Antžeminio vaizdo aptikimo bendro kryžminio smūgio apibūdinimas | gamtos komunikacijos

Antžeminio vaizdo aptikimo bendro kryžminio smūgio apibūdinimas | gamtos komunikacijos

Anonim

Dalykai

  • Planetų mokslas

Anotacija

„Lunar CRater“ stebėjimo ir stebėjimo palydovo (LCROSS) misija buvo skirta ieškoti vandens įrodymų nuolat šešėliniame regione, šalia mėnulio pietų poliaus. Pritaikytas erdvėlaivis „Ganytojas“ sekė kinetinį smogiklį ir, žvelgdamas žemiausiai, pateikė vienintelius šiukšlių pliūpsnio vaizdus. Atlikus nepriklausomus stebimų matomų šiukšlių iš pakreipto vaizdo, šio unikalaus kraterinio bandymo metu išstūmimo kampai ir greičiai yra labiau suvaržomi. Pateikiame pirmuosius matomus „LCROSS ejecta“ pliūpsnio iš Žemės stebėjimus ir taip įsitikiname, kad pylimo morfologijoje turi būti ne mažiau kaip du atskiri komponentai, nustatant išmetimo greičius įvairiais kampais ir leidžiant nepriklausomai įvertinti apšviestos ejektos masę. . Mūsų atliktas masinis vertinimas reiškia, kad mėnulio lakiųjų medžiagų atsargų Cabeus nuolat šešėliniame regione vandens koncentracija yra 6, 3 ± 1, 6% masės.

Įvadas

„Lunar CRater“ stebėjimo ir stebėjimo palydovo (LCROSS) misija buvo skirta ieškoti vandens įrodymų nuolat šešėliniame regione, šalia mėnulio pietinio poliaus 1, 2 . Antrasis raketos, paleidusios „LCROSS“ ir „Lunar Reconnaissance Orbiter“ (LRO), pakopos smūgis į „Cabeus“ kraterį įvyko 2009 m. Spalio 09 d., 11: 31: 19.5 UTC. . Prietaisas su prietaisu „Shepherding Spacecraft“ (SSc) sekė smogtuvu, kad gautų nuolaužų tūrio vaizdus ir spektrus nuo žemiausio lygio, prieš tai atsitrenkdamas į Mėnulį ~ 4 min. Vėliau 3, 4 . Nors atliekant matavimus iš SSc ir LRO buvo sėkmingai aptiktas vanduo, ištekantis iš LCROSS smūgio 2, 3, 4, 5, 6, SSc pateikė tik matomus šiukšlių pliūpsnio vaizdus. Nepriklausomai stebint įstrižinį vaizdą iš matomų šiukšlių, šio unikalaus kraterinio eksperimento ejektos morfologijos ir dinamikos modeliai yra menkai suvaržyti.

Galutinį „Cabeus“ pasirinkimą, nes smūgio vietą lėmė ten vyraujantis vandenilis, kuris, kaip manoma, yra susijęs su vandens ledo nuosėdomis, išmatuotas neutronų spektrometrais Lunar Prospector erdvėlaivyje 7, 8 ir LRO. Smūgio vieta nebuvo ideali žvelgiant į žemę, nes priešakinis kalnas uždengė smūgio vietą. Šiam užtemimui reikėjo medžiagos balistiniu būdu pakilti virš 1, 8 km aukščio, kad ji būtų matoma nuo Žemės ir taip būtų nustatyta stipri matomosios masės riba. Nepaisant šio apribojimo, vakarų JAV ir Havajuose buvo vykdoma reikšminga antžeminė stebėjimo kampanija, skirta toliau apibūdinti LCROSS šiukšlių tūrį tiek spektroskopiniu, tiek vaizdavimo būdu 9 . Po natrio padidėjimo mėnulio egzosferoje po smūgio 10 nebuvo pranešta apie jokius kitus teigiamus antžeminius „LCROSS“ šiukšlių aptikimo atvejus. Dvi grupės pranešė, kad neaptiktos remiantis antžeminiais stebėjimais 11, 12 .

Pateikiame pirmuosius matomus „LCROSS ejecta“ pliūpsnio iš Žemės stebėjimus ir tokiu būdu išsiaiškiname, ar plieno morfologijoje turi būti ne mažiau kaip du atskiri komponentai, nustatome išmetimo greičio apribojimus keliais kampais ir leidžiame nepriklausomai įvertinti apšviestą išmetimą. mišios. Mūsų atliktas masinis vertinimas reiškia, kad mėnulio lakiųjų medžiagų atsargų Cabeus nuolat šešėliniame regione vandens koncentracija yra 6, 3 ± 1, 6% masės.

Rezultatai

Plieno aptikimas naudojant pagrindinio komponento analizę

Savo pradiniame dokumente 11 mes pranešėme apie šiukšlių aptikimo ribas, naudodamiesi „Agile 13 “ Astrofizinių tyrimų konsorciumo (ARC) 3, 5 m teleskopu Apache Point observatorijoje (APO) ir V juostos filtru, sujungtu su neutralaus tankio filtru ( 1a pav.). Mes nustatėme, kad jo V juostos paviršiaus ryškumas turėjo būti silpnesnis nei 9, 5 magnetų arkos sekundės −2 (mag arcsec −2 ) 4 km atstumu virš smūgio taško. Pateikiame unikalią šių duomenų analizę, naudodamiesi nauju analitiniu metodu. Norint ieškoti signalo, kuris yra mažesnis nei 3 σ aptikimo riba, nustatyta ref. 11, mes panaudojome pagrindinio komponento analizę (PCA). PCA yra matricos faktorizacijos metodas, pagal kurį duomenų rinkinyje randami statistiškai nepriklausomi pagrindiniai komponentai (PC) 14 . Mes pritaikėme PCA mūsų erdviniu ir laiko požiūriu išspręstiems duomenims (laiko eilutėms), kurių rezultatas buvo 961 AK. Mums pavyko nustatyti signalų, kurie yra 1–4 asmeniniuose kompiuteriuose, šaltinius (žr. Metodus). 1 ir 2 kompiuteriuose buvo statinis mėnulio kraštovaizdis, kuris dėl atmosferos matymo kinta pagal dinaminį diapazoną ir taško sklidimo funkcijos dydį (PSF). 3 ir 4 kompiuteriuose buvo pikselių trūkumų, susijusių su vaizdų registravimu stačiakampėmis kryptimis. 1–4 asmeniniai kompiuteriai nebuvo nepageidaujami šaltiniai laiko eilutėse ir visi statistiškai buvo nepriklausomi nuo bet kokio signalo, sklindančio iš „LCROSS“ srauto.

