22
11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse, Observatoire de Paris 1 Spectroscopy of asteroids Mirel Birlan 1,2 1 IMCCE, Observatoire de Paris, CNRS UMR8028, PSL Research University 2 Astronomical Institute of the Romanian Academy

Spectroscopy of asteroids - obspm.fr · 2019-03-21 · 11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse, Observatoire de Paris 21 1. Spectroscopy –powerful interactive tool for astronomers

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

1

Spectroscopy of asteroids

Mirel Birlan1,2

1 IMCCE, Observatoire de Paris, CNRS UMR8028, PSL Research University2 Astronomical Institute of the Romanian Academy

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

2

Inner Solar System

minor bodies

~ 780,000 bodies

21 Lutetia

Asteroids

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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Images of asteroids by spacecrafts

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Missions en cours

Bennu (OSIRIS-Rex) Ryugu (Hayabusa-2)11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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How to characterize asteroid

surface from the ground

• Reflectance spectroscopy (reflected

radiation of the Sun)

• Radio,

• Polarimetry

• Thermal albedo

• Emission spectroscopy (emission due to the

heated surface)

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

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SPECTROSCOPYATMOSPHERIC TRANSPARENCY

Atmospheric Molecules:

H2O, O3, CO2, O2, NO2,

H2O

CO2

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Reflectance spectroscopy

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

7

McCord & Adams, 1977 (Use of ground-based telescopes in

determining the composition of the surfaces of solar system objects.)

The spectral flux received on Earth from a square

kilometre of sunlit mare basalt on the Moon's surface.

Asteroid(Black Body, T=200K)

Reflected

Thermal

Balance Ref/Therm

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Asteroid reflectance spectroscopy

ITEMS

• Acquiring data (spectra)

• Build a statistically robust classification of

spectra

• Do comparative planetolgy

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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Asteroid spectral trends

Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

911 Janvier 2019

V and NIR are not covered by the same detector

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Classification => Taxonomy & mineralogy

10

Asteroid taxonomyVisible and near-infrared spectra

Birds species

DeMeo et al, Icarus, 2009

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

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Laboratory Spectroscopy

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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Toward a mineralogy of asteroidsFacts: 1) multiple mineralogical solutions

2) How representative for the bulk

mineralogy of asteroid (segregation,

space weathering,…) the surface is

Mineral species? Cosmochemistry of the space minerals

Silicates crystalline:

• Pyroxenes (M2M1Si2O6)

1. Orthopyroxene

2. Clynopyroxène

Ex: (Ca,Mg,Fe)Si2O6,

Ca(Mg,Fe)Si2O6

• Olivine (Fe,Mg)2SiO4 Al, C, H, Cr, Ni,………..

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Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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Cosmochemical representative elements ?

11 Janvier 2019

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

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Mineralogical parameters

• Continuum slope (! ?)

• Center of bands

• Depth of bands

• Band Area Ratio (BAR) = BI / BII

BI BII

809 Lundia

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2004 BL86 – PHA asteroid

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

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- BL86 is V-type asteroid

Mineralogical analysis: 2004 BL86 has a basaltic mineralogy

Thermal albedo of BL86 help in deriving a diameter of 290 ± 20

m.

Birlan et al 2015

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Mineralogical maps

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

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Opx/CPx diagram

Mineralogical charts developed using linear mixtures

of Ol, CPx and Opx (Birlan et al MNRAS 2014)

Degenerancy of mineralogical solutions

(in this case low abundance of CPx)

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Mineralogical maps

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Mineralogical map of (854) Frostia. NIR

spectrum shows the presence of feldspath

at 1.3 µm. (Birlan et al 2011)

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Mineralogical maps

11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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Mineralogical map of (1333) Cevenola, an

Olivine rich asteroid. (Birlan et al 2011)

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Featureless spectra

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Constrains thermal albedo by modeling thermal tail in

reflectance spectra.

(Rivkin et al 2005)

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SOVAG – spectrograph for Pic du Midi

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Spectral coverage: 0.5-1.6 µm

LowRes/Slit - Single order

June 2018 – First light

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

21

1. Spectroscopy – powerful interactive tool for

astronomers

2. Near-infrared spectroscopy became very

important and used in determining the

mineralogical solution(s).

3. Complementary results (photometry,

polarimetry, radiometry, radar, …) should be

used for the most probable mineralogical

solution

CONCLUSIONS / PROSPECTIVES

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11 Janvier 2019 Astrochimie 2019, Salle Denisse,

Observatoire de Paris

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OUR SOLAR SYSTEM

DeMeo, PhD thesis, 2010