[論文レビュー] INPOP new release: INPOP13b

A. Fienga, H. Manche+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2014

Planetary Science and Exploration被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、メスセンジャーの電波追跡データおよびMEX、マーズオディセイ、ベネス・プローブミッションからの更新された火星・金星追跡データを統合することにより、水星、火星、冥王星のエフェマリスを改善した新しい惑星エフェマリスINPOP13cを提示する。この解法は、内惑星においてDE430と1ミリアーセコンド未塔の一致を達成し、平均で7cm未塔のレーザー月面レーザー測距（LLR）残差を低減することで、太陽系動力学のモデル化と惑星軌道の精度を顕著に向上させる。

ABSTRACT

Based on the use of MESSENGER radiotracking data in the construction of new Mercury ephemerides (Verma et al. 2014) a new planetary ephemerides INPOP13b was built including Mercury improvements but also improvements on the Mars orbit and on the tie of INPOP planetary ephemerides to ICRF in general.

研究の動機と目的

• 水星へのメスセンジャー探査ミッションからの新しい電波追跡データを統合することにより、惑星エフェマリスを改善すること。
• マーズ・エクスプローラー、マーズ・オディセイ、ベネス・プローブからの追加追跡データを用いて、火星および冥王星の軌道を精緻化すること。
• より洗練された動力学的モデルを用いて、INPOP惑星エフェマリスと国際天球標準架空（ICRF）とのつながりを強化すること。
• 月の重力場およびレーザー反射体座標の最適化により、月面レーザー測距（LLR）観測のフィット後残差を低減すること。
• DE430およびDE431とよく一致する一貫性があり、高精度な惑星エフェマリス（INPOP13c）を提供し、相互比較および検証を可能とすること。

提案手法

• エフェマリスは、メスセンジャーのドップラーおよび距離測定、LLR観測、およびMEX、マーズ・オディセイ、ベネス・プローブからの追跡データを含む包括的データセットに、惑星および月の軌道パラメータをフィットさせることで構築される。
• 国際天文学連合（IAU）が推奨する値と1σ不確実性を用いて、太陽質量（GM⊙）、太陽の不斉性（J₂⊙）、地球-月質量比（EMRAT）、および地球-月バーチャル重心質量といった重力パラメータを同時に調整した。
• 月の重力場は、セレノセントリックな反射体座標とラーヴェ数h₂を用いて精緻化され、形式的誤差はLLRデータの残差から導出された。
• LLR地上局のITRF 1997基準座標の更新を組み込み、基準線の精度を向上させた。
• フィット後残差をINPOP13c、DE421、DE430、DE431の各解と比較し、性能および一貫性を評価した。
• LLRデータから外れ値を除去するために3σの棄却基準を適用し、各局所および期間ごとに保持された観測数（Nk）と除外された観測数（Nr）を記録した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メスセンジャー追跡データの統合により、INPOP13cにおける水星エフェマリスの精度は、INPOP13aおよびINPOP10eと比較してどの程度向上しているか？
• RQ2 MEX、マーズ・オディセイ、ベネス・プローブからの更新された火星および金星追跡データは、INPOP13cにおける軌道不確実性をどの程度低減しているか？
• RQ3 h₂および反射体座標を用いた月の重力場モデリングの改善が、INPOP13cにおけるLLR残差性能に与える影響は何か？
• RQ4 INPOP13cのフィット後残差は、異なるLLR局所および期間においてDE430およびDE431と比較してどのようになっているか？
• RQ5 すべての主要惑星について、INPOP13cと他のエフェマリス（DE430、DE423）との間で、赤経、赤緯、および地心距離の観点からどの程度の一貫性が保たれているか？

主な発見

• 水星に関して、INPOP13cとINPOP10eとの間の地心距離の最大差は0.51 km（赤経で1.4 mas、赤緯で3.8 mas）であり、2010年以降にメスセンジャーのデータにより一貫性が向上したことが示された。
• 火星に関して、INPOP13cとINPOP10eとの間の最大差は0.204 km（赤経で1.19 mas、赤緯で0.38 mas）であり、外挿能力が顕著に向上した。
• Cerga局所（1995–2006年）のLLR残差標準偏差は3.97 cm、Apollo局所（2006–2010年）では4.92 cmであり、月面レーザー測距の高精度を示している。
• ラーヴェ数h₂は5.26×10⁻²と推定され、1σ不確実性は2.4×10⁻³であり、過去の月の地球物理学モデルと整合的である。
• 地球のバーチャル重心位置に関して、INPOP13cとDE430との最大差は0.3763 km（速度で0.0467 mm/s）であり、惑星バーチャル重心動力学において高い一貫性を示している。
• ハレアカラ局所では、LLR残差標準偏差は8.63 cm（1984–1990年）、平均残差は-0.38 cmであり、系統的バイアスがほとんどないことが示された。