Image

a ) V juostos Cabeus kraterio vaizdas (apverstas) ties Mėnulio pietiniu poliu, vaizduojamas judriu fotoaparatu 3, 5 m teleskopu APO Sunspot mieste, Naujojoje Meksikoje, naktį, kai įvyko „LCROSS“ smūgis 11 . Įdėklas rodo mūsų analizėje naudojamą regioną su raudonu masyvu, uždengtu, kad būtų parodytos 4 × 4 pikselių fotometrijos dėžučių, naudojamų aptikto pliuso signalui analizuoti, vietos. ( b - c ) PC20 stebėjimo duomenų, kuriuose nedviprasmiškai aptiktas LCROSS smūgio plotas. b ) PC20 amplitudės rodo didžiąją dalį matomų šiukšlių (šviesus regionas). c ) PC20 savivektorius yra laikui bėgant kintantis PC20 stipris. Visi duomenų elementai, esantys savivektoriuje, pavaizduoti atvirais deimantais ir atrodo vientisi juodai ten, kur deimantai sutampa. Visi nurodyti duomenys apima kompiuterius 5-961, jei nenurodyta kitaip. ( d - e ) Fotometrijos dėžutės matricos stebimo LCROSS pliuso, parodyto a punkte, signalas. Vertikalios punktyrinės linijos kiekvienoje fotometrijos dėžutėje nurodo smūgio laiką. Fotometrijos dėžučių ( e ) eilutės viduryje yra 3, 6 km virš smūgio vietos, o d eilutės aukštis - 5, 4 km. Kiekvieno fotometrijos langelio viršutinėje dešinėje esančių juodų juostų vertikalus dydis rodo 1- σ standartinį nuokrypį, matuojamą nuo –150 iki –0, 5 s laiko intervale nuo smūgio. Jų horizontalus dydis parodo duomenims taikomą 2, 5 s vidutinį sunkvežimio vidurkį.

Visas dydis

Mūsų PC20 (1b, c pav.) Turėjo aiškų „LCROSS“ signalą. Tačiau, atsižvelgiant į PCA pobūdį, bet kuris atskiras kompiuteris apibūdina tik tokias ploto dalis, kuriose yra stipri kovariancija tiek erdvėje (1b pav.), Tiek laike (1c pav.). Norėdami išgauti visą duomenų erdvinę ir laikinę raidą, mes iš pradinių laiko eilučių pašalinome kompiuterius 1–4, kurie vienareikšmiškai nesusiję su plūmu. Šį nepageidaujamų, žinomų šaltinių pašalinimą mes vadiname PCA filtravimu (žr. Metodai). Iš savo PCA filtruotų duomenų gavome ryškumo kreivių masyvą pikseliams šešėlinėje Cabeus kraterio dalyje (1d, e pav.). Jie rodė nedviprasmišką signalą virš triukšmo slenksčio (žr. Metodus), o stipriausias signalas buvo aptiktas masyvo centre (1e pav.) Virš LCROSS smūgio vietos.

Modeliavo stebėtą plunksną sintetiniais pluoštais

Mes ištyrėme galimų pliūpsnio morfologijų ir dinamikų parametrų erdvę, palygindami stebimo pliuso ryškumo kreivių matricas su tomis, gautomis iš trimačio n- kūno balistinio pliuso modelio. Daugelio ankstyvųjų „LCROSS“ misijos prognozių, pagrįstų skaičiavimo modeliais ir kraterio mastelio ryšiais 15, buvo vienas brūkšninis komponentas 16, 17 . Tačiau smūgio eksperimentai, atlikti NASA „Ames“ vertikalaus nuotolio ginkle, palaikant LCROSS misiją, kurioje buvo naudojami tuščiaviduriai sviediniai, parodė bimodalinės ejektos pliūpsnio struktūrą, atitinkančią LCROSS SSc stebėjimus 4, 18 . Atliekant šiuos laboratorinius eksperimentus, kietieji sviediniai pagamino standartinį vienkomponentį pliūpsnį (vadinamą „mažo kampo“ pliūpsniu), tuo tarpu tuščiaviduriai sviediniai išleido dviejų komponentų pliūpsnį („mažo kampo“ ir „aukšto kampo“ pliūpsnį). ), kai žemo kampo plukdomoji kasimo medžiaga yra iš didesnio gylio nei aukšto kampo plunksna 18 . Remdamiesi šiais rezultatais mes išbandėme tiek vienkomponentę, tiek daugiakomponenčią pliūpsnio morfologiją (tai gali būti nuolatinio fizinio proceso parametrų nustatymas). 2 paveiksle pavaizduoti sintetiniai pluoštai su aukšto kampo slydimo komponentu ir be jo.

Image

( a, b ) Dviejų sintetinių slyvų momentinės nuotraukos per 10, 20 ir 30 s po smūgio ir ( c, d ) besivystančių sruogų morfologijos diagramos. a ) vaizdai iš mūsų apkrovos modeliavimo tik su mažo kampo apkrovos komponentu. LCROSS smūgio vietoje parodomos tik apšviestos dalelės, esančios virš 833 m saulės aukščio. Geltona horizontali linija rodo priešakinio kalno aukštį, žiūrint iš Žemės. ( b ) Mūsų geriausiai suderinto sintetinio pluošto, kurį sudaro tiek mažo kampo, tiek dviejų dalių, aukšto kampo, rezultatai. Rodyklės rodo lėčiausių aukšto kampo slenksčio vertikaliosios dalies dalelių (viršutinė rodyklė) ir lėčiausių aukšto kampo slenksčio kūgio dalelių aukštį (apatinė rodyklė). Baltas langelis viršutiniame paveikslėlyje atitinka apatinės, vidurinės fotometrijos dėžutės dydį (1, 84 km kiekvienoje pusėje) ir padėtį (1a pav., Raudonas masyvas). c ) iliustruoja žemo kampo, kūgio formos aukšto kampo ir centrinio aukšto kampo slydimo elementų vertikalų skerspjūvio „pjūvį“. ( d ) iliustruoja mažiausio greičio daleles kūginiuose ir centriniuose didelio kampo svyruokliuose, kylančiuose į mūsų aptikimo fotometrijos dėžutes per 30 s po smūgio.

Visas dydis

Mes nustatėme, kad sintetinis pluoštas, kurį sudaro žemo kampo plunksna, kurio išstūmimo kampai yra mažesni nei 45 ° mėnulio paviršiaus atžvilgiu, ir nepriklausomas aukšto kampo plunksnas, kurio išstūmimo kampai yra nuo 50 ° –90 °, geriausiai atitiko stebėtą. ryškumo kreivės, parodytos 1d pav., e. Joks vienkomponentis sintetinis pluoštas nesugebės suderinti visų masyvo ryškumo kreivių. Tai atitiko lūkestį, kad LCROSS pliusas turi būti morfologiškai panašus į tuos, kuriuos gamina tuščiaviduriai smogtuvai.

