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Thermophysical modelling and parameter estimation of small Solar system bodies via data assimilation

Hamm, Maximilian und Pelivan, Ivanka und Grott, Matthias und de Wiljes, J. (2020) Thermophysical modelling and parameter estimation of small Solar system bodies via data assimilation. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 496 (3), Seiten 2776-2785. Oxford University Press. doi: 10.1093/mnras/staa1755. ISSN 0035-8711.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://academic.oup.com/mnras/article/496/3/2776/5860286

Kurzfassung

Deriving thermophysical properties such as thermal inertia from thermal infrared observations provides useful insights into the structure of the surface material on planetary bodies. The estimation of these properties is usually done by fitting temperature variations calculated by thermophysical models to infrared observations. For multiple free model parameters, traditional methods such as least-squares fitting or Markov chain Monte Carlo methods become computationally too expensive. Consequently, the simultaneous estimation of several thermophysical parameters, together with their corresponding uncertainties and correlations, is often not computationally feasible and the analysis is usually reduced to fitting one or two parameters. Data assimilation (DA) methods have been shown to be robust while sufficiently accurate and computationally affordable even for a large number of parameters. This paper will introduce a standard sequential DA method, the ensemble square root filter, for thermophysical modelling of asteroid surfaces. This method is used to re-analyse infrared observations of the MARA instrument, which measured the diurnal temperature variation of a single boulder on the surface of near-Earth asteroid (162173) Ryugu. The thermal inertia is estimated to be 295 ± 18 Jm −2 K −1 s −1/2 Jm−2K−1s−1/2⁠, while all five free parameters of the initial analysis are varied and estimated simultaneously. Based on this thermal inertia estimate the thermal conductivity of the boulder is estimated to be between 0.07 and 0.12,Wm −1 K −1 Wm−1K−1 and the porosity to be between 0.30 and 0.52. For the first time in thermophysical parameter derivation, correlations and uncertainties of all free model parameters are incorporated in the estimation procedure that is more than 5000 times more efficient than a comparable parameter sweep.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136730/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermophysical modelling and parameter estimation of small Solar system bodies via data assimilation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hamm, Maximilianmaximilian.hamm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pelivan, IvankaInstitute for Mathematics, University of Potsdam, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grott, MatthiasMatthias.Grott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8613-7096NICHT SPEZIFIZIERT
de Wiljes, J.Institute for Mathematics, University of Potsdam, Karl-Liebknecht-Str. 24-25, D-14476 Potsdam-Golm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juni 2020
Erschienen in:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:496
DOI:10.1093/mnras/staa1755
Seitenbereich:Seiten 2776-2785
Verlag:Oxford University Press
ISSN:0035-8711
Status:veröffentlicht
Stichwörter:MASCOT, Hayabusa 2, Ryugu, Asteroids, Thermal Inertia
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Projekt MASCOT Science und Betrieb (alt)
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Grott, Dr.rer.nat. Matthias
Hinterlegt am:27 Okt 2020 07:48
Letzte Änderung:05 Dez 2023 07:06

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