The Near-Infrared Spectral Characteristics of Water Ice, Epsomite, and Halite Mixtures Relevant to Europa
Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);University of Maryland(马里兰大学)
本研究首次发布水冰、泻利盐和石盐低温颗粒混合物的近红外光谱,评估混合模型,发现小冰粒影响更强,并指出光谱混合分析是确定成分丰度的可靠方法。
2025-09-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Models of dust around Europa and Ganymede
我们使用数值模型,我们的实验室数据的支持下,预测尘埃密度的喷出物外流在任何高度内的木卫二和木卫三的希尔球体。喷出物是由微流星体轰击产生的,五种不同的尘埃种群被调查为卫星周围尘埃的来源。撞击尘埃通量(流入)导致一定量的表面物质(流出)喷射。外流物填充了卫星周围的空间,其中一部分喷出物逃逸,其余的落回表面。这些模型进行了验证,对现有的伽利略DDS(尘埃探测器系统)在木卫二和木卫三飞越收集的数据。还包括输入参数及其对模型结果的影响。该模型的结果对于未来的木卫二和木卫三任务非常重要,例如JUICE(Jupiter ICy月球探测器),最近被选为欧空局将于2022年发射的下一个大型太空任务。
2012-06-13 astro-ph.EP physics.space-ph
Spatially Resolved Spectroscopy of Europa: The Distinct Spectrum of Large-scale Chaos
我们提出了一个全面的分析空间分辨中等光谱分辨率的近红外光谱获得的自适应光学系统在凯克天文台。我们确定了三个组成不同的端成员区域:尾随半球靶心,领先的半球高纬度地区,和第三个组成部分与领先的半球混乱单位。我们解释的三个端员区域的组成主要由辐照产品,水冰,蒸发岩矿床或盐水,分别。第三个组成部分与地质特征有关,与辐照地理不同,表明具有内在特性。识别内源性成分对于揭示地下成分特别重要。然而,它的光谱与先前认为与木卫二有关的盐矿物的线性混合物不一致。该组分的光谱通过扭曲的水化特征而不是明显的光谱特征来区分,指示水化矿物,但使独特的识别变得困难。特别是,它缺乏常见的水合硫酸盐矿物的功能,挑战了传统的观点的内源性盐成分占主导地位的镁硫酸盐。氯化物蒸发岩沉积是一种可能的替代方法。
2015-10-26 astro-ph.EP
Replicating the flyby sampling of salty ocean world ice grains using impact ionization mass spectrometry
本研究利用新型超高速冰粒加速与撞击质谱法,量化了欧罗巴快船任务飞掠速度范围内NaCl冰粒质谱受成分和速度的影响,为未来海洋世界数据解读提供关键依据。
2025-08-13 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
A New Spectral Feature on the Trailing Hemisphere of Europa at 3.78 microns
我们目前的半球分辨光谱的木卫二表面从~3.1--4.13微米,我们获得了使用近红外光谱仪NIRSPEC的凯克II望远镜。这些包括第一个高质量的L波段光谱的表面延伸超过4微米。在我们的数据中,我们确定了一个以前看不见的光谱特征在3.78微米的拖尾半球。特征的纵向分布与由电子或Iogenic离子轰击产生的辐解产物的纵向分布一致。这一特征与在实验室光谱和木卫一光谱中观察到的SO_2霜的吸收特征相一致。然而,相应的,通常更强的4.07微米的二氧化硫霜的功能是缺席我们的数据。这一结果与伽利略NIMS后半球数据中4.05微米处的SO2检测结果相反,后者受到辐射噪声的严重影响。我们使用简单的光谱建模,认为3.78微米的功能是不容易解释的表面上的二氧化硫霜的存在。我们探索替代解释,并讨论其他潜在的候选物种。
