Tesis doctorales: TESEO

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Ministerio de Educación, Cultura y Deporte - Gobierno de España

Título: DUST IN PLANETARY AND COMETARY ATMOSPHERES: AN EXPERIMENTAL AND COMPUTATIONAL STUDY BASED ON THE ANALYSIS OF A LUNAR DUST ANALOG
Autor: Escobar Cerezo, Jesús
Universidad: Universidad de Granada
Departamento: Física teórica y del cosmos
Fecha de Lectura: 23/03/2018
Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física y Ciencias del Espacio por la Universidad de Granada
Dirección:
- Muñoz Gómez, Olga (Director)
- Moreno Danvila, Fernando (Director)
Tribunal:
- ALADOS ARBOLEDAS, LUCAS (presidente)
- Olmo Reyes, Francisco José (secretario)
- Anglada Pons, Guillem (vocal)
- Stam, Daphne Marie (vocal)
- GARCÍA COMAS, MAIA (vocal)
Descriptores:
- ASTRONOMIA Y ASTROFISICA
- LUZ
Fichero de tesis:
ISBN: 9788491638681

http://digibug.ugr.es/bitstream/handle/10481/51181/29058739.pdf?sequence=4&isAllowed=y

Marcador: https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1631142Añadir a favoritos.
Resumen:
Esta tesis se enmarca en el estudio de scattering de luz visible por muestras de partı́culas irregulares cuyo tamaño es mayor al de la longitud de onda de la luz incidente. En Astronomı́a existe una amplia variedad de escenarios donde los procesos fı́sicos asociados a la interacción de la luz con las partı́culas de polvo juegan un paper muy relevante. Algunos ejemplos son la ceniza volcánica o arena de los desiertos en suspensión en la atmósfera terrestre, las nubes de ácido sulfúrico en Venus, los tolines orgánicos en la atmósfera de Titán, o el polvo zodiacal en el Sistema Solar. A través del estudio de la función de fase y de la polarimetrı́a se ha conseguido obtener información valiosa de estas muestras sin necesidad de tener acceso fı́sico a ellas. En nuestro caso, estamos interesados en caracterizar la respuesta espectropolarimétrica del regolito lunar. El regolito puede definirse como el material no consolidado en forma de granos o polvo que se encuentra sobre el lecho de roca sólida. Además, este material ha sido alterado con respecto al material primigenio rocoso por estar expuesto a la radiación y los impactos de meteoritos. La polarimetrı́a de la Luna ha sido estudiada a partir de observaciones desde la Tierra durante los últimos dos siglos, pero cuando finalmente se consiguió llegar a su superficie y regresar con muestras reales, la mayor parte de las preguntas por responder fueron resueltas. Sin embargo, el método de estudio por técnicas remotas siguió desarrollándose ya que podı́a ayudar a caracterizar observaciones de otros planetas y satélites del Sistema Solar. De hecho, en los últimos años se ha propuesto usar la polarimetrı́a para estudiar exoplanetas. El objetivo de esta tesis es el de caracterizar el simulante lunar JSC-1A mediante su matriz de scattering. Para ello, se han realizado medidas experimentales en el COsmic DUst LABoratory situado en el Instituto de Astrofı́sica de Andalucı́a en Granada, España (IAA- CODULAB). Las medidas fueron realizadas a tres longitudes de onda en el visible (488, 520 y 647 nm) para ángulos de scattering comprendidos entre 3 ◦ y 177 ◦ . Para poder facilitar su uso en aquellas investigaciones que requieran conocer la matriz de scattering en todo el rango de ángulos, se ha calculado por extrapolación una matriz sintética definida de 0 ◦ a 180 ◦ . Para completar las medidas de laboratorio se han realizado simulaciones de partı́culas irregulares usando el código SIRIS desarrollado en la Universidad de Helsinki. Este código simula particulas irregulares usando formas gaussianas aleatorias a las que además se le pueden incluir heterogeneidades internas y externas para simular inclusiones o rogusidad superficial. Primero se ha hecho un estudio metódico de los distintos parámetros que carac- terizan a la partı́cula (tamaño, ı́ndice de refracción y composición de las heterogeneidades) para ver cómo se ve afectada la matriz de scattering. Una vez testeado el código, nos propusi- mos reproducir los efectos de la “erosión espacial” sobre el espectro de reflectancia de una muestra prı́stina de regolito lunar. Esta erosión espacial se produce cuando las partı́culas se encuentran expuestas al vacı́o del espacio, sufriendo impactos de meteoroides y efectos de la radiación cósmica y solar. Estos efectos generan nanopartı́culas de hierro reducido (Fe 0 ) que afectan al espectro de reflectancia oscureciéndolo, enrojeciéndolo y disminuyendo la profundidad de las bandas de absorción. El código SIRIS reprodujo estos efectos al incluir partı́culas nanométricas con las caracterı́sticas ópticas del Fe 0 como inclusiones dentro del regolito lunar. The subject of this thesis is the study of light scattered by irregular particles larger than the wavelength of the incident light. In Astronomy there is a wide range of interesting physical phenomena linked to the interaction of light with dust particles. As examples of those astrophysical scenarios where dist plays a significant role we could mention the desert sand or volcanic ash suspended in Earth’s atmosphere, sulfuric acid clouds in Venus, organic tholins in Titan or zodiacal dust in the Solar System. Through the study of the phase function and polarimetry, invaluable information have been obtained without having direct physical access to these samples. In our case, we are interested in characterizing the spectropolarimetric response of the lunar regolith. The regolith can be defined as the loose material in form of grains or dust that covers solid rock. Further, this material is altered with respect to the primal rock bed beneath due to its exposure to the harsh environment of outer space, radiation, and meteoroid collisions. The Moon has been studied by polarimetric techniques during the past two centuries. Finally, when the man reached the Moon and real samples were brought back, many unsolved questions were answered. However, the remote sensing studies continued developing because they might be useful to study other Solar System’s celestial bodies as planets and satellites. In fact, in recent years polarimetry has been proposed to study exoplanets. The objective of this thesis is to describe the JSC-1A lunar simulant sample through the characterization of its scattering matrix. Experimental measurements have been performed at the COsmic DUst LABoratory located at the Instituto de Astrofı́sica de Andalucı́a in Granada, Spain (IAA-CODULAB). The measurements were performed at three different wavelengths in the visible range (488, 520, and 647 nm) and for scattering angles from 3 ◦ to 177 ◦ . To facilitate the use by those researchers that require the whole scattering angle range, a synthetic extrapolated matrix has been computed in the range 0 ◦ to 180 ◦ . To complement the laboratory measurements, computer simulations of irregular particles have been performed using the SIRIS code developed at the University of Helsinki. This code simulate irregular particles using the so-called Gaussian random shapes. Moreover, the code allows to include internal or external inhomogeneities to mimic inclusions or surface roughness. Firstly, a comprehensive study of the parameters that characterize the particle and how these affect the scattering matrix has been done (i.e. size, refractive index and inhomogeneities composition). Once the code was tested, we tried to reproduce the space weathering effects on the reflectance spectrum of a non-weathered lunar regolith sample. The space weathering is produced when the particles are exposed to outer space, experiencing meteoroid collisions and the effects of cosmic and solar radiation. These phenomena trigger the formation of iron reduced (Fe 0 ) nanoparticles that affect the reflectance spectrum which darkens, reddens and its absorption bands become shallower. The SIRIS code was able to reproduce these effects by adding nanometric particles with optical properties of the Fe 0 acting as inclusiones within the lunar regolith.

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