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Enregistrement W3104225555 · doi:10.5194/epsc2020-122

Modeling first-order scattering processes from OSIRIS-REx color images of the rough surface of asteroid (101955) Bennu

2020· article· en· W3104225555 sur OpenAlexaff
P. H. Hasselmann, S. Fornasier, M. A. Barucci, A. Praet, B. E. Clark, Jian‐Yang Li, D. R. Golish, D. N. DellaGiustina, Prasanna Deshapriya, Xiao‐Duan Zou, M. G. Daly, O. S. Barnouin, Amy Simon, D. S. Lauretta

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAstro and Planetary Science
Établissements canadiensYork University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésChemistryScatteringPhysicsAsteroidAstronomyQuantum mechanics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Introduction: The OSIRIS-REx mission has revealed a dark, boulder-rich, apparently dust-poor surface of the B-type asteroid (101955) Bennu [1], therefore a challenge for bi-directional reflectance (rF) modeling. With an estimated geometric albedo of 4.5% [2], Bennu is darker than many comets, and its reflectance distribution is dominated by single-scattering processes. The general approach to model a dark asteroid’s bi-directional reflectance distribution is to apply the standard Hapke IMSA model and its shadowing function [3]. However, this can imprecisely describe the roughness slopes for rocky surfaces [4]. Assuming that surfaces are fully diffuse can negate a specular forward-scattering contribution from crystalline components in the regolith [7]. To achieve a more complete photometric modeling of Bennu’s scattering curve, we rely on the radiative transfer semi-numerical model of Van Ginneken et al. [8,9]. Observations: MapCam is an optical imager [10] on-board the OSIRIS-REx spacecraft, equipped with four broadband color filters (60-90 nm wide) centered at 473 (b'), 550 (v'), 698 (w') and 847 (x') nm. We analyzed images acquired during the Equatorial Station (EQ), a campaign of the Detailed Survey mission phase [11], over a full rotation of (101955) Bennu at a nadir spatial resolution of ~33 cm/px. EQ comprehended seven phase angle configurations α =[7.5° ,30° ,45° ,90° ,130°] .We analyzed the pixel subtended by the mission’s candidate sample collection sites, for which highly precise, laser altimeter-based digital terrain models (DTMs) were available [12,13]. These four candidate sites were called Sandpiper (latitude=-47°; longitude=322°), Osprey (11°; 88°), Nightingale ( 56°; 43°), and Kingfisher (11°; 56°). The varied latitude and longitudes provided the range of observational conditions required for our analysis.Methodology: The methodology consists of the following steps:a) NAIF SPICE kernels [14] and the DTMs are ingested into a ray-tracing code for rendering shadowed images. This allows us to discount for the effects of macroscopic shadows, leaving only the sub-facet texture to be modeled. These ancillary images provide the incidence, emergence, phase & azimuth for every facet.b) We apply Van Ginneken’s model to every facet. Occlusion and shadowing as well as the retro-reflection among the reliefs are taken into account. The model has two major components: the analytical expression for the specular reflection; and the numerically-integrated diffusive reflection. At total, the model has three free parameters: ρ (single-scattering albedo), σ (RMS roughness slope), and g (specular-to-diffuse ratio), plus the three more related to the scattering phase function (bi-lobe Henyey-Greenstein function: c, b1, and b2)c) Inverse problem: We run the Monte Carlo Markov Chain to sample the multi-parametric space in order to reconstruct a posteriori probability distribution of solutions for every free parameter, i.e., (ρ, σ, g, b1, b2, c), from which the statistics for every solution are estimated. Results: The MCMC technique reveals some interesting aspects of Bennu's surface (Fig. 1): while the RMS roughness slope of 27+1-5 is in line with what has been obtained for other asteroids using Hapke shadowing function, we are puzzled by the indication of a non-zero specular reflection ratio from the surface (2.6+1−0.8 %). The specular reflection hints at a possible mono-crystalline component. As for the diffuse rough component, the analysis of the photometric correction of OCAMS images taken at varied phase angles (α) indicates a more complex scenario. Up to α = 90°, the photometric correction is vastly improved by mixing two different solutions for roughness (one with low RMS σ and another with global RMS σ), a bi-modality already perceived from the MCMC a posteriori distributions. We have shown that most of Bennu's brightness variation can be explained by tuning the roughness slope statistical distribution. Finally, we report a back-scatter phase function for the phase angle range between 7.5°, and 130°, without any expressive spectral trend in the visible range. The MCMC inversion hints at a possible second forward-scatter lobe of at least ~0.2 width. This leads to two possible solutions for the asymmetric factor (ξ (1) = −0.360 ± 0.030 and ξ(2) = −0.444 ± 0.020). We also report a dark global approximate single-scattering albedo at 550 nm from the collective analysis of all site candidates of 4.64+0.08-0.09 % . The single-scattering MapCam four-band colors show a similar spectral trend to the global average OVIRS EQ3 spectrum. The four sites together provide a general description of Bennu's colors.Fig. 1. Parametric solutions after the MCMC technique for all sample sites together, and the scattering phase function (bottom row) for each MapCam filters.References:[1] Lauretta, D. et al. Met.. & Plan. Scie., 50, Issue 4, 834-849, 2015.[2] DellaGiustina, D.N. et al., Nat. Astron. 3, 241-351, 2019.[3] Hapke, B. Icarus 59, 41-59,1984.[4] Shkuratov et al., JQSRT 113, 18, 2431-2456, 2012.[5] Davidsson, B. et al. Icarus 201, 335–357, 2009.[6] Labarre, S. et al. Icarus 290, 63-80, 2017.[7] Bowell, E., et al. Asteroid II, Univ. of Ariz. Press, 1989.[8] Van Ginneken, B. et al. AO 37, 130-139, 1998.[9] Goguen, J. et al. Icarus 208, 548–557, 2010.[10] Rizk, B. et al.. Space Sci. Rev. 214, 26, 2018.[11] DellaGiustina, D.N. et al., ESS 5, 929, 2018.[12] Daly, M. G. et al., SSR 212, 899, 2017.[13] Barnouin, O. S. et al., PLANSS 180, 104764, 2020. [14] Acton, C. H.. PLANSS 44.1 (1996): 65-70.[15] Hapke, B. Cambridge Univ. Press, 2ed., 2012.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,092
Score d'incertitude au seuil0,183

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,201
Écart entre enseignants0,185 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2020
Routes d'admission1
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