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测量木星的不对称重力场

摘要

流体、旋转行星的重力谐波可以分解为固体旋转产生的静态分量和流动产生的动态分量。在没有内部动力学的情况下,重力场是轴向和半球面对称的,并且由均匀的带状重力谐波主导J2n它们近似成比例n,在那里行星赤道的离心加速度和重力之比是多少1.重力场中的任何不对称都归因于差动旋转和深层大气流动。奇次谐波,J3.J5J7J9更高的是大气中不同区域的风的深度23..在这里,我们报告测量木星的重力谐波(包括偶数和奇数)通过精确的多普勒跟踪朱诺飞船在木星的极地轨道。我们发现南北不对称,这是大气和内部流动的特征。谐波分析,在两篇附带的论文中描述45,提供了风的垂直剖面和木星动态大气深度的精确限制。

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图1:纬向重力谐波系数J2- j12
图2:3σ不确定性椭圆J3.- - - - - -J5而且J7- - - - - -J9
图3:大气动力学引起的重力扰动。

参考文献

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下载参考

确认

这项研究是在意大利航天局的赞助下,由罗马萨皮恩扎大学、博洛尼亚大学和比萨大学进行的;加州理工学院喷气推进实验室根据NASA的合同;西南研究所根据NASA的合同以色列航天局(Y.K.和Y.M.)和国家Études空间中心(T.G.和Y.M.)也提供了支助。所有作者都感谢朱诺计划的支持。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

L.I.和W.M.F.领导了实验,并监督了数据分析。大部分手稿都是L.I.写的。D.D.和M.P.进行了重力数据分析。Y.K.和E.G.提供了不对称重力场和tesseral重力场模型。Y.K、e.g.、t.g.、W.B.H.和D.J.S.等人与内部模型进行了一致性检验,并提供了理论支持。D.R.B.计划并监督数据收集。P.R.设计并编码了用于此分析的定轨滤波器。L.G.C, P.T.和m.z提供了介质校准。J.D.A, a.m., R.P.和D.S.为数据分析提供建议。h.c.、r.h.、j.i.l.、y.m.、B.M.和S.W.协助确定测量的科学目标。 J.E.P.C., S.M.L. and S.J.B. supervised the planning and execution of the gravity experiment.

相应的作者

对应到l . Iess

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

额外的信息

审核人信息自然感谢J. Fortney和N. Nettelmann对这项工作的同行评审所作的贡献。

出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1距离-速率残差

显示了ka波段perijove pass PJ3和PJ6的双向距离率残差(超过60秒的积分)。残差的均方根值为0.015?毫米的年代−1两次都是。测量的距离率是从无线电科学开环接收机获得的。

扩展数据图2频率稳定性

给出了ka波段perijove pass PJ3和PJ6相对频移的Allan偏差。斜率与白噪声(虚线)大致一致。

图3重力谐波特征。

距离-速率信号J3.J5J7而且J9给出了PJ3和PJ6的重力谐波。PJ6中较小的信号是由于航天器沿地球-木星视线的速度投影不太有利(朱诺轨道法线与视线之间的角度在PJ3中为19.2°,在PJ6中为15.1°)。相比之下,60?S是0.015?毫米的年代−1在两次传球中。

扩展数据图4 Io环面对估计的影响J3.- j5

所示为上的估计偏差J3.而且J5由于在朱诺重力实验PJ3和PJ6通道的蒙特卡洛(MC)模拟中,Io环面路径延迟变化(青色点)的校准误差。校准误差与估计误差进行了比较σ目标解的不确定性椭圆(黑色),在没有Io环面的情况下获得,以及仅使用X-(红色)和ka波段(蓝色)数据获得的解。估计偏差J3.大约是3σ如果使用x波段数据。ka波段数据或双链路校准将偏差降低到1以下σ

扩展数据图5 Io环面对估计的影响J2- - - - - -J4

所示为上的估计偏差J2而且J4从蒙特卡罗模拟,如图1.估计偏差J2而且J4大于4σ如果使用x波段数据,而使用ka波段或等离子体校准数据则将其减小到1以下σ

扩展数据表1重力解中PJ3和PJ6的perijove pass特征
考虑分析协方差(3σ

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引用本文

艾斯,L.,福克纳,W.,杜兰特,D.。et al。测量木星的不对称重力场。自然555, 220-222(2018)。https://doi.org/10.1038/nature25776

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