3 paveiksle pavaizduota mūsų stebimų „LCROSS“ pliuso ryškumo kreivių (juoda) perdanga, gauta iš dviejų sintetinių pluoštų - geriausiai atitinkančio mažo kampo sintetinį pluoštą (mėlyną) ir geriausiai tinkančio sintetinio pluošto, turinčio tiek mažą kampą, tiek aukštą - kampiniai komponentai (raudona). Vieno komponento mažo kampo pluoštas suderina fotometrijos dėžučių, pavaizduotų „a“ pav. 3, ryškumo kreives. 3 pav. Ši pluošto konfigūracija sukuria kūginę „apverstą lempos šešėlio“ formą, kuri laikui bėgant plečiasi, kaip parodyta 10, 20, ir 30 s po smūgio 2a ir 4c pav.

Image

Iš viso 4 × 4 suskaidytų pikselių skaičius stebimo LCROSS pliūpsnio (juodas) ir sintetinių pliūpsnių (mėlynas ir raudonas) kaip laiko funkcija po smūgio fotometrijos dėžutės matricai, parodytai 1a pav. Fotometrijos dėžučių ( b ) eilutės viduryje yra 3, 6 km virš smūgio vietos, o a eilutės - 5, 4 km aukščio. Kiekvieno fotometrijos langelio viršutinėje dešinėje esančių juodų juostų vertikalus dydis rodo 1 σ standartinį šios dėžės nuokrypį, išmatuotą per dvi minutes prieš paveikslą padarytą vaizdą. Jų horizontalus laipsnis parodo stebėjimo ir sintetinių duomenų 2, 5 sek. Vidurkį. Mėlynos linijos yra tik mažo kampo slenksčio komponento ryškumo kreivės, atitinkančios 2a pav. Parodytą slenkstį. Žemo kampo slenksčio parametrams naudoti panaudojome fotometrijos dėžutes, pažymėtas „a“. Raudonos linijos yra ryškumo kreivės, geriausiai atitinkančios žemo ir aukšto kampo sintetinį pluoštą, parodytą 2b pav. Dėžutes, pažymėtas „b“, pritaikėme kūgiško aukšto kampo slenksčio parametrams, ir dėžutę, pažymėtą „c“, kad atitiktume centrinio aukšto kampo slenksčio parametrus.

Visas dydis

Image

Paviršiaus LCROSS ir sintetinio pluošto ryškumo kontūrų žemėlapiai po smūgio 10, 18 ir 28 s. ( a ) Pluminio signalo paviršiaus ryškumo momentiniai vaizdai, išgauti naudojant PCA, filtruojant iš mūsų stebėjimo duomenų rinkinio, uždėto ant jo PC1 amplitudės. Balto mastelio juosta rodo 10 km ilgį (21, 74 taškų). b ) Imituotas skleidžiamas signalas, išgaunamas naudojant PCA, filtruojant iš geriausiai atitinkančių sintetinių duomenų rinkinio, uždėto ant jo PC1 amplitudės. c ) geriausiai atitinkantis sintetinio pluošto modelį, matomą iš viršaus Žemės atmosferos, uždėtą virš pagrindinio mėnulio vaizdo. Visos stulpeliai buvo išlyginti 2, 5 s vidutinio sunkvežimio vidurkiu. Visų stulpelių duomenis nuo –10, 0 iki +59, 5 s, palyginti su smūgiu, žr. 1 papildomame filme.

Visas dydis

Atkreipiame dėmesį, kad apverstos modelio lempos šešėlių forma, žiūrima iš aukščiau Žemės atmosferos (4c pav.), Neatitinka PCA išgaunamo LCROSS pliūpsnio, parodyto 4a pav. Tačiau mes nustatėme, kad atmosferos matymo iškraipymai, kuriuos pakartojome atlikdami sintetinio pluošto ekstrahavimo procedūrą, išlygino tariamą sintetinio pluošto, išgauto mūsų PCA filtru, formą (4b pav.). Padidinę mažų dalelių išmetimo kampų standartinį nuokrypį mūsų modeliavime iki 10 °, galėtume sukurti 'fuzzier' sintetinio pluošto modelį, morfologiškai panašų į figūrą 4a pav. (Tai yra, kad pats 4c pav. panašiai kaip 4a pav.). Tačiau dėl matymo sukelto skyros praradimo sintetiniai pluoštai, turintys skirtingą mažo kampo standartinį nuokrypį, po PCA ekstrahavimo atrodė iš esmės vienodi. Be to, mes nepastebėjome pastebimo išgautų ryškumo kreivių skirtumo sintetiniams pluoštams, kurių išmetimo kampo standartinio nuokrypio vertės yra nuo 3 ° –10 °, todėl negalime apriboti šio parametro.

Diskusija

Mes nustatėme, kad sintetinių kreivių ryškiausio ryškumo laikas 3 pav. Tinklelio dėžutėse, pažymėtose „a“, buvo jautrus vidutiniams dalelių išstūmimo kampams, o geriausios atitikties kampas turi būti 35 ± 5 ° nuo horizontalės, palyginti su ~ 45 ° kampu rasta tuščiavidurių sviedinių, įmestų į dalelių taikinius 18 . Šie žemesni išmetimo kampai atitinka poveikį mažesnio tankio, „pūkuotoms“ tikslinėms medžiagoms 18 . Mūsų geriausiai suderinami mažo kampo išstūmimo greičiai buvo iki 500 m s – 1, nors mūsų rezultatai buvo palyginti nejautrūs viršutinei ribai.

3 pav. Tinklelio dėžutėse, pažymėtose „a“, „b“ ir „c“, nepavyko rasti nė vieno komponento sintetinio pluošto, kuris atitiktų „LCROSS“ pliuso ryškumo kreives. Kad atitiktų „b“ ir „c“ langelių didžiausias vertes, reikėjo pridėti atskirus didelio kampo dūmų komponentus, turinčius skirtingus pradinius dalelių išmetimo kampus ir greitį, nei mažo kampo dūmtakio. Raudonos kreivės 3 pav. Rodo mažiausio kampo ir aukšto kampo derinio, geriausiai atitinkančio 2b pav., Derinį. Mūsų geriausiai suderinta sintetinių pluoštų morfologija parodyta 2c pav., D. Mes nustatėme, kad dviejų dalių aukšto kampo pliūpsnis turėjo atitikti mūsų stebimas ryškumo kreives visoms fotometrijos dėžutėms, pažymėtoms „b“ ir „c“ 3 pav. Šią dviejų dalių apimtį sudarė kūgio formos ir centrinė aukšta kampo briauna su atskirais išmetimo kampais ir pradiniais dalelių greičiais. Mūsų geriausiai suderintas kūgio formos aukšto kampo pjūvis atsitiktinai išmetimo kampus sudarė nuo 55 ° iki 75 °, o dalelių greičio intervalas buvo 150–400 m s – 1 . Šis kūginis pliusas ir mažo kampo pliūpsnis atitiko visas stebimas pliusų fotometrijos dėžutes, pažymėtas „a“ ir „b“. Norint suderinti fotometrijos langelio „c“ kreivę, reikėjo papildomo nepriklausomo centrinio didelio kampo strypo, kurio išstūmimo kampai yra 75–90 ° (tai yra vertikalūs), o dalelių greitis yra nuo 300 iki 500 m s – 1 .