2017-06-11 astro-ph.EP
Formation and Trapping of CO2 from Cryogenic Irradiation of Carbonate
Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology(加州理工学院地质与行星科学系)
研究通过低温电子辐照碳酸盐在真空条件下产生并保留CO2,发现其v3不对称伸缩振动谱带,表明碳酸盐可能作为外太阳系冰体中CO2的内源性储库。
2026-04-29 astro-ph.EP physics.chem-ph
Europa's H$_2$O$_2$: Temperature Insensitivity and a Correlation with CO$_2$
本研究结合地基望远镜与 JWST 观测,发现木卫二 H$_2$O$_2$ 在食相与昼夜尺度上对温度不敏感,却与 CO$_2$ 强正相关,表明 CO$_2$ 或通过电子清除促进其生成。
2024-08-26 astro-ph.EP
Ceres as seen by VIR/ Dawn: spectral modeling and laboratory measurements suggest altered and pristine silicates within carbon chemistry
美国宇航局/黎明号任务从矮行星谷神星的表面获得了前所未有的大量数据,提供了其表面成分的彻底表征。目前最受欢迎的组成模型包括超碳质材料、层状硅酸盐、碳酸盐、有机物、铁氧化物和挥发物的混合物,如通过Dawn/VIR-IR成像光谱仪所确定的,其中对Dawn/GRAND仪器所提供的元素组成的限制。最近对VIR光谱仪的VIS通道进行的校准对整体成分模型提供了进一步的限制,表明存在另一种以前没有考虑过的硅酸盐。这项工作回顾了VIR-VIS校准过程,并考虑VIS和IR通道的谷神星表面的组成模型。为了更好地理解谷神星平均表面的整体(可见光-红外)形状,特别是解释1μm处的出射吸收,需要进行实验室实验。目前和未来的实验也讨论了这项工作。
2023-02-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
A comprehensive revisit of select Galileo/NIMS observations of Europa
伽利略近红外测绘光谱仪(NIMS)收集了欧罗巴在0.7-5.2 $μ$ m波长区域的光谱,这对提高我们对这颗卫星表面成分的理解至关重要。然而,大多数为限制水冰、水合硫酸、水合盐和氧化物等物种丰度所做的工作都使用了替代方法,例如光谱特征的吸收强度或拟合实验室生成光谱的线性混合物。这些方法忽略了随丰度退化的参数的影响,如颗粒的平均粒度或风化层的孔隙度。在这项工作中,我们重新审视三个伽利略NIMS光谱,从观测收集的尾半球的欧罗巴,并使用贝叶斯推断框架,与Hapke反射率模型,重新评估欧罗巴的表面组成。我们的框架相对于以前的分析有几个定量的改进:(1)同时包括无定形和结晶水冰,硫酸八水合物(SAO),CO $_2$和SO $_2$:(2)物理参数,如风化层孔隙度和辐射诱导的带中心位移;以及(3)用于量化模型中包括的每个物种的存在的置信度、约束它们的参数以及探索解退化的工具。我们发现,SAO强烈占主导地位的光谱中考虑在这项研究中的组合物,而这两种形式的水冰检测在不同的置信水平。我们没有发现任何证据CO $_2$或SO $_2$在任何光谱,我们进一步表明,通过理论分析,这是极不可能的,这些物种是检测到任何1-2.5 $μ$米伽利略NIMS数据。
2021-09-23 astro-ph.EP
Characterization of carbon dioxide on Ganymede and Europa supported by experiments: Effects of temperature, porosity, and mixing with water
