B₀ = 1.43，h = 0.050。
• 几何反照率推导为p_v = 0.047 ± 0.003，相位积分为q = 0.32 ± 0.03，Bond反照率为A_B = 0.014 ± 0.002，与典型C型小行星一致。
• 结果为隼鸟2号ONC和DCAM仪器的校准提供了稳健的光度基础，并为基于表面反照率的采样点选择提供了支持。