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Near-infrared Reflectance of Rocks at High Temperature: Preliminary Results and Implications for Near-infrared Emissivity of Venus’s Surface
The Planetary Science Journal Pub Date : 2021-03-08 , DOI: 10.3847/psj/abd546
Allan H. Treiman 1 , Justin Filiberto 1 , Kathleen E. Vander Kaaden 2
Affiliation  

Light emitted from Venus’s surface can be viewed through spectral “windows” in its atmosphere, in the near-infrared (NIR) around 1000 nanometer (nm) wavelengths. The NIR emissivity of Venus’s surface can constrain rock types and their weathering state; emissivities can be measured directly or calculated from reflectances. We measured the reflectances of igneous and sedimentary rocks at Venus’s surface temperature, 400 C–500 C at 850 and 950 nm; samples were heated in a box furnace in air, illuminated by light-emitting diodes (LEDs), and imaged with a modified charge-coupled device (CCD) camera. Reflectances were also measured at 25 C from 350 to 1400 nm. Rock reflectances at 850 and 950 nm and 400 C–500 C are nearly identical to those at 25 C, except for the effects of nanophase hematite forming on some surfaces. Fresh basalts have reflectances (high and low temperatures) near 7.5%; a leucogranite similarly has reflectances near 50%. Pigmentary hematite has nearly identical reflectances at high- and low-temperature at these wavelengths. Pigmentary hematite appears dark brown 400 C–500 C because its absorption edge has shifted to beyond the limit of human vision. These rock reflectances imply that basalts should have emissivities near 0.9, and granite (and similar felsic rocks) should have lower emissivities ∼0.5. Thus, basalt and felsic rock should be easily distinguished in NIR emissivity measurements of Venus’s surface, such as are baselined in recent Venus mission proposals. Other sedimentary rocks should have even lower emissivities: quartz sand at around ∼0.3, and anhydrite as low as 0.1.



中文翻译:

高温下岩石的近红外反射率:金星表面近红外发射率的初步结果和意义

从金星表面发出的光可以通过其大气中的光谱“窗口”,在大约 1000 纳米 (nm) 波长的近红外 (NIR) 中观察到。金星表面的 NIR 发射率可以限制岩石类型及其风化状态;发射率可以直接测量或从反射率计算。我们在 850 和 950 nm 处测量了金星表面温度 400 C–500 C 下火成岩和沉积岩的反射率;样品在空气中的箱式炉中加热,由发光二极管 (LED) 照射,并用改进的电荷耦合器件 (CCD) 相机成像。还在 25°C 下测量了 350 至 1400 nm 的反射率。除了在某些表面形成纳米相赤铁矿的影响外,850 和 950 nm 以及 400 C–500 C 下的岩石反射率几乎与 25 C 下的相同。新鲜玄武岩的反射率(高温和低温)接近 7.5%;白花岗岩同样具有接近 50% 的反射率。在这些波长的高温和低温下,有色赤铁矿具有几乎相同的反射率。色素赤铁矿在 400 C-500 C 呈现深褐色,因为它的吸收边已经转移到超出人类视觉的极限。这些岩石反射率意味着玄武岩的发射率应该接近 0.9,而花岗岩(和类似的长英质岩石)的发射率应该低于 0.5。因此,玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。白花岗岩同样具有接近 50% 的反射率。在这些波长的高温和低温下,有色赤铁矿具有几乎相同的反射率。色素赤铁矿在 400 C-500 C 呈现深褐色,因为它的吸收边已经转移到超出人类视觉的极限。这些岩石反射率意味着玄武岩的发射率应该接近 0.9,而花岗岩(和类似的长英质岩石)的发射率应该低于 0.5。因此,玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。白花岗岩同样具有接近 50% 的反射率。在这些波长的高温和低温下,有色赤铁矿具有几乎相同的反射率。色素赤铁矿在 400 C-500 C 呈现深褐色,因为它的吸收边已经转移到超出人类视觉的极限。这些岩石反射率意味着玄武岩的发射率应该接近 0.9,而花岗岩(和类似的长英质岩石)的发射率应该低于 0.5。因此,玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。色素赤铁矿在 400 C-500 C 呈现深褐色,因为它的吸收边已经转移到超出人类视觉的极限。这些岩石反射率意味着玄武岩的发射率应该接近 0.9,而花岗岩(和类似的长英质岩石)的发射率应该低于 0.5。因此,玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。色素赤铁矿在 400 C-500 C 呈现深褐色,因为它的吸收边已经转移到超出人类视觉的极限。这些岩石反射率意味着玄武岩的发射率应该接近 0.9,而花岗岩(和类似的长英质岩石)的发射率应该低于 0.5。因此,玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。玄武岩和长英质岩石在金星表面的 NIR 发射率测量中应该很容易区分,例如最近的金星任务建议中的基线。其他沉积岩的辐射率应该更低:石英砂约为 0.3,硬石膏低至 0.1。

更新日期:2021-03-08
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