该研究通过实验结合理论计算,探究冰质卫星表面CO₂光谱带偏移的成因,揭示温度、孔隙度及与水混合对CO₂冰光谱和脱附行为的影响,为理解木卫二、木卫三的表面组成提供实验依据。
2024-05-17 astro-ph.EP
VIS spectroscopy of NaCl-water ice mixtures irradiated with 1 and 5 keV electrons under Europa_s conditions: Formation of colour centres and Na colloids
最近的实验室工作和对木卫二的望远镜观测表明,氯化钠(NaCl)的黄色与辐照产生的晶体缺陷有关。我们进一步研究这个过程中照射(高能电子)不同类型的类似物,其中NaCl是以不同的方式与水冰。我们生产两种类型的冰冷的类似物:紧凑的板坯和颗粒状颗粒,我们调查两种颗粒尺寸(5和70 $μ$ m)。我们在低温(100 K)和高真空(10-7毫巴)条件下进行电子辐照,能量为1和5千电子伏。我们观察到两种不同类型的色心的形成。所谓的F中心(460 nm)在每个样品中形成,但紧凑的平板内的吸收带的强度超过任何其他冰冷的类似物,并与纯NaCl晶粒内的吸收带的强度相当。到目前为止,在木卫二的表面还没有检测到M中心(720 nm),并且在我们对致密板的照射过程中接近检测极限。这些板块主要产生F心,因此可以很好地模拟木卫二的表面。其他显着的差异已被观察到之间的紧凑的板坯和颗粒样品,如在580 nm处的吸收带的存在下归因于胶体的钠,专门在颗粒样品。在以前的研究中没有报道过这种情况。
2022-08-02 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.chem-ph
Bayesian analysis of Juno/JIRAM's NIR observations of Europa
朱诺号航天器的光谱仪JIRAM最近在2-5 μm波长区域观测了木卫二。在这里,我们分析了20°N和40°W附近的一组观测结果的平均光谱,重点是水冰的两种形式-无定形和结晶。我们也以此为契机,提出了一种新的贝叶斯光谱反演反射光谱框架。我们首先验证这个框架使用模拟光谱的无定形和结晶冰的混合物和实验室光谱的结晶冰。我们接下来分析JIRAM数据,通过贝叶斯模型比较,发现无定形冰和结晶冰的双组分紧密混合模型(TC-IM模型)比相同物种的双组分模型更受欢迎(26σ置信度),但它们的光谱是区域/线性混合的。我们还发现,TC-IM模型是强烈的首选(在> 30σ置信度)比单组分模型,只有无定形或结晶冰,这表明这两个阶段的水冰的数据中的存在。对于JIRAM数据的最高SNR估计,TC-IM模型解对应于具有非常大的数密度分数的混合物(99.952 +/- 0.001 \%)(23.12 +/- 1.01微米)非晶冰粒,以及非常小部分(0.048 +/-0.001%)的大(565.34 +/- 1.01微米)结晶冰粒。我们发现的大量小的无定形冰粒与以前的研究一致。然而,TC-IM模型的最大似然谱与2.5和3.6 μm附近的数据存在矛盾,表明存在目前未包括在我们的模型中的非冰成分,这主要是由于低温光学常数的可用性有限。
2020-12-19 astro-ph.EP
Laboratory astrophysics: key to understanding the Universe
这个简要的概述强调了实验室数据和理论在分析天文观测和理解驱动我们宇宙中天体物理现象的物理和化学过程中的重要性。这包括基本的原子和分子数据,如光谱和碰撞速率系数,但也提高了对核,等离子体和粒子物理学的理解,以及导致化学复杂性和生命基石的气态和固态反应和光过程。系统的实验室碰撞实验提供了详细的洞察力的步骤,产生卵石,砖,并最终从亚$μ$ m大小的颗粒星子。样品返回任务和陨石研究受益于日益复杂的实验室机器,以分析材料并提供纳米尺度的成分图像。需要对未来的数据需求进行优先排序,以便在有限的实验室天体物理学预算范围内处理来自未来各种天文学设施的日益增多的数据流。
