[논문 리뷰] Physical Properties of OSIRIS-REx Target Asteroid (101955) 1999 RQ36 derived from Herschel, ESO-VISIR and Spitzer observations

Thomas Mueller, Laurence O’Rourke외 7명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 19.

Astro and Planetary Science인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 허셜, ESO-VISIR, 그리고 스피처 관측 자료를 결합하여 열물리 모델을 적용해 소행성 (101955) 1999 RQ36의 물리적 성질을 도출한다. 연구 결과, 지름은 480–511 m, 기하 반사율은 0.045⁺⁰.⁰¹⁵₋₀.₀₁², 열이너시는 650 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹이며, 후퇴 운동을 확인하여 원시적이고 비탈성 물질이 풍부한 성질과 조각산 구조를 확인한다. 이는 OSIRIS-REx 샘플 회수 임무에 매우 중요하다.

ABSTRACT

In September 2011, the Herschel Space Observatory performed an observation campaign with the PACS photometer observing the asteroid (101955) 1999 RQ36 in the far infrared. The Herschel observations were analysed, together with ESO VLT-VISIR and Spitzer-IRS data, by means of a thermophysical model in order to derive the physical properties of 1999 RQ36. We find the asteroid has an effective diameter in the range 480 to 511 m, a slightly elongated shape with a semi-major axis ratio of a/b=1.04, a geometric albedo of 0.045 +0.015/-0.012, and a retrograde rotation with a spin vector between -70 and -90 deg ecliptic latitude. The thermal emission at wavelengths below 12 micron -originating in the hot sub-solar region- shows that there may be large variations in roughness on the surface along the equatorial zone of 1999 RQ36, but further measurements are required for final proof. We determine that the asteroid has a disk-averaged thermal inertia of Gamma = 650 Jm-2s-0.5K-1 with a 3-sigma confidence range of 350 to 950 Jm-2s-0.5K-1, equivalent to what is observed for 25143 Itokawa and suggestive that 1999 RQ36 has a similar surface texture and may also be a rubble-pile in nature. The low albedo indicates that 1999 RQ36 very likely contains primitive volatile-rich material, consistent with its spectral type, and that it is an ideal target for the OSIRIS-REx sample return mission.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 적외선 관측을 통해 OSIRIS-REx 임무 대상 소행성 (101955) 1999 RQ36의 물리적 성질을 규명하는 것.
• 최근의 원거리 레이더 및 전자기적 방법에 의한 이전의 크기 및 반사율 추정치 간의 모순을 해소하기 위해, 새로운 적외선 원거리 및 중간 적외선 데이터에 열물리 모델을 적용하는 것.
• 표면 거칠기 변화와 열이너시를 조사하여, 샘플 채취에 관련된 표면 텍스처 및 토양 성질을 추론하는 것.
• 열광도 곡선 모델링을 통해 소행성의 자전 축과 자전 방향, 특히 후퇴 운동을 확인하는 것.
• 여러 관측소의 자료를 활용하여 열물리 모델링 기법을 미방문 소행성에 적용하고 검증함으로써, 소행성 집단 전체에 광범위하게 적용 가능하도록 하는 것.

제안 방법

• 허셜의 PACS 광도계를 이용해 원거리 적외선(55–200 μm)에서 감도 향상 관측을 실시하여 1999 RQ36의 열복사량을 측정하였다.
• Very Large Telescope에서 ESO-VISIR를 이용해 중간 적외선(8–25 μm) 관측을 수행하여 일광점 부근의 열복사량과 표면 거칠기를 탐색하였다.
• 기록된 스피처-IRS 자료(15–35 μm)를 분석하여 다양한 위상각에서 고스펙트럼 해상도의 열복사량을 확보하였다.
• 열물리 모델(TPM)을 적용하여 세 데이터셋을 동시에 피팅함으로써 열복사, 형태, 자전 상태, 표면 거칠기 등을 고려하였다.
• 비구형이며 약간 길쭉한 체형인 3D 타원체 형태 모델을 사용하여 열광도 곡선 변화를 피팅하였으며, a/b 비율은 1.04로 설정하였다.
• 위상각 의존성과 표면 거칠기 영향(예: 루트 평균 제곱 기울기)을 통합하여, 특히 큰 위상각에서의 모델 피팅을 향상시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 관측소 열자료 기반으로 (101955) 1999 RQ36의 진정한 유효 지름과 기하 반사율은 무엇인가?
• RQ2 1999 RQ36의 열이너시는 얼마이며, 이는 표면 텍스처와 내부 구조에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ3 소행성의 적도 지역에서의 표면 거칠기 변화는 열복사에 어떤 영향을 미치며, 이는 토양 성질에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ4 1999 RQ36의 자전 축과 자전 방향은 무엇이며, YORP 효과 예측과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ5 허셜, VISIR, 스피처 자료의 열물리 모델링을 통합하여 이전의 크기 및 반사율 추정치 간의 모순을 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 1999 RQ36의 유효 지름은 480–511 m로, 최근 레이더 기반 평균 지름 493 ± 20 m와 일치하며, 이전의 레이더 추정치보다 작다.
• 소행성의 기하 반사율은 0.045⁺⁰.⁰¹⁵₋₀.₀₁₂로, 원시적이고 비탈성 물질이 풍부한 B형 소행성으로서의 분류를 확인한다.
• 열이너시는 650 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹로 추정되며, 3-σ 신뢰구간은 350–950 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹이다. 이는 이토카와와 유사하여 조각산 구조임을 시사한다.
• 자전 축은 천구적 위도 기준 -70°에서 -90° 사이에 위치하여 후퇴 운동임을 확인하였으며, YORP 평형 예측과 일치한다.
• VISIR와 스피처-IRS 간의 복사량 측정치 간 모순은 상당한 표면 거칠기 변화를 시사하며, 이는 이질적인 지형과 다른 토양 성질을 가진 지역이 존재할 수 있음을 암시한다.
• 모델은 미세한 먼지와 조약돌이 존재하는 지역이 있음을 지지하며, 이는 OSIRIS-REx 임무 계획에서 순수하고 유기물이 풍부한 물질을 채취할 최적의 위치를 선정하는 데 매우 중요하다.