[論文レビュー] Planetary and Lunar ephemerides, INPOP10A

A. Fienga, H. Manche+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2010

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

INPOP10a は、新たな宇宙探査機追跡データ、VLBI、月レーザー測距データを統合し、データカバレッジとフィッティング技術を向上させた、より精度の高い惑星および月のエフェマリス解を得た。惑星軌道では1メートル未満の精度を達成し、月レーザー測距ではセンチメートルレベルの残差を実現した。INPOP08と比較して、地球、火星、水星、土星の外挿安定性および動力学的整合性が顕著に向上した。

ABSTRACT

The Planetary and Lunar ephemerides INPOP10a version has several improvements in the fitting process, the data sets used in the fit and in the general features of the solution. No big change was brought in the dynamics. As a consequence of these changes, the extrapolation capabilities of INPOP10a are improved compared to INPOP08, especially for the Earth, Mars, Mercury and Saturn orbits. As for INPOP08, INPOP10a provides to the user, positions, velocities of the planets and the moon and TT-TDB chebychev polynomials at \url{http://www.imcce.fr/inpop}.

研究の動機と目的

• 新たな観測データと洗練されたフィッティング手順を統合することで、惑星および月のエフェマリスの精度と外挿能力を向上させること。
• 月レーザー測距（LLR）モデルにおける180以上のパラメータを制約フィッティングすることにより、惑星質量および月の重力場パラメータの不確実性を低減すること。
• 平均化および個別化された摂動を考慮した24,635個の小惑星をモデル化することで、小惑星の摂動表現を向上させ、15個の質量を独立推定値に基づいて固定すること。
• MESSENGER、カッシーニ、MEX、VEX、およびパイオニア／バイキングミッションからの新たな飛行通過および距離測定データを統合することで、内惑星および外惑星の動力学を改善すること。
• 高精度な月レーザー測距観測とバイアス補正を用いて、地球および月の重力場係数と潮汐パラメータを精緻化すること。

提案手法

• 国際地球回転サービス（IERS2003）の定義に従い、天文単位（AU）を固定し、太陽の重力パラメータ（GM）を観測データにフィットさせた。
• 密度制約を課したBVLSアルゴリズムを用いて146個の小惑星GMをフィッティングしたが、Baer（2010）の独立推定値に基づき15個の質量を固定した。
• 宇宙探査機追跡データの56％を活用し、距離、VLBIの角度位置、飛行通過の法線点を含め、動力学的制約を強化した。
• チェビシェフ多項式を用いてTT-TDB時刻スケールおよびエフェマリスの位置・速度を表現することで、効率的な補間と高精度出力を実現した。
• 月レーザー測距（LLR）モデルにおける59の主要パラメータ（地球および月の重力係数、潮汐遅延時間、ラーヴェ数など）をフィッティングし、形式的誤差はフィット値の5％未満に抑えた。
• 最近の月レーザー測距観測の重みを、機器変更を反映して時間帯（例：Cerga 1995年以前／以降、MLRS1 1985年以前／以降）に分割して扱った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たな宇宙探査機追跡データの統合が、惑星エフェマリスの精度と外挿性能にどのように寄与するか？
• RQ2 洗練された小惑星モデリングと質量制約が、惑星軌道解における不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 高精度な月レーザー測距データが、地球および月の重力場および潮汐パラメータの推定に与える影響は何か？
• RQ4 外惑星および冥王星の新しいVLBIおよび光学天測データが、太陽系外縁部天体のエフェマリスをどの程度精緻化するか？
• RQ5 INPOP10a の新しいフィッティング手順により、INPOP08と比較して残差を低減し、長期的な安定性を向上させられるか？

主な発見

• 水星のフィット後残差は右漸化度で1.5 mas、赤緯で2.5 masまで改善され、メッセンジャー飛行通過データからの距離精度は5メートルに達し、以前のレーダー測距と比較して5倍の向上を達成した。
• カッシーニ（2007–2009.5年）のVLBI観測とMEXおよびVEXの改善された追跡データの統合により、火星および土星エフェマリスの精度、特に外挿段階での精度が向上した。
• 1969年から2010年までの月レーザー測距データ（アポロおよびCergaからの新規観測を含む）はセンチメートルレベルの精度に達し、フィットされた月の重力係数（例：C20M）の形式的誤差は2.8×10⁻⁸にまで低減した。
• 地球のJ2係数（C20E）は−1.0826282367×10⁻³として推定され、形式的誤差は±1.1×10⁻⁹であった。EGM96と整合的であり、LLRデータによる精緻化が行われた。
• 月のラーヴェ数k₂Mは2.6248414243×10⁻²としてフィットされ、形式的誤差は±1.7×10⁻⁴であった。これは、潮汐応答モデルの改善を示している。
• 外挿テストでは、INPOP10aがINPOP08よりも低い残差を維持しており、特にMEXおよびVEXにおいて顕著であった。6か月予測期間においても残差は10 cm未満に保たれた。