Когда тепловые инфракрасные космические телескопы замечают астероиды, видят ли они собственное тепловое излучение тела или отраженное TIR от Солнца?

Хорошо, давайте попробуем некоторые простые вычисления. (Короткий ответ: в подавляющем большинстве случаев это собственное тепловое излучение тела.)

Свет среднего ИК-диапазона (давайте возьмем 10 микрон, так как ключевой целью разработки NEOCam было получение изображений с такой длиной волны) от Солнца можно аппроксимировать излучением черного тела с температурой 5800 К. Отраженный 10-микронный солнечный свет от астероида на расстоянии$D$является$L_{\rm sun} / (4 \pi D^{2})$, умноженное на площадь поперечного сечения астероида (для простоты$\pi R_{\rm ast}^{2}$), умноженное на альбедо на 10 мкм.

Испускаемое астероидом тепловое излучение можно аппроксимировать излучением черного тела на единицу площади поверхности, умноженным на площадь поверхности астероида ($4 \pi R_{\rm ast}^2$), умноженный на коэффициент излучения при 10 мкм.

Предположим, что астероид радиусом 100 м находится на расстоянии 1 а.е. от Солнца и имеет температуру 300 К.

Монохроматическая (10-микронная) светимость Солнца составляет$4 \pi R_{\rm sun}^{2}$ББ$(5800, 10\mu{\rm m}) \approx 2.7 \times 10^{10}$Вт/Гц, где ВВ$(T,\lambda)$монохроматическая мощность на длине волны$\lambda$излучается на единицу площади поверхности абсолютно черного тела с температурой$T$. На расстоянии 1 а.е. астероид радиусом 100 м может отражать в общей сложности$\approx 3.0 \times 10^{-9}$Вт/Гц при 10 мкм. (Предполагая, что альбедо$= 1$, что невозможно.)

Максимальная монохроматическая тепловая светимость от астероида составляет$4 \pi R_{\rm ast}^{2}$ББ$(300, 10\mu{\rm m})$, который получается$\approx 1.3 \times 10^{-6}$Вт/Гц. (Предполагая коэффициент излучения$= 1$.)

Хорошо, а как насчет альбедо и коэффициента излучения? Хорошая оценка для 10-микронной излучательной способности астероидов, по-видимому,$\approx 0.9$, что уменьшит тепловую светимость астероида до$\approx 1.2 \times 10^{-6}$Вт/Гц. Поскольку излучательная способность + альбедо$= 1$, это означает, что 10-микронное альбедо будет$\approx 0.1$(так что, хорошее предположение с вашей стороны), что уменьшает отраженный солнечный свет до$\approx 3.0 \times 10^{-10}$Вт/Гц.

Я проигнорировал такие вопросы, как геометрия ориентации (какую часть отраженной стороны астероида вы можете увидеть на самом деле?) и изменение температуры на поверхности астероида (выше на дневной стороне, ниже на ночной; меньше разницы для более быстрого движения). -вращающиеся астероиды), но это вторичные эффекты. В результате тепловое излучение астероида на длине волны 10 микрон будет в несколько тысяч раз ярче отраженного солнечного света.

Обратите внимание, что количество отраженного солнечного света пропорционально$R_{\rm ast}^2$, но так же и количество излучаемого теплового излучения, поэтому размер астероида в первом порядке фактически не имеет значения. (Хотя нет, если вы посмотрите на видимую длину волны, где преобладает отраженный солнечный свет.)

Отредактировано добавлено: при 5 микронах тепловое излучение астероида будет примерно в сто раз ярче, чем отраженный солнечный свет.

Отредактировано, чтобы добавить: Если вы хотите поэкспериментировать с различными длинами волн, температурами астероидов и т. д., я поместил некоторый код Python, который я написал для вычислений, в этот Github gist .