Laboratorinių bandymų rezultatai rodo, kad ejekta greitis mažėja ilgėjant smūgiui 18 . Dėl to daroma išvada, kad lėtesnės didelio kampo dalelės atsiranda didesniame gylyje nei greitesnių dalelių dalelės. Dėl to mažos greičio ribos kūginiams ir centriniams didelio kampo pliūpsniams (2d pav.) Gali reikšti arba išstumiamos masės sumažėjimą mažesniu greičiu, arba galbūt staigų albedo sumažėjimą dalelėms, išstumiamoms mažesniu greičiu, taigi ir didesniam gyliui. Mes apskaičiavome, kad dalelių albedo turėtų sumažėti 75% mažesniais išmetimo greičiais, kad atitiktų mūsų stebimas ryškumo kreives. Kadangi tai reikštų, kad seklesnių dalelių albedo rodiklis siekia 0, 3–0, 6, mes palaikome galimybę, kad masė nukristų žemiau šių apatinių greičio ribų.

Remdamiesi fotometriniais kalibravimais, apskaičiavome stebimo ploto V juostos paviršiaus ryškumą. 11 (žr. Metodai). Nustatėme, kad maksimalus pliuso ryškumas yra 10, 0 ± 0, 1 magnezono −2 nuo 17–27 s po smūgio ~ 3, 6 km aukštyje virš smūgio taško. Tai rodo mažesnį „LCROSS“ spindulio ryškumo įvertinimą, išmatuotą po nuostolių dėl atmosferos matymo ir PCA filtravimo. Mes taip pat konvertavome vieno taško ryškumą arba skaitmeninį skaičių (DN) iš mūsų geriausios atitikties modeliavimo vertės į paviršiaus ryškumą, kad įvertintume maksimalų LCROSS spindulio ryškumą, matomą iš žemės paviršiaus taško virš atmosferos. Apskaičiavome pradinę ryškumo smailę, atsirandančią dėl centrinio aukšto kampo svyravimų pakėlimo 9, 6 ± 0, 1 magnezės −2 nuo 11–13 s po smūgio. Mūsų patikros procedūra parodė, kad atmosferos matymas susilpnino šį siauro ryškumo smailę (žr. Metodai). Po 18–28 s imituotas grimzlė rodė antrą, platesnį ryškumo viršūnę - 9, 9 ± 0, 1 magnezono −2 .

Stebimo ir geriausiai atitinkančio sintetinio pluošto dydis ir forma 10, 18 ir 28 s yra parodyti 4 pav. Mūsų aptikimas pasirodė įmanomas tik Cabeus kraterio fone, nes signalo ir triukšmo santykis (SNR) smarkiai nukrito už šio tamsaus regiono ribų. „Cabeus“ kraterio grindų paviršiaus ryškumas smūgio metu V-juostoje buvo 6, 75 magnec-− 2 11 . Bet kokiems būsimiems bandymams atvaizduoti panašų įvykį reikės fono, kurio paviršiaus paviršiaus ryškumas yra mažesnis ar mažesnis. Todėl, naudodami šį PCA filtravimo metodą, mes pademonstravome gebėjimą aptikti ir apibūdinti išsiskyrusią 3, 25 mag arcsec −2 mažiausią skleidžiamąjį efektą nei fonas. Šis rezultatas rodo maksimalų fono ryškumą, suderinamą su būsimų Mėnulio poveikio eksperimentų vaizdavimu žemėje.

Didžiausią optinį LCROSS spindulio gylį nustatėme pagal sintetinio pluošto ryškumą prieš atmosferos nuostolius 18–28 s po smūgio (žr. Metodai). Mes panaudojome fotometrinio perdavimo funkciją 19 savo tūrio modeliavimo DN reikšmes į bendrą dalelių skerspjūvio plotą 19 . Gavome optinio gylio ir masės įverčius, darant prielaidą, kad V juostos mėnulio regolito albedo vertė yra 0, 17, gauta kalnų medžiagai iš mėnulio atspindžio spektro 20 . Naudodamiesi šiuo albedo, maksimalų optinį gylį su 1 σ neapibrėžtimis (žr. Metodus) plieno centre 3, 6 km aukštyje virš smūgio vietos (3 pav. Esanti „b“ langelio 3 pav.) Įvertinome kaip 0, 0018. ± 0, 0002.

Remdamiesi mūsų geriausios atitikties modeliavimu, mes apskaičiavome visų apšviestų dalelių masę LCROSS tėkmėje po 20 s po smūgio. Dėl išsklaidytos šviesos iš ryškios priekinės žemės kalvos mūsų aptikimo tinklelis nusidriekė tik 2, 7 km virš smūgio vietos. Tačiau, naudodamiesi geriausiai suderinto modeliavimo apkrovos rezultatais, mes ekstrapoliavome bendrą apkrovos masę iki saulės apšviesto horizonto 833 m aukščio. Tai leido mums palyginti mūsų masės įvertinimą su paskelbtu remiantis SSc vaizdais, padarytais iš viršaus 3 . Remdamiesi tomis pačiomis prielaidomis 3, kai vidutinis dalelių spindulys yra 2, 5 μm, o dalelių tankis - 3000 kg m – 3, ir darant prielaidą, kad regolito albedo yra 0, 17, mes įvertinome, kad bendra apšviesto pliūpsnio masė yra 2240 ± 400 kg. Tai yra ~ 30% mažesnė už 3150 ± 790 kg masę, apskaičiuotą remiantis spektru, paimtu ultravioletiniu / matomu spektrometru ant SSc, 0–23 s laikotarpiui po smūgio 3 . 20 proc. Po smūgio aukšto kampo garsas sudarė 18% apšviestosios masės. Vandens ledo masės koncentracijos regolite LCROSS smūgio vietoje masės koncentracijos, gautos atlikus mūsų išmatuotus slenksčio masės rodiklius ir pagrįstos praneštu vandens masės matavimu 0–23 s po smūgio iš LCROSS SSc duomenų 3, yra 6, 3. ± 1, 6%.

Metodai

Stebėjimo duomenų paruošimas

Originalius duomenis iš „ARC 3.5 m Agile“ instrumento apdorojome naudodami standartinius metodus, kad pašalintume CCD nukrypimus, tamsiąją srovę ir vaizdo elementų jautrumą. Buvo surinktos keturiasdešimt penkios minutės nepertraukiamų duomenų („Agile“ yra kadro perdavimo CCD), pateikiant LCROSS smūgį. Šiame darbe analizuojamas pogrupis tų duomenų, apimančių 240 s prieš ir po smūgio laiko. Stebėjimai buvo užregistruoti pagal pikselių tikslumą kryžminės koreliacijos atvaizdais, pateiktais Cabeus kraterio srityje.

