Multi-Spektrum-Retrieval von Oberflächeneigenschaften des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko anhand von Rosetta/VIRTIS Messungen

• Antragsteller: Dr. David Kappel
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395792296

Das vorgeschlagene Projekt dient der Erforschung der Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Dazu werden spektrale Messdaten von 67P verwendet, die kürzlich vom Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS, 0.25-5.1 µm) auf der ESA-Sonde Rosetta gewonnen wurden.Eigenschaften des Oberflächenmaterials wie Zusammensetzung, Rauheit und thermische Trägheit sind der Schlüssel, um verschiedene Oberflächenregionen zu unterscheiden und generell Kometen zu klassifizieren, während die Oberflächentemperaturen den Sublimationsstatus flüchtiger Komponenten bestimmen und damit die kometare Aktivität beeinflussen. In der Literatur zu 67P werden üblicherweise entweder die Reflektanz- und Emissivitätseigenschaften der Kometenoberfläche vereinfacht modelliert, um die Ableitung von Oberflächentemperaturen oder thermischer Trägheit zu ermöglichen, oder der von thermischen Emissionen betroffene Spektralbereich >3.5 µm wird verworfen, um dann photometrische und kompositionelle Analysen durchzuführen. Die vorgeschlagene Arbeit wird beide Methoden vereinen und darüber hinausgehen. Bidirektionale Reflektanz und direktionale Emissivität, Oberflächenzusammensetzung und -textur, Sub-VIRTIS-Pixel-Variationen von Oberflächeneigenschaften, Wärmediffusion, Sublimation flüchtiger Stoffe, sowie die komplexe Form des Kometenkerns und resultierende Schatten und mehrfachreflektierte Strahlungsbeiträge werden berücksichtigt, um die Simulation physikalisch realistischer Radianzspektren zu ermöglichen. Die genannten Oberflächeneigenschaften werden dann aus den VIRTIS-Daten durch Vergleich mit simulierten Radianzspektren abgeleitet. Das ist eine anspruchsvolle Aufgabe, da bei derartigen inversen Problemen unterschiedliche Parameterkombinationen häufig dasselbe gemessene Spektrum gleich gut reproduzieren können. Um dennoch eine Unterscheidung solcher Parameterkombinationen zu erreichen, wird der unlängst vom Antragsteller entwickelte Bayes'sche Multi-Spektrum-Retrieval-Algorithmus MSR angewendet, der z.B. die Bestimmung zeitlich unveränderlicher Oberflächeneigenschaften als gemeinsame Parameter vieler Einzelmessungen gestattet. Dieses Verfahren führt zu zuverlässigeren Ergebnissen, deren Belastbarkeit mittels einer detaillierten Fehleranalyse quantifiziert werden wird.Das Forschungsvorhaben wird eine physikalisch eingehende und mathematisch konsistente Beschreibung der Oberflächeneigenschaften von 67P gestatten und Zugang zum thermisch beeinflussten Spektralbereich >3.5 µm mit wichtigen Informationen z.B. über das Vorkommen von Stickstoffverbindungen ermöglichen. Das Projekt wird einzigartige neue Erkenntnisse zum thermo-physikalischen Zustand und zur Oberflächenzusammensetzung und -textur von 67P als Vertreter des Zustandes der Materie in der frühen Phase des Planetensystems liefern. Somit wird es dazu beitragen, unser Wissen über die Entwicklungsgeschichte des Sonnensystems zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Gabriele Arnold; Dr. Ekkehard Kührt; Dr. Liubov Moroz; Dr. Stefano Mottola
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Mauro Ciarniello; Dr. Stubbe Hviid, Ph.D.; Anne-Kathrin Markus; Professor Dr. Frank Spahn, Ph.D.; Dr. Federico Tosi