Auswirkungen von Temperatur auf aus der Ferne erfasste Mineralabsorptionsmerkmale

Die Spektralreflexion von maficen Silikaten wurde über einen Temperaturbereich gemessen, der charakteristisch für Objekte des Sonnensystems ist, um die Variation der diagnostischen Mineralabsorptionsbänder zu untersuchen. Diese Informationen sind mit den jüngsten Verbesserungen der Qualität von aus der Ferne erfassten planetarischen Daten und dem gleichzeitigen Anstieg der Komplexität quantitativer und qualitativer Spektralanalysetechniken zunehmend wichtig geworden. In dieser Studie wurden sichtbare und nah-infrarote Reflexionsspektren (0,4–2,5 μm) von Pyroxenen und Olivin über einen Temperaturbereich von 80–448 K gewonnen. Dies sind die ersten veröffentlichten Reflexionsdaten für diese Minerale bei Temperaturen, die signifikant unter der Umgebungstemperatur (≈300 K) liegen. Darüber hinaus wurde die von den Proben bei erhöhten Temperaturen emittierte Wärmestrahlung effektiv entfernt, wodurch zum ersten Mal das Reflexionsverhalten von Pyroxenen im diagnostischen 2-μm-Spektralbereich bei hohen Temperaturen offengelegt wurde. Wie von grundlegenden physikalischen Überlegungen zu erwarten, werden die Fe 2+ Kristallfeldabsorptionsbanden in allen Proben mit abnehmender Temperatur schmaler. Die drei Komponenten des zusammengesetzten Olivinbandes, das sich um 1 μm zentriert, werden mit sinkender Temperatur besser aufgelöst und zeigen Veränderungen in der relativen Absorptionsstärke. Es gibt jedoch keinen signifikanten Wellenlängenverschiebung des Reflexionsminimums von Olivin. Sowohl die Spektren von Orthopyroxenen als auch von Klinopyroxenen zeigen dramatische Veränderungen in der Bandsymmetrie mit der Temperatur, wobei die größte Veränderung am langen Wellenlängenrand auftritt. Trotz dieser signifikanten Änderungen in der Form wird wenig bis gar keine Veränderung in der Wellenlängenposition der Reflexionsminima von Pyroxenabsorptionsbanden nahe 1 μm beobachtet. Die „2-μm“ Pyroxenabsorptionsbänder hingegen zeigen bedeutende Verschiebungen der Reflexionsminima, jedoch in unterschiedliche Richtungen. In den Spektren der Orthopyroxene verschiebt sich das Band mit steigender Temperatur zu längeren Wellenlängen, während es sich in den Spektren der Klinopyroxene zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. Dieses Verhalten führt zu einer erheblich verbesserten spektralen Differenzierung von Orthopyroxen- und Klinopyroxenkomponenten in einer Mischung (wie einem Basalt) bei reduzierten Temperaturen. Die Anwendung der hier dargestellten Ergebnisse auf Techniken zur mineralischen Charakterisierung bei der Fernerkundung, die derzeit zur Bestimmung der Pyroxenzusammensetzung verwendet werden, kann eine moderate Verbesserung der quantitativen Interpretationen bieten: von 5 bis 20 Gew.% FeO für Orthopyroxene und ±5 Gew.% CaO für Klinopyroxene, abhängig von der planetaren Oberflächentemperatur.