[論文レビュー] The Spectrum of Pluto, 0.40 - 0.93 $\mu$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5月から7月にかけて6晩にわたって4.2メートルのウィリアム・ハーシェル望遠鏡を用いて取得した、プラノの高分解能可視スペクトル（0.40–0.93 µm）を報告する。このスペクトルから、メタン氷吸収帯および複雑な有機物の経度的および長期的変化が明らかになった。主な発見は、すべてのメタンバンドが青方偏移していることであり、これはN2氷中でのCH4希釈を示しており、100°–200°経度で最大のシフトが観測された。360°で最小のシフトが観測されたことから、希釈度が最も低い領域にCH4濃度が高まっていることが示唆され、ニューホライズンズのアルベド地図および近赤外データと整合的である。

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 $\mu$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 $\mu$m. The computation of the depth of the band at 0.62 $\mu$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

• プラノの表面組成と変動を調査するため、1回転をカバーする高品質な可視分光データを取得すること。
• プラノ表面におけるメタン氷および複雑な有機物の経度的・長期的分布を特徴づけること。
• ニューホライズンズのプラネタリー・フライバイを支援するため、0.40–0.93 µm範囲の反射率およびスペクトル特徴を測定すること。
• 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でのメタン氷のラムベルト係数を0.62 µmで推定すること。
• マケマケおよびエリスのスペクトルと比較することで、表面の氷および有機物含有量の違いを推測すること。

提案手法

• 2014年5月から7月にかけて、4.2メートルのウィリアム・ハーシェル望遠鏡のACAM分光計を用いて、プラノの6つの可視スペクトルを取得した。
• 約50°のサンプリングで310°の経度をカバーしたが、技術的問題のため1回の観測が欠落した。
• スペクトル勾配、メタンバンドの深さ、および純粋なメタン氷と比較した中心波長のシフトを計算した。
• 観測されたメタンバンドのシフトを実験室データと比較し、CH4:N2希釈効果を推定した。
• ニューホライズンズのMVICフィルタ応答関数と平均プラノスペクトルを畳み込み、探査機のイメージングおよびキャリブレーションを支援した。
• 文献から得たマケマケおよびエリスのスペクトルを用いて、30 Kおよび40 Kにおけるラムベルト係数を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プラノ表面における可視域のスペクトル勾配およびメタン氷吸収帯の経度的変動は、どのように変化するか？
• RQ2 30 Kおよび40 Kにおける0.62 µmでのメタン氷のラムベルト係数は何か？また、実験室測定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 プラノの可視スペクトルにおけるメタン氷吸収帯は青方偏移しているか？これはCH4-N2混合状態に何を示唆するか？
• RQ4 メタンバンドの深さおよびシフトの経度的変動は、ハッブル宇宙望遠鏡およびニューホライズンズ観測のアルベド地図とどのように相関するか？
• RQ5 スペクトル反射率に基づいて、マケマケおよびエリスと比較して、プラノ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

• プラノスペクトルにおけるすべてのメタン氷吸収帯は青方偏移しており、これはN2氷中でのCH4希釈を示しており、100°–200°経度で最も顕著なシフトが観測された。
• 360°経度で最小のバンドシフトが観測され、これはCH4濃度が最も高い領域と一致しており、この地域ではCH4:N2混合比がより飽和に近いことが示唆された。
• 40 Kにおける0.62 µmでのメタン氷のラムベルト係数は2.88×10⁻³ ± 1.23×10⁻³ cm⁻¹と推定され、これはこれまで実験室で測定されていなかった値であった。
• マケマケのスペクトルから、40 Kにおける係数は2.23×10⁻³ ± 0.85×10⁻³ cm⁻¹であり、エリスからは30 Kで2.97×10⁻³ ± 1.46×10⁻³ cm⁻¹であった。これは、海王星外天体における一貫したスペクトル的挙動を示している。
• スペクトル勾配およびメタンバンド深さの経度的変動は、ハッブル宇宙望遠鏡およびニューホライズンズのアルベド地図と位相が一致しており、90°で最も赤みが強く、270°で最も赤みが薄い。
• 1980年および1994年と比較して、メタン氷吸収帯の自転周期的振幅は低く、近赤外データで観測された長期的減光傾向と整合的であり、赤道付近の表面コントラストが低下していることを示唆している。