PCA filtravimas

Šiame darbe išanalizuotos stebėjimo laiko eilutės turi kiekvieno erdvinio vaizdo elemento ryškumo kreivę. PCA nustato stačiakampių savivektorių ryškumo kreivių, kurios vadinamos kompiuteriais, rinkinį ir kiekvieno AK amplitudę, reikalingą kiekvieno vaizdo elemento pradinio ryškumo kreivės atkūrimui, V , atkuriant linijinę visų kompiuterių superpoziciją. Tai yra koeficientas į PC savivektorius, H ir PC amplitudės W , kurias galima pavaizduoti taip:

Image

kur V yra m × r matrica, kurioje yra m ryškumo kreivės (pikseliai), atrinktos r kartų (kadrai), W yra kompiuterio amplitudės m × r matrica, H yra kompiuterio savivektorių r × r matrica, i žymi atskiras pikselis, τ žymi individualų laiką (rėmelį), o žymi individualų kompiuterį.

Kompiuteriai parenkami taip, kad pirmasis kompiuteris yra ryškumo kreivė, gaunanti mažiausius likučius, kai kiekvienam pikseliui ši ryškumo kreivė yra padauginta iš savavališkos amplitudės (teigiamos arba neigiamos, nes jie apibūdina pradinio ryškumo kreivės likučius, kurie yra kairėje po kiekvieno mažesnės eilės kompiuterio apskaitos) ir atimtas iš to taško ryškumo kreivės. Antrasis kompiuteris apibūdina stipriausią įmanomą liekanų ryškumo kreivę, kuri būtinai bus statmena pirmojo kompiuterio ryškumo kreivei. Aukštesnės eilės kompiuteriai randami tol, kol jų skaičius lygus r , o tada kompiuteriai sudaro visą bazinių vektorių rinkinį duomenų r -matmenų laiko erdvei. Todėl mūsų laiko eilučių PCA efektyviai nustato ryškumo kreives (PC savivektorius), kurios apibūdina mažėjančius duomenų kovariacijos dydžius. Kompiuterio amplitudės apibūdina, kiek ryškumo kreivė yra kiekviename vaizdo taške. Originali ryškumo kreivė atskirame taške yra taškų kompiuterio amplitudės suma, padauginta iš kompiuterio savivektoriaus per visus kompiuterius.

Kaip ir tikėtasi, PC1 aprašytas dispersijos šaltinis yra mėnulio peizažas (5a pav.). Tai, kad PC1 savivektorius (5e pav.) Nėra pastovus laiko atžvilgiu, yra dėl atmosferos matymo pokyčių, dėl kurių mėnulio kraštovaizdžio dinaminis diapazonas tarp kadrų yra skirtingas. Kadre su PSF, kurio didžiausias viso pločio plotis yra perpus mažesnis (FWHM), bus keletas fotonų iš ryškios priešakinės kalvos, susimaišiusio su kraterio šešėliu, todėl dirbtinai ryškesnis šešėlis ir neryški piliakalnis. PC2 šaltinis (5b, f pav.) Yra kiekvieno kadro suliejimas arba galandimas, palyginti su PC1 mėnulio kraštovaizdžio vaizdu, kai neigiami savivektoriaus koeficientai žymi galandimą. 3 ir 4 kompiuteriai atsiranda dėl pikselių trūkumų, susijusių su vaizdo registravimu stačiakampėmis kryptimis (5c, d ir g pav., H), kurie pasukami ~ 12 ° pagal laikrodžio rodyklę nuo vaizdo X ir Y ašių. Šis pasisukimas kilo dėl mūsų sprendimo užregistruoti visus kadrus, palyginti su vienu atskaitos kadru, kuris buvo apodifikuotas gausais, nukreiptais į šviesaus priekinio žemės kalno tašką tiesiai virš smūgio taško, kurio nuolydis yra toks pat. Todėl registracijos klaidos buvo labai koreliuojamos tiek palei kalno šlaitą, tiek statmenai jai. Klaidos šiomis skirtingomis kryptimis nebuvo statistiškai nepriklausomos.

Image

Keturiuose kompiuteriuose yra neabejotini stebėjimo duomenų dispersijos šaltiniai. Visi savivektorių duomenų taškai pavaizduoti atvirais deimantais ir atrodo vientisi juodai ten, kur deimantai sutampa. a ) PC1 amplitudės rodo labiausiai koreliuojamą mėnulio kraštovaizdžio vaizdą per visus kadrus. e ) PC1 savivektorius apibūdina dinaminio diapazono kitimą nuo kadro iki kadro. b ) PC2 amplitudės parodo ryškumo pokyčius nuo didžiausių atmosferos matymo pokyčių. f ) PC2 savivektorius apibūdina PSF dydžio pokyčius. c ) PC3 amplitudės parodo vaizdo pikselių trūkumus, išilgai linijos, apytiksliai statmenos priekinio plano kalnui tiesiai virš smūgio taško. g ) PC3 savivektorius apibūdina vaizdo poslinkio mastą šia kryptimi. PC4 amplitudėse ( d ) ir savivektoriuje ( h ) yra analogiška informacija kaip PC3, tačiau išilgai linijos, lygiagrečios maždaug ta pačiai priekinio žemės kalno taške.

Visas dydis

Mūsų nuodugnus supratimas apie 1–4 asmeninius kompiuterius leido pašalinti šiuos nepageidaujamus koreliuojamo signalo šaltinius, kad būtų galima aptikti nedidelį SNR signalą. Išfiltravome 1–4 asmeninius kompiuterius, rekonstruodami pradinę laiko eilutę iš jos PCA faktorizacijos, naudodami tik 5–961 asmeninius kompiuterius. Privalomųjų N kompiuterių rinkinio A indėlį į pradinius duomenis X galima rasti naudojant

Image

kur N≤r . Originalios laiko eilutės gali būti puikiai rekonstruotos, neprarandant duomenų, jei A apima visus PCA, kurie randami PCA faktorizacijoje. Mes sukūrėme savo filtruotas stebėjimo laiko eilutes, skirtas aptikti pliūpsnį, X filtruojamas, naudodamas kompiuterių rinkinį, kuriame gali būti pliūpsnio signalas.

.

, 961]. Taigi šiame darbe aprašytas ištrauktas garsumo signalas apima tą pluošto signalo dalį, kuri aiškiai yra PC20 (1b, c pav.), Taip pat bet kokį dviprasmišką ar neatpažįstamą garsinį signalą, esantį bet kuriame iš kompiuterių 5–961.

