Development of Numerical Model of the Thermal State of an Asteroid with Locally Rough Surface and Its Application
Development of Numerical Model of the Thermal State of an Asteroid with Locally Rough Surface and Its Application
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局部粗糙表面小行星热状态数值模型的建立及其应用
DOI：
10.1007/s10765-022-03030-z
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发表时间：
2022
影响因子：
2.2
通讯作者：
Takeuchi Hiroshi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Senshu Hiroki;Sakatani Naoya;Morota Tomokatsu;Yokota Yasuhiro;Shimaki Yuri;Maximilian Hamm;Tanaka Satoshi;Okada Tatsuaki;Arai Takehiko;Takeuchi Hiroshi
我们提出了一种数值方法来模拟具有小尺度粗糙度的小行星的圆盘分辨热像。在我们的方法中，我们对一个小而粗糙的区域进行了数值热演化模型，考虑了它的纬度、阴影效应和邻近区域对热辐射的重新吸收。通过可视化得到一个观测方向的温度分布，我们得到了该区域的热流密度作为观测方向的函数。然后构造了一颗随机地形小行星的热像。由此得到的白天温度演变廓线不同于众所周知的抛物线形状，这意味着白天温度演变廓线是评估地表粗糙度的诊断工具。虽然这一模型不适用于形态复杂的小行星，如林鸟2号的靶体伊藤川，但琉球总体上是凸的，适合于我们的模型应用。此外，这项研究预测了琉球轨道在一次轨道自转后由于热发射光子的回弹力所引起的热矩的位置移动，即所谓的雅可夫斯基效应。因此，通过对琉球星历的精确计算，该模型是可以验证的。
We present a numerical method for simulating a disk-resolved thermal image of an asteroid with small-scale roughness. In our method, we carry out numerical thermal evolution model of a small but rough area taking into account its latitude, shadowing effect, and re-absorption of the thermal radiation by neighbor. By visualization of the resulting temperature distribution for an observation direction, we obtain the thermal flux from the area as a function of the observation direction. Then thermal image of an asteroid with random topography is constructed. The resulting daytime temperature evolution profile is different from the well-known parabolic shape due to the surface roughness, implying that the daytime temperature evolution profile is a diagnostic to evaluate the surface roughness. Although this model is inapplicable to a morphologically complex asteroid such as Itokawa, the target body of Hayabusa2, Ryugu is generally convex and suitable for application of our model. Furthermore, the study presents predictions of the location shift of Ryugu trajectory after one orbital rotation due to the thermal moment caused by the rebound force from thermally emitted photons known as the Yarkovsky effect. This model is thus verifiable by precise calculation of the ephemeris of Ryugu.
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