論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1709.07981
Lauer et al. (2017)
The New Horizons and Hubble Space Telescope Search For Rings, Dust, and Debris in the Pluto-Charon System
(冥王星-カロン系における環，ダスト，デブリのニューホライズンズとハッブル宇宙望遠鏡による探査)

概要

2015 年のニューホライズンズの冥王星の通過の前・最中・後に渡って，冥王星-カロン系のダストやデブリリングの包括的な調査を行った．

冥王星への接近の間にダストやデブリによる後方散乱を検出する (位相角 ~ 15°)，探査機に衝突する粒子のその場検出，最も接近したタイミング前後での恒星の掩蔽観測，探査機が冥王星から離れていく際の後方散乱光の撮像観測 (位相角 ~ 165°) による特徴の検出を行った．
最終的な環への制約には，ニューホライズンズの接近に先立って行われたハッブル宇宙望遠鏡による観測結果も利用した．

結果

冥王星-カロン系からは，いかなる環，デブリ，ダストの特徴は検出されなかった．
しかし今回得られた新しい検出限界から，冥王星-カロン系全体の環境の描像について大きく情報を改善することが出来た．

環への制限

後方散乱光による環の探査は，冥王星-カロン系の重心から 35000 - 250000 km の範囲をカバーしている．この領域は，最も内側を公転する小さい衛星 Styx (ステュクス) の軌道の内側から，発見されている中で最も外側を公転している衛星 Hydra (ヒドラ) の軌道の 4 倍外側までの範囲に相当する．

ニューホライズンズに搭載されている LORRI カメラを用いて，この領域の内側半分における環に対する最も良い制限を得た．

ここでは，I/F 値を用いて環の特性に対して制約を与えた．
I/F は無次元量であり，πF は冥王星の位置での太陽からの可視光のフラックス密度，I は観測される強度を意味する．この定義では，太陽光に照らされ，太陽光に垂直な位置から見た時に完全な拡散をする “Lambert” 面であった場合に，I/F は 1 になる．

1500 km 幅の環に関しては I/F = 2 × 10^-8，6000 km 幅の環は I/F = 1 × 10^-8，12000 km 幅の環は I/F = 7 × 10^-9 という制約を得た．

冥王星から ~ 100000 km 以遠では，ハッブル宇宙望遠鏡の観測からの制限は I/F = 8 × 10^-8 となった．

ダスト・デブリへの制限

ダストの特徴の調査は，冥王星表面から冥王星-カロン系のヒル圏 (ヒル圏半径 6.4 × 10⁶ km) までの領域からの前方散乱の有無を調べることで行った．その結果，~ 10⁴ km のスケールで，I/F ~ 8.9 × 10^-7 のという制約を与えた，


観測を通じて，環やダスト雲が存在するという証拠は検出されなかった．ヒドラより内側の領域については 4 例の恒星掩蔽を観測したが，その領域内からはダストやデブリの存在は検出されなかった．

The Student Dust Counter は，冥王星から 3.6 × 10⁶ km の位置で，一回の粒子衝突を検出した．

The Student Dust Counter (SDC) はニューホライズンズに搭載されている機器の一つで，ダスト粒子の衝突を直接検出するように設計されている (Hor ́anyi et al. 2008)．SDC では，10^-12 - 10^-9 g の範囲のダスト粒子を測定する．これは粒子半径にするとおよそ 0.5 - 10 µm に相当する．これを元に冥王星周辺環境でのダスト密度を測定した．その結果，SDC はダスト衝突イベントを 1 回だけ検出した (Bagenal et al. 2016)．

この値は，これはニューホライズンズが冥王星に向けて航行している最中に実証された，惑星間空間環境から期待される値と整合的なものであった．


太陽系の別の場所では，小さな衛星はその軌道を薄いダストの環と共有している場合がある．今回の環やダストやデブリが検出されなかったという観測結果は，小さな粒子は急速に冥王星-カロン系から失われるという，力学的な研究からの示唆を支持するものである．
過去の研究では，小さい粒子は太陽放射圧で冥王星-カロン系から失われ，大きい粒子は衛星によって継続的に与えられる擾乱によって軌道が不安定になることが示されている．

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