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An advanced thermal roughness model for airless planetary bodies. Implications for global variations of lunar hydration and mineralogical mapping of Mercury with the MERTIS spectrometer

Wohlfarth, Kay und Wöhler, Christian und Hiesinger, Harald und Helbert, Jörn (2023) An advanced thermal roughness model for airless planetary bodies. Implications for global variations of lunar hydration and mineralogical mapping of Mercury with the MERTIS spectrometer. Astronomy & Astrophysics, 674, A69. EDP Sciences. doi: 10.1051/0004-6361/202245343. ISSN 0004-6361.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
17MB

Offizielle URL: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa45343-22/aa45343-22.html

Kurzfassung

We present a combined reflectance and thermal radiance model for airless planetary bodies. The Hapke model provides the reflected component. The developed thermal model is the first to consistently use rough fractal surfaces, self-scattering, self-heating, and disk-resolved bolometric albedo for entire planets. We validated the model with disk-resolved lunar measurements acquired by the Chinese weather satellite Gaofen-4 at around 3.5–4.1 μm and measurements of the Diviner lunar radiometer at 8.25 μm and 25–41 μm, finding nearly exact agreement. Further, we reprocessed the thermal correction of the global lunar reflectance maps obtained by the Moon Mineralogy Mapper M3 and employed the new model to correct excess thermal radiance. The results confirm the diurnal, latitudinal, and compositional variations of lunar hydration reported in previous and recent studies with other instruments. Further, we compared the model to lunar measurements obtained by the Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS) on board BepiColombo during a flyby maneuver on April 9, 2020: the measured and the modeled radiance variations across the disk match. Finally, we adapted the thermal model to Mercury for emissivity calibration of upcoming Mercury flyby measurements and in-orbit operation. Although a physical parameter must be invariant under various observation scenarios, the best lunar surface roughness fits vary between different datasets. We critically discuss possible reasons and conclude that anisotropic emissivity modeling has room for improvement and requires attention in future studies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195656/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:An advanced thermal roughness model for airless planetary bodies. Implications for global variations of lunar hydration and mineralogical mapping of Mercury with the MERTIS spectrometer
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wohlfarth, KayTU Dortmund University,Dortmund, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wöhler, ChristianTU Dortmund University,Dortmund, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hiesinger, HaraldWestfalische Wilhelms-Universitat, Muenster, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Helbert, JörnJoern.Helbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5346-9505NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 Juni 2023
Erschienen in:Astronomy & Astrophysics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:674
DOI:10.1051/0004-6361/202245343
Seitenbereich:A69
Verlag:EDP Sciences
ISSN:0004-6361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Moon, infrared: planetary systems, radiation mechanisms: thermal, methods: data analysis, methods: numerical, planets and satellites: surfaces
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt BepiColombo - MERTIS und BELA
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetare Labore
Hinterlegt von: Helbert, Dr.rer.nat. Jörn
Hinterlegt am:27 Jun 2023 10:23
Letzte Änderung:04 Dez 2023 11:24

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