幾何アルベド

幾何アルベドとは

幾何アルベド（Geometric albedo）は、天文学において天体の明るさを定量的に評価するための重要な指標の一つです。具体的には、位相角が0°、つまり観測者から見て天体が光源の方向にあるとき（衝の状態）の天体の見かけの明るさと、同じ直径を持つ理想的なランバート面（完全拡散反射面）が同じ状況で示す明るさとの比率として定義されます。

ランバート面とは、光がどの方向から入射しても、あらゆる方向に均等に反射する理想的な表面のことです。一方、実際の天体の表面は、ランバート面とは異なる反射特性を示すことが一般的です。特に、大気のない天体では、入射光が光源の方向に強く反射される「衝効果」と呼ばれる現象が顕著に現れます。

可視幾何アルベドは、可視光の範囲に限定した幾何アルベドです。天体の反射特性を可視光の範囲に絞って評価する際に用いられます。

大気のない天体における幾何アルベド

大気を持たない天体の表面（レゴリス）は、ランバート面とは大きく異なる反射特性を示します。特に、位相角が0°に近い状況では、入射光を光源の方向に強く反射する傾向があります。これは衝効果によるもので、光が等方的に拡散されるのではなく、特定の方向に集中して反射されるため、天体の見かけの明るさが大きく変化します。

このような天体の幾何アルベドを正確に決定するのは非常に困難です。なぜなら、双方向反射率分布関数において、位相角が0°に近いごくわずかな範囲に強いピークが現れるためです。このピークの強さは天体によって大きく異なり、観測者は入射光に極めて近い位置にいる必要があります。例えば、月が正確に位相角0°となるのは、衝と同時に昇交点にある時ですが、これは非常にまれなケースです。また、地球からの観測では月食が発生するため、正確な位相角0°の観測は困難です。

実際には、位相角が0°ではないごくわずかな角度での観測データを用いて、反射率関数を外挿することで幾何アルベドの評価値を得ます。

幾何アルベドが1を超える場合

土星の衛星エンケラドゥスやテティスのように、非常に明るく固体表面を持ち、大気がない天体では、幾何アルベドが1を超えることがあります。これらの天体では、衝効果が非常に強く、反射光が光源の方向に集中するため、ランバート面と比較してより明るく見えるのです。これは、全反射率（ボンドアルベド）が1に近い一方で、入射光が光源方向に強く反射されるため、幾何アルベドが1を超えることを意味します。

例えば、エンケラドゥスの幾何アルベドは1.4にも達します。これは、エンケラドゥスの表面が、あらゆるランバート面よりも強い強度で光源方向に光を散乱させることを示しています。

その他の情報

幾何アルベドの値は、天体の表面や大気の性質によって、ボンドアルベドよりも大きくなったり小さくなったりします。幾何アルベドは、天体の明るさを観測的に評価する上で不可欠なパラメータであり、天体の組成や表面の状態を推定するための重要な手がかりとなります。

関連項目

アルベド
ボンドアルベド

出典

NASA JPL glossary
K.P. Seidelmann, Ed. (1992) Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, University Science Books, Mill Valley, California.

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