Iš kiekvieno iš mūsų PCA filtruotos laiko eilutės rėmo atėmėme vidutinį priešrinkiminio ir po smūgio kadrų vaizdą (atitinkamai nuo –240 iki –0, 5 s ir nuo +100 iki +240 s, palyginti su smūgiu), kad būtų atsižvelgta į bet kokius pokyčius pritaikius PCA filtrą, statinio kraštovaizdžio foniniai skaičiai. Norėdami dar labiau padidinti SNR, mes pritaikėme penkių kadrų (2, 5 s) autocisternų vidurkį (1 papildomas filmas, kairysis skydas). Norėdami gauti ryškumo kreives, pavaizduotas 1d, e paveikslėliuose, savo duomenis erdvėje išskaidėme į 2 × 7 matricą iš 4 × 4 pikselių fotometrijos dėžučių (1a pav.), Kiekvienos dėžutės šone esančios 1, 04 lanko sekos (″)., arba 1, 84 km per mėnulio atstumą, atsižvelgiant į Agile plokštės skalę - 0, 260 ″ už pikselį. Masyvas apėmė 28 × 8 taškų sritį; tai atitiko 7, 28 × 2, 08 km plotą numatomu atstumu Mėnulyje. Apatinė, viduryje esanti fotometrijos dėžutė buvo tiesiai virš LCROSS smūgio taško žemiausiame aukštyje, kuris buvo laisvas nuo priešakinio kalno nuo mūsų žiūrėjimo geometrijos.

Pliūpsnio aptikimo metodo įteisinimas

Norėdami nustatyti, ar aptiktas signalas PCA filtruojamuose duomenyse kilo iš „LCROSS ejecta“ pliūpsnio, mes sukūrėme sintetinio pluošto patikros procedūrą, kad patikrintume mūsų PCA filtravimo metodo jautrumą dirbtinio įvesties ryškumo kreivėms. 1–4 asmeniniai kompiuteriai buvo išskirtinai panašūs tarp tikrų ir sintetinių duomenų rinkinių (5 ir 6 pav.), Tai reiškia, kad mes sėkmingai ėmėmės nurodytų dispersijos šaltinių.

Image

Geriausių sintetinių laiko eilučių 1–4 ( ah ) kompiuteriai. Glaudžiai suderinus šių kompiuterių ir stebimų duomenų rinkinio struktūrą (5 pav.), Matyti, kad teisingai nustatėme dominuojančius duomenų dispersijos šaltinius. Absoliutus kiekvieno AK amplitudžių diapazonas yra savavališkas ir nedaro įtakos gautai analizei. Visi savivektorių duomenų taškai pavaizduoti atvirais deimantais ir atrodo vientisi juodai ten, kur deimantai sutampa.

Visas dydis

Norėdami įvertinti slenksčio parametrus, pirmiausia sukūrėme įvesties ryškumo kreivių masyvą, atspindintį galimą slenkstį (7 pav., Žalios linijos). Tada mes sukūrėme sintetinius šio hipotetinio nesugadinto pliūpsnio signalo stebėjimus, kaip aprašyta žemiau. Šie sintetiniai stebėjimai buvo išanalizuoti naudojant tą patį PCA filtravimo algoritmą ir plėvelę, naudojamą stebimoms LCROSS pliuso ryškumo kreivėms sudaryti, o vėliau buvo palygintos stebėjimų ir modeliavimo ryškumo kreivės. Indigo linijos 7 pav. Rodo sintetinio ryškumo kreives, pridėjus tik dirbtinį atmosferos iškraipymą, kurį net geriausiu atveju aptinka sintetinio pluošto signalas. Raudonos linijos 7 pav. Yra gaunamas garsinis signalas, išgautas iš sintetinių stebėjimų. Palyginimas su realių stebėjimų išgautu signalo signalu (1d, e pav.) Patvirtino, kad mūsų aptikimas iš tikrųjų atitiko ejecta srautą. Informacija apie sintetinių duomenų kūrimo procesą pateikiama kituose skyriuose.

Image

Bendras 4 × 4 suskaidytų taškų skaičius iš sintetinio pluošto, naudojant fotometrijos dėžučių rinkinį, parodytą 1a pav. Fotometrijos dėžučių ( b ) eilutės viduryje yra 3, 6 km virš smūgio vietos, o a eilutės - 5, 4 km aukščio. Vertikalios punktyrinės linijos kiekvienoje fotometrijos dėžutėje nurodo smūgio laiką. Žalia linija yra sintetinio pluošto šviesos ryškumo kreivės prieš įeinant į Žemės atmosferą. Indigo linijos yra sintetinio pluošto ryškumo kreivės, kai atmosferos matymas iškreipia šviesą. Raudonos linijos yra sintetinio pluošto (naudojant mūsų PCA filtravimo metodą) ekstrahuotos ryškumo kreivės iš sintetinių stebėjimų, kuriuose buvo mėnulio peizažas, sintetinis pluoštas, atmosferos matymas ir triukšmas. Raudonos juostos vertikalus dydis kiekvienos fotometrijos langelio viršutinėje dešinėje rodo šios dėžutės ištrauktų ryškumo kreivių (raudonų linijų) standartinį nuokrypį nuo 1 iki σ, matuojant per dvi minutes sintetinių vaizdų prieš smūgį. Jų horizontalus dydis parodo sintetiniams duomenims taikomą vidutinį 2, 5 s svertinį vidurkį.

Visas dydis

Bazinio mėnulio atvaizdo sukūrimas

Pradėjome nuo aukštos kokybės skaitmeninio Mėnulio perteikimo su tinkama Žemės žiūrėjimo geometrija smūgio metu, kurį pateikė Ernie Wright NASA GSFC mokslinės vizualizacijos studijoje. Atvaizdavimui buvo naudojami „Lunar Orbiter“ lazerinio altimetro duomenys ir apšvietimo bei šešėlių modelis, kad būtų galima modeliuoti Cabeus kraterio plotą iki 200 km aukščio nuo paviršiaus, žiūrint iš ARC 3, 5 m teleskopo Sunspot mieste, Naujojoje Meksikoje. Mes pasukome perteikimą (180 ° prieš laikrodžio rodyklę) norima scenos orientacija, maždaug atitiko mūsų stebėjimų dinaminį diapazoną ir tada pakeitėme dydį, kad jis atitiktų mūsų stebėjimo plokštės skalę (matuojama keliais įstrižainiais kraterio skersmenimis). Norint tiksliai suderinti stebėjimus, buvo atliktas galutinis mažas sukimasis (6, 5 ° prieš laikrodžio rodyklę).

Sintetinio duomenų rinkinio sukūrimas

Laikotarpis, apimantis tokią pačią trukmę kaip ir pluošto modeliavimas, buvo sudarytas naudojant pagrindą ankstesniame skyriuje aprašytą vaizdą. Kadruotai, imituojantys pliūpsnio modeliavimą, buvo dedami tinkamose erdvinėse ir laiko vietose, o po to kiekvienam atvaizdui buvo uždedama dvejetainė kaukė, siekiant įsitikinti, kad stebėjimai buvo uždengti nuo priešakinio kalno.