2019-11-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Determining elemental composition in laboratory meteorite ablation spectra through radiative transfer modeling
Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences(捷克科学院天文研究所);Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University Bratislava(布拉迪斯拉发康斯坦丁神学院数学、物理与信息学院)
本研究通过辐射传输模型分析22种陨石实验室烧蚀光谱,确定等离子体参数和元素丰度,发现挥发性元素富集、难熔元素缺失,验证了不完全汽化主导烧蚀过程,为陨石观测提供更稳健的组成解释方法。
2026-09-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Three-dimensional spectral analysis of compositional heterogeneity at Arruntia crater on (4) Vesta using Dawn FC
我们介绍了一种创新的三维光谱方法(三带参数空间与多面体),可用于定性和定量分析,提高表征(4)灶神星的表面异质性。这是一个先进的和更强大的方法相比,标准的二维光谱方法(两个波段参数空间)。使用了在高海拔测绘轨道(分辨率~ 60米/像素)期间获得的黎明分幅相机(FC)彩色数据。主要关注的是含有碳质磷灰石材料、橄榄石和冲击熔融物的霍华德石-钙铝榴石-闪长岩(HED)岩性。HED及其混合物的存档光谱,从RELAB,HOSERLab和USGS数据库,以及我们的实验室测量的光谱用于本研究。三维凸多面体的定义使用计算的实验室光谱的带参数值。本文选取了基于波段比(R0.92μm/R0.96μm)、中间比(R0.75μm/R0.83 μm/R0.92μm)和0.55 μm处反射率(R0.55μm)的多面体进行分析。采用IDL编程语言中的算法将FC数据点分配到相应的多面体。灶神星北半球的Arruntia地区因其在地质和矿物学上的重要性而被选作案例研究。我们观察到,这一地区是欧利特占主导地位的霍华德组成。在2.5个陨石坑半径的区域内,富含橄榄石的暴露程度比之前的发现大了约12%(Thangjam等人,2014年)。几乎纯的CM 2-球粒陨石,橄榄石,玻璃,和diogenite的岩石没有发现在这个地区。我们的光谱方法可以扩展到整个维斯塔表面,研究非均匀的表面组成和地质。
2015-12-09 astro-ph.EP
Gas Phase Chemistry of Cool Exoplanet Atmospheres: Insight from Laboratory Simulations
恒星紫外线通量引起的光化学反应应该会在系外行星大气中产生薄雾颗粒。最近的观测表明,系外行星的大气层中存在薄雾和/或云层。然而,行星外大气中的光化学过程在很大程度上仍然未知。我们用PHAZER室进行了实验室实验,以模拟在一系列系外行星大气(富氢,富水和富二氧化碳,在300,400和600 K)中形成的霾,并观察气相组成的变化(初始气体的破坏和新气体物种的形成)在这些实验中与质谱仪。质谱显示,不同的化学过程发生在实验中作为不同的初始气体混合物和不同的能源(等离子体或UV光子)的函数。我们发现,有机气体产品和O2的光化学产生的实验中,表明光化学生产是这些潜在的生物签名的非生物来源之一。多个模拟大气同时产生有机物和O2,这表明即使有机物和O2的共同存在也可能是假阳性生物特征。从气相组成的变化,我们确定了潜在的前体(C2 H2,HCN,CH 2NH,HCHO等)。对于雾的形成,其中可以发生复杂的反应并产生更大的分子。我们的实验室结果表明,复杂的大气光化学可能发生在不同的系外行星大气中,并导致新的气体产物和烟雾颗粒的形成,包括可能被错误地识别为生物特征的化合物(O2和有机物)。
2018-12-17 astro-ph.EP
