Cuando los telescopios espaciales infrarrojos térmicos detectan asteroides, ¿están viendo la emisión térmica del propio cuerpo o la TIR reflejada del Sol?

Bien, intentemos algunos cálculos simples. (Respuesta corta: es abrumadoramente la propia emisión térmica del cuerpo).

La luz del IR medio (utilicemos 10 micrones, ya que un objetivo de diseño clave para NEOCam era garantizar la obtención de imágenes en esa longitud de onda) del Sol se puede aproximar mediante la emisión de un cuerpo negro de 5800 K. La luz solar reflejada de 10 micrones de un asteroide a una distancia de$D$es$L_{\rm sun} / (4 \pi D^{2})$, multiplicado por el área de la sección transversal del asteroide (para simplificar,$\pi R_{\rm ast}^{2}$), multiplicado por el albedo a 10 micras.

La radiación térmica emitida por el asteroide se puede aproximar mediante la emisión de cuerpo negro por unidad de área de superficie, multiplicada por el área de superficie del asteroide ($4 \pi R_{\rm ast}^2$), multiplicado por la emisividad a 10 micras.

Supongamos un asteroide de 100 m de radio ubicado a 1 UA del Sol, con una temperatura de 300 K.

La luminosidad monocromática (10 micrones) del Sol es$4 \pi R_{\rm sun}^{2}$CAMA Y DESAYUNO$(5800, 10\mu{\rm m}) \approx 2.7 \times 10^{10}$W/Hz, donde BB$(T,\lambda)$es la potencia monocromática en la longitud de onda$\lambda$emitida por unidad de superficie para un cuerpo negro con temperatura$T$. A 1 UA, un asteroide de 100 m de radio podría reflejar un total de$\approx 3.0 \times 10^{-9}$W/Hz a 10 micras. (Suponiendo albedo$= 1$, lo que no es posible.)

La máxima luminosidad térmica monocromática del asteroide es$4 \pi R_{\rm ast}^{2}$CAMA Y DESAYUNO$(300, 10\mu{\rm m})$, que resulta ser$\approx 1.3 \times 10^{-6}$W/Hz. (Suponiendo emisividad$= 1$.)

Bien, ¿qué pasa con el albedo y la emisividad? Una buena estimación de la emisividad de 10 micrones de los asteroides parece ser$\approx 0.9$, lo que reduciría la luminosidad térmica del asteroide a$\approx 1.2 \times 10^{-6}$W/Hz. Desde emisividad + albedo$= 1$, esto significa que el albedo de 10 micrones sería$\approx 0.1$(entonces, una buena suposición de su parte), que reduce la luz solar reflejada a$\approx 3.0 \times 10^{-10}$W/Hz.

He ignorado cuestiones como la geometría de la orientación (¿cuánto del lado reflejado del asteroide puedes ver realmente?) y la variación de la temperatura a lo largo de la superficie del asteroide (más alta en el lado diurno, más baja en el lado nocturno; menor diferencia para los más rápidos). -asteroides en rotación), pero estos son efectos secundarios. El resultado es que la emisión térmica del asteroide a 10 micrones será varios miles de veces más brillante que la luz solar reflejada.

Tenga en cuenta que la cantidad de luz solar reflejada es proporcional a$R_{\rm ast}^2$, pero también lo es la cantidad de emisión térmica emitida, por lo que el tamaño del asteroide es, en primer lugar, irrelevante. (Aunque no si observa la longitud de onda visible , donde domina la luz solar reflejada).

Editado para agregar: a 5 micrones, la emisión térmica del asteroide seguirá siendo unas cien veces más brillante que la luz solar reflejada.

Editado para agregar: si desea experimentar con diferentes longitudes de onda, temperaturas de asteroides, etc., puse un código de Python que escribí para los cálculos en esta esencia de Github .