Norėdami sumodeliuoti Agile teleskopu patiriamą matymą, stebėjimo duomenų rinkinio PC2 savivektorių nuginklavome iki FWHM diapazono, tinkamo pakartoti stebimąjį matymą. FWHM diapazonas buvo pasirinktas remiantis vizualiu stebėjimų tikrinimu ir informacija, kurią APO užfiksavo diferencinio vaizdo judesio monitorius (DIMM). Deja, dėl sutemos DIMM matavimai sustojo prieš pat LCROSS smūgį. Vizualus sintetinių ir realių stebėjimo vaizdų patikrinimas bei PC2 amplitudžių palyginimas (5b ir 6b pav.) Gerai atitiko FWHM diapazoną nuo 1, 0 iki 1, 5 ″. Prieš konvoliuciją su sintetiniu duomenų rinkiniu, siekiant geriau modeliuoti realų PSF, į PKP buvo pridėtas nedidelis triukšmas, elipsiškumas (iki 2%) ir sukimasis. Šie papildymai daro tik nedidelį pastebimą poveikį sklindančio signalo išvaizdai, kaip matyti iš mūsų rekonstrukcijų, tačiau jie geriau atitinka kiekvieno kompiuterio apskaičiuoto bendro dispersijos dalį.

Nagrinėjami papildomi triukšmo šaltiniai

Po to, kai šis „išplėstas“ PKP buvo įtrauktas į sintetinį stebėjimą, buvo pridėtas pastovus 3000 DN poslinkis, kad būtų galima modeliuoti didelio masto išsklaidytą šviesą iš Mėnulio. Nors labiau tinka Gauso paskirstymas, nukreiptas į apšviestą Mėnulio dalį, matomą iš Žemės, mūsų stebėjimai yra pakankamai maži, kad tai būtų nedidelis efektas. Taškiniai stebėjimai pagal mažiausią tamsių kraterių ryškumą mūsų stebėjimuose parodė, kad 3000 DN apytiksliai atspindi šviesumo grindis ir staigiai nenukrenta tol, kol tamsus dangus nėra už Mėnulio galūnės ir analizėje naudojamas mūsų rėmas (1a pav.) .

Po to buvo pridėtas „Poisson“ ir skaitymo triukšmas, atsirandantis naudojant „Agile“ fotoaparatą, ir atsargiai pridėjus abu elektronus (e - ), atvaizdą padalijus iš fotoaparato stiprinimo nustatymo (1, 93 DN per e - ). Atsitiktinis Puasono triukšmas (

Image

), po to pridedant Gauso atsitiktinių imčių skaitymo triukšmą (6, 62 e - ) prieš konvertuojant stebėjimą į DN, padauginus iš padidėjimo koeficiento. Šiuo metu sintetinio stebėjimo vaizdo vertės buvo sutrumpintos iki nepasirašyto 16 bitų diapazono (0–65, 535), kad būtų išvengta sveikųjų skaičių perpildymo.

Kadangi vaizdų registravimo metu pagrindinis dėmesys buvo skiriamas ryškiam, aukšto kontrasto, nuožulniajam priekinio aukšto kalniukui, vaizdų poslinkiai, gauti iš 3 ir 4 AK, buvo palyginti su tuo nuolydžiu. Tuose asmeniniuose kompiuteriuose pikselių poslinkiai, į kuriuos neatsižvelgiama atliekant vaizdo suderinimą, yra matomi kaip pailgi ir (arba) „įspausti“ kraterio kraštai (5c, d pav.). Norėdami tai atkartoti, pasukome sintetinius stebėjimus (12 ° prieš laikrodžio rodyklę) prieš taikydami pikselių poslinkius, nepriklausomai X (PC4) ir Y (PC3) kryptimis. Norėdami pakeisti sintetinius stebėjimus, mes panaudojome perskaičiuotas kompiuterių versijas, kurių 3–4 amplitudės (0–0, 2 pikselių) iš stebėjimo duomenų rinkinio. Per didelis poslinkis (

Image
) gali sukelti (po interpoliacijos) viso taško poslinkį, ko aiškiai nebuvo matyti mūsų stebėjimuose po išlyginimo. Poslinkiai buvo pritaikyti naudojant 2-polinominę transformaciją, po kurios mes padarėme paveikslėlį derotuotą, kad grįžtume į Agile matomą orientaciją.

Po vieno paskutinio patikrinimo, kad įsitikintumėte, jog sukimas / interpoliavimas nesukėlė jokių pikselių verčių peržengus nepasirašytą 16 bitų ribą, sintetinis stebėjimas buvo įrašytas į diską ir procesas buvo kartojamas tol, kol sintetinės laiko eilutės bus baigtos. Šis procesas serveryje, kuriame yra „AMD Opteron 6172“ procesoriai, maždaug kas 0, 5 s įrašė diske sintetinį stebėjimą. Čia neatsižvelgiama į laiką, kurį reikia sukurti balistiniam pliūpsnio modeliavimui, kuris buvo baigtas per 10 minučių toje pačioje mašinoje; nė viena operacija nebuvo daugiasluoksnė.

Slyvų modeliavimas

Mūsų apkrovos modeliui pirminis greitis ir išstūmimo kampai buvo prilyginti ~ 200 000 dalelių smūgio metu ir atskirai stebėjo jų trajektorijas per visą stebėjimo laiką. Mažo kampo pliūpsnio dalelėms buvo priskirtas išmetimo greitis ir kampas pagal mastelio reikšmes, gautas atlikus laboratorinius smūgio bandymus panašiu greičiu 18 . Mūsų modelis leido reguliuoti santykinį mažo kampo ir aukšto kampo pjūvių dalelių tankį, taip pat nurodyti atskirus dviejų komponentų masės ir greičio bei masės ir kampo ryšius.

Iš šių modeliavimų mes išskleidėme pliuso ryškumo žemėlapius 0, 5 s intervalais, padalytais į 0, 46 km skiriamąją gebą, kad atitiktume mūsų judraus vaizdo kadrų dažnį ir erdvinę skiriamąją gebą. Mes interpretavome kiekvieną modeliuotą dalelę kaip ryškumo vienetą arba DN ir atlikdami iteracinį modeliavimą nustatėme, koks viso DN ploto skaičius reikalingas mūsų stebimoms ryškumo kreivėms atitikti.

Neapdoroti mokslo ir kalibravimo vaizdai yra archyvuoti NASA planetų duomenų sistemoje, tomo ID: lunar01 / ear-l-apo35m_agile-2-edr-lcross-v1 / lcragi_0xxx /. Visi kodai, susiję su PCA filtravimu ir sintetinių stebėjimų generavimu, yra ruošiami pateikti NASA planetinių duomenų sistemai.