Investigating the Relationship between (3200) Phaethon and (155140) 2005 UD through Telescopic and Laboratory Studies
近地天体(3200)Phaethon和(155140)2005 UD之间的关系尚不清楚。虽然两者都是流星雨的父母,(双子座流星雨和白天的六分仪流星雨,分别),有类似的可见光波长反射光谱和轨道,动力学研究未能找到任何可能的方法来连接这两个对象在最近的过去。在这里,我们提出了2005年UD的第一个近红外反射光谱,这表明它是一贯的线性和红色倾斜不同于法厄同的非常蓝色和凹光谱。为了寻找一个过程,可以改变一些共同的起始材料,这两个最终状态,我们假设这两个对象已被加热到不同程度,其近太阳轨道的动机,双子座流星体的组成,和以前的模型法厄同的表面。因此,我们着手建立一个新的实验室设备,以获取陨石样品的反射光谱加热到更高的温度后,比现有的文献中测试这一假设,并从梵蒂冈陨石收藏借来的CI球粒陨石Orgueil样品进行测试。我们发现,虽然法厄同的光谱有许多相似之处,不同的CI球粒陨石,2005年UD的没有。因此,我们得出结论,这两个物体之间最有可能的关系是,它们的相似属性只是巧合,而不是父母碎片的情况,尽管最终的测试将是JAXA的DESTINY+任务在本十年晚些时候访问一个或两个物体。我们还讨论了可能的路径向前理解法厄同的动力学和成分的理由的属性。
2021-09-02 astro-ph.EP
Polarimetry of Water Ice Particles Providing Insights on Grain Size and Degree of Sintering on Icy Planetary Surfaces
行星表面散射光的偏振测量是一个强有力的工具,以提供其微观结构的约束。为了改善对冰表面偏振数据的解释,我们开发了冰样品偏振仪(POLICES),以补充伯尔尼大学冰实验室的测量设施。新的装置使用高精度斯托克斯偏振计来测量在中等相位角(从1.5到30°)的表面散射的可见光的偏振度。我们提出的光度和偏振相位曲线测量的各种表面上的纯水冰粒具有良好的控制的大小和形状(球形,粉碎,霜)。结果表明,负极化分支的幅值和形状随冰的粒径和变质程度的变化而变化。我们发现,新鲜的霜形成的水冷凝在冷表面上有一个相位曲线的共振(米氏振荡),表明霜胚是透明的微米大小的颗粒,具有窄的尺寸分布和球形。将这些测量结果与太阳系冰冷卫星的偏振观测结果进行比较,表明木卫二可能被相对较粗(约40-400 μm)的烧结颗粒覆盖,比土卫二和土卫五更可能被平均数微米的霜状颗粒覆盖。极化对颗粒大小和烧结程度的高度敏感性使其成为探测冰冷行星表面正在进行的过程的理想工具,例如冰火山活动。
2018-09-22 astro-ph.EP
Asteroid thermal modeling in the presence of reflected sunlight with an application to WISE/NEOWISE observational data
这项研究解决了小行星的热建模与一个新的推导近地小行星热(NEATM)模型,正确地占反射太阳光在短波红外波段的存在。基尔霍夫的热辐射定律适用于这种情况,并具有重要的意义。对NEATM模型中的eta参数进行了新的研究,并将其推广到NEATM以外的热模型中。使用陨石的实验室光谱和其他小行星成分代理的表面材料特性的作用,对eta检查;在小行星热模型的发射率e = 0.9的共同假设可能是不合理的,并可能导致错误估计的物理参数。此外,热建模中的不确定性会限制其唯一确定温度和其他物理特性的能力。一种新的曲线拟合方法允许热模拟独立于可见波段观测参数,如绝对星等H。这些新的热模拟技术被应用于WISE/NEOWISE飞行任务中选定小行星的观测数据。之前的NEOWISE分析假设基尔霍夫定律不适用。它还严重偏离了既定的统计做法,系统地低估了从有限的观测样本观测可能不规则的小行星所固有的抽样误差。因此,新的分析发现小行星直径和其他物理特性与NEOWISE公布的结果有很大差异,误差估计大大增加。NEOWISE结果声称直径估计的准确度为+/-10%,但这是不支持的。摘要继续PDF.
