Wenn thermische Infrarot-Weltraumteleskope Asteroiden entdecken, sehen sie dann die körpereigene thermische Emission oder die von der Sonne reflektierte TIR?

OK, versuchen wir es mit einfachen Berechnungen. (Kurze Antwort: Es ist überwiegend die körpereigene Wärmeabgabe.)

Das mittlere IR-Licht (verwenden wir 10 Mikrometer, da ein wichtiges Designziel für NEOCam darin bestand, die Abbildung auf diese Wellenlänge zu gewährleisten) der Sonne kann durch die Emission eines 5800 K schwarzen Körpers angenähert werden. Das reflektierte 10-Mikron-Sonnenlicht für einen Asteroiden in einer Entfernung von$D$Ist$L_{\rm sun} / (4 \pi D^{2})$, multipliziert mit der Querschnittsfläche des Asteroiden (der Einfachheit halber$\pi R_{\rm ast}^{2}$), multipliziert mit der Albedo bei 10 Mikron.

Die vom Asteroiden emittierte Wärmestrahlung kann angenähert werden durch Schwarzkörperemission pro Oberflächeneinheit, multipliziert mit der Oberfläche des Asteroiden ($4 \pi R_{\rm ast}^2$), multipliziert mit dem Emissionsgrad bei 10 Mikron.

Nehmen wir einen Asteroiden mit einem Radius von 100 m an, der sich 1 AE von der Sonne entfernt befindet und eine Temperatur von 300 K hat.

Die monochromatische (10 Mikron) Leuchtkraft der Sonne ist$4 \pi R_{\rm sun}^{2}$BB$(5800, 10\mu{\rm m}) \approx 2.7 \times 10^{10}$W/Hz, wobei BB$(T,\lambda)$ist die monochromatische Leistung bei der Wellenlänge$\lambda$emittiert pro Flächeneinheit für einen schwarzen Körper mit Temperatur$T$. Bei 1 AE könnte ein Asteroid mit einem Radius von 100 m insgesamt reflektieren$\approx 3.0 \times 10^{-9}$W/Hz bei 10 Mikron. (Albedo vorausgesetzt$= 1$, was nicht möglich ist.)

Die maximale monochromatische thermische Leuchtkraft des Asteroiden ist$4 \pi R_{\rm ast}^{2}$BB$(300, 10\mu{\rm m})$, was sich herausstellt$\approx 1.3 \times 10^{-6}$W/Hz. (Emissivität vorausgesetzt$= 1$.)

OK, was ist mit Albedo und Emissionsgrad? Eine gute Schätzung für den 10-Mikron-Emissionsgrad von Asteroiden scheint zu sein$\approx 0.9$, was die thermische Leuchtkraft des Asteroiden auf verringern würde$\approx 1.2 \times 10^{-6}$W/Hz. Da Emissionsgrad + Albedo$= 1$, das heißt, die 10-Mikron-Albedo wäre$\approx 0.1$(also eine gute Vermutung deinerseits), was das reflektierte Sonnenlicht zu mindert$\approx 3.0 \times 10^{-10}$W/Hz.

Ich habe Probleme wie die Ausrichtungsgeometrie (wie viel von der reflektierten Seite des Asteroiden können Sie tatsächlich sehen?) und die Temperaturvariation über die Oberfläche des Asteroiden (höher auf der Tagseite, niedriger auf der Nachtseite; weniger Unterschied für schneller) ignoriert -rotierende Asteroiden), aber das sind sekundäre Effekte. Das Ergebnis ist, dass die thermische Emission des Asteroiden bei 10 Mikrometern mehrere tausend Mal heller sein wird als das reflektierte Sonnenlicht.

Beachten Sie, dass die Menge des reflektierten Sonnenlichts proportional zu ist$R_{\rm ast}^2$, aber auch die Menge der emittierten thermischen Emission, so dass die Größe des Asteroiden in erster Linie eigentlich irrelevant ist. (Allerdings nicht, wenn Sie die sichtbare Wellenlänge betrachten , wo reflektiertes Sonnenlicht dominiert.)

Bearbeitet, um hinzuzufügen: Bei 5 Mikrometern wird die thermische Emission des Asteroiden immer noch etwa hundertmal heller sein als das reflektierte Sonnenlicht.

Bearbeitet, um hinzuzufügen: Wenn Sie mit verschiedenen Wellenlängen, Asteroidentemperaturen usw. experimentieren möchten, habe ich einen Python-Code eingefügt, den ich für die Berechnungen in diesem Github-Gist geschrieben habe .