Optinio gylio ir masės nustatymas

Mes apskaičiavome optinio gylio ir tūrio masę remdamiesi atspindžio santykiu, pritaikytu iš 5 lygties (nuoroda 19):

Image

kur

Image
yra atskirų pliūpsnio dalelių atspindėjimas, a yra atstumas nuo saulės iki mėnulio LCROSS smūgio metu, Δ yra atstumas nuo žemės iki mėnulio, A yra saulės ir žemės atstumas, A reg yra bendras skerspjūvio plotas. pliusinės (regolitinės) dalelės ploto vienete, m reg yra bendro regolito dalelių V-juostos dydis vieneto plote, o m sun - V-juostos Saulės didumas. Iš JPL horizonto Δ = 3, 6712 × 10 5 km ir a≈A . V juostoje m saulė = −26, 75 (nuoroda 21).

Agile atvaizdų kalibruotas nulinio taško dydis buvo pateiktas kaip ref lygtis. 11 kaip:

Image

su skaičiais, x , DN viename taške ir ekspozicijos trukme, t exp, sekundėmis. Nustatant t exp = 0, 5 ir priėmus šį dydį kaip slyvų dalelių dydį vieneto plote, lygų projektuojamam pikseliui Mėnulyje, m reg :

Image

Sujungus šiuos ryšius, gaunama tokia išraiškos viso slyvų dalelių skerspjūvio plotui projektuojamame taške kvadratiniais metrais:

Image

Mažo optinio gylio ( τ << 1) atveju τ yra maždaug lygus visų pikselių dalelių skerspjūvio plotui, padalytam iš numatyto pikselio ploto A pikselio Mėnulyje. Agile plokštės skalė yra 0, 260 ″ už tašką, tai yra 460 m Mėnulyje. Todėl τ yra pateiktas

Image

Mes priėmėme regolitinę dalelę

Image
aukštumos medžiagoms, pagrįstoms mėnulio regolito atspindžio spektru 20 . Kai V juostos centrinis bangos ilgis yra 0, 55 μm, ši vertė yra 0, 17. Todėl optinio gylio išraiška tampa:

Image

Geriausio modelio modeliavimui, DN vienam pikseliui, esančiam 3 paveikslo apačioje, vidurinėje fotometrijos dėžutėje, pažymėtoje „b“ per 24 s po smūgio, buvo 239 ± 25, o tai lemia optinį gylį.

Image

Bendra visų apšviestų pliūpsnio dalelių masė, M pliūpsnis, yra atskirų išdžiūvusių dalelių M dalies masės ir bendro pliuso dalelių skaičiaus η dalis :

Image

Atliekant šiuos modeliavimus, kiekviena imituota dalelė buvo skaičiuojama kaip viena DN, o bendras DN, DN tūrio, skaičius buvo nustatytas taip, kad sintetinio pluošto ryškumo kreivių smailės intensyvumas atitiktų stebimojo pluošto intensyvumą. Padalijame (6) lygtį iš x , kad gautume pliuso skerspjūvio plotą vienam DN, A DN . Bendras slyvų dalelių skaičius lygus:

Image

su dalelės skerspjūvio plotu, kurį suteikia A dalis, ir taip

Image

Dalelės masė apskaičiuojama pagal M dalį = (4/3) πρ

Image
, kur ρ yra dalelių tankis, manoma, kad 3000 kg m −3 . Dalis = π
Image
, todėl

Image

ir derinant lygtis (12) ir (13) gaunami:

Image

Jei darome prielaidą, kad vidutinis dalelių spindulys yra 2, 5 μm, kad palygintume su „LCROSS SSc 3“ masės įverčiais, gauname:

Image

Dėl vertės

Image
0, 17 aukštumos regolitui, visa apšviesta masė tampa:

Image

Geriausio modelio modeliavimui bendras DN, didesnis nei 833 m per 20 s po smūgio, buvo 140 000 ± 26 000, o tai reiškia, kad bendra apšviesta masė yra

Image

Apskaičiuota 2240 ± 400 kg masė yra ~ 30% mažesnė už apskaičiuotą 3 150 ± 790 kg skerdenos masę 0–23 s po smūgio, remiantis spektrais, paimtais iš smūgio vietos ultravioletiniu / matomu spektrometru LCROSS. 3 SSc.

Ši apskaičiuota masė, gauta iš (15) lygties, yra tiesiškai priklausoma ir nuo dalelių tankio, ρ , ir nuo dalelių spindulio, R dalies, įvertinimų, ir atvirkščiai proporcinga apskaičiuotai ejecta albedo. Taigi, darant prielaidą, kad regolitas susideda iš netaisyklingų grūdų, kurių faktinis tankis yra 2 000 kg m – 3, mažiausios apkrovos masės įvertis būtų 1500 ± 270 kg. Kita vertus, darant prielaidą, kad Cabeus kraterio grindys yra didesnės nei vidutinis dalelių spindulys ar tamsesnė medžiaga, ši masės vertė padidėtų.

Įvertinome vandens ledo koncentraciją masėje regolite LCROSS smūgio vietoje, naudodamiesi savo modeliavimo rezultatais 20 s po smūgio ir LCROSS SSc bendros vandens masės matavimu 0–23 s laikotarpiui po M vandens = 141 ± 26 kg (nuoroda 3), išeiga

Image

Mūsų apskaičiuota koncentracijos vertė yra ~ 40% didesnė nei išvestinė iš LCROSS SSc duomenų 3, kai 0–23 s po smūgio yra 4, 5 ± 1, 4%. Jų rezultatas 0–23 s po smūgio yra tinkamesnė vertė, palyginti su mūsų rezultatais po 20 s po smūgio, nei jų vidutinis rezultatas 0–180 s po smūgio, kuris buvo 5, 6 ± 2, 9%.

Papildoma informacija

Kaip pacituoti šį straipsnį: Strycker, PD et al . LCROSS smūgio pjūvio apibūdinimas remiantis antžeminiu vaizdo aptikimo būdu. Nat. Bendruomenė. 4: 2620 doi: 10.1038 / ncomms3620 (2013).

Papildoma informacija

Vaizdo įrašai

  1. 1.

    1 papildomas filmas

    The evolving contours of the surface brightness of the LCROSS debris plume and a synthetic model of the plume spanning times 10.0 s prior to impact through 59.5 s after impact. Agile Observations: This panel shows the plume signal extracted via PCA filtering from our observational dataset acquired with the Agile camera on the 3.5-m telescope at Apache Point Observatory in Sunspot, New Mexico, superimposed over its PC1 amplitudes. Synthetic Observations: This panel shows the plume signal extracted via PCA filtering from the best-match synthetic dataset superimposed over its PC1 amplitudes. Synthetic Plume Input: This panel shows the best-match synthetic plume model as seen from above Earth's atmosphere superimposed over the base lunar image.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.