2016-06-01 astro-ph.EP
Visible and near-infrared reflectance of hyperfine and hyperporous particulate surfaces
太阳系表面的成分可以通过反射和发射光谱学来推断,通过将这些观测结果与实验室测量和辐射转移模型进行比较。虽然若干物体群似乎被亚微米尺寸的颗粒(称为超微粒)覆盖,但对由小于可见光和红外波长的颗粒组成的微粒表面的反射和发射的研究有限。我们已着手确定超微粒表面的反射率以及高孔隙率,以便模拟彗星表面及其相关小行星(P型和D型)的物理状态。在这项工作中,我们提出了一种技术开发,以产生超精细粒子的天体物理相关材料。制备超精细粉末,并在0.4-2.6微米范围内测量反射率。然后将这些粉末包含在水冰粒中,在真空下升华,以产生超精细材料的多孔样品。当研磨到1微米以下时,所研究的四种材料(橄榄石、蒙皂石、辉石和无定形二氧化硅)显示出它们的吸收特征的强烈降低以及光谱的蓝化。这种小晶粒简并意味着由超精细晶粒覆盖的表面应该仅显示浅吸收特征(如果有的话)。这两个效果,带深和光谱蓝化的减少,出现放大时,晶粒被纳入超多孔残留物。我们解释了不同的行为之间的多孔性和更紧凑的表面由个别晶粒的距离和减少的元素散射体的大小。这项工作意味着S型或V型小行星表面的超精细颗粒并不丰富,B型小行星的蓝色性质可能与物理效应有关,而不是成分效应。
2020-10-30 astro-ph.EP
Quantifying Surface Heterogeneity Across Asteroid (101955) Bennu using Candidate Site Remote Sensing Data
University of Oxford(牛津大学);NASA Goddard Space Flight Centre(美国宇航局戈达德太空飞行中心);Southwest Research Institute(西南研究院)
通过OSIRIS-REx任务获取的可见光-近红外和热红外光谱,量化贝努表面在2-10米尺度上的矿物组成和物理性质异质性,发现不同采样点间水合指标和硅酸盐波段存在显著差异。
2026-06-12 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
Infrared Spectra of Pyroxenes (Crystalline Chain Silicates) at Room Temperature
辉石晶体在陨石中很常见,但在天文环境中很少有成分被识别。我们提出了定量的室温光谱的17镁-铁-和钙-轴承原-和单斜辉石,和钙-辉石,以辨别趋势指示的晶体结构和广泛的组合物。使用金刚石砧盒产生数据:我们的带强度比在KBr或聚乙烯分散体中测量的带强度高6倍,其中包括数据处理中未解决的路径长度(来自粒度)和表面反射的变化。辉石具有多种光谱:顽火辉石(En $_{99}$)只有10.22~ $μ$ m和15.34~ $μ$ m两个谱带是所有辉石共有的。峰值波长通常随着Mg被Ca或Fe取代而增加。然而,当Fe组分从0增加到60%时,MgFe辉石中的两个谱带向较短波长移动,一个高强度谱带从11.6~ $μ$ m移动到11.2~ $μ$ m,当Fe增加到100%时,仍保持在11.2~ $μ$ m;它类似于通常识别为橄榄石或镁橄榄石的天文特征。在JWST获得的MIRI光谱中,在13~和16~ $μ$ m之间的独特辉石谱带显示出对它们进行鉴别的希望。如果用SPICA望远镜获得的数据,在40 ~ 80~ $μ$ m之间的许多辉石谱带可用于硅酸盐矿物学的诊断。我们的数据表明,顽火辉石和冷$\sim 10-K$天文尘埃特征的室温实验室波段在波长$\gtrsim 28~μ$ m的比较,可以导致识别(Mg,Fe)-辉石含有7- 15%的铁-比他们的真实值,因为一些温度变化模仿一些成分的变化。因此,一些天文硅酸…
2020-07-24 astro-ph.EP astro-ph.GA cond-mat.mtrl-sci
New Insights into Erg Chech 002 Analogues in the Main Belt from Near-Infrared Spectroscopy
Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Istituto Nazionale di Astrofisica(空间天体物理学与行星学研究所,意大利国家天体物理研究所);School of Physics and Astronomy, University of Leicester(莱斯特大学物理与天文学院);Université Côte d’Azur, CNRS–Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur(蔚蓝海岸大学,法国国家科学研究中心-拉格朗日实验室,蔚蓝海岸天文台);INAF – Osservatorio Astronomico di Roma.(意大利国家天体物理研究所罗马天文台)
通过近红外光谱学研究主带中可能与Erg Chech 002相似的陨石,发现16颗小行星被归类为V型,1颗为S复杂型,1颗为A型,但未发现匹配Erg Chech 002的类比体,但1991 RY16和1990 QP10与Erg Chech 002光谱特征相似。
2026-03-25 astro-ph.EP