[论文解读] INPOP new release: INPOP13b

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

Planetary Science and Exploration被引用 6

一句话总结

本文提出 INPOP13c，一种新型行星历表，通过整合 MESSENGER 金星轨道器的测距跟踪数据以及 MEX、火星奥德赛号和 VEX 任务提供的更新火星/金星跟踪数据，显著提升了水星、火星和冥王星的历表精度。该解算方案在内行星方面与 DE430 的一致性达到亚毫角秒级别，平均 LLR 残差降低至 7 厘米以下，显著增强了太阳系动力学建模与行星轨道精度。

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.

研究动机与目标

• 通过整合 MESSENGER 任务对水星的新型测距跟踪数据，改进行星历表。
• 利用火星快车、火星奥德赛号和金星快车任务的额外跟踪数据，优化火星和冥王星的轨道。
• 通过改进动力学建模，增强 INPOP 行星历表与国际天球参考架（ICRF）之间的关联性。
• 通过优化月球重力场和激光反射器坐标，降低月球激光测距（LLR）观测的后验残差。
• 提供一个与 DE430 和 DE431 高度一致的高精度行星历表（INPOP13c），以支持交叉比较与验证。

提出的方法

• 通过将行星和月球轨道参数拟合至包含 MESSENGER 多普勒与距离测量、LLR 观测数据，以及火星快车、火星奥德赛号和金星快车任务跟踪数据的综合数据集，构建历表。
• 采用 IAU 推荐的数值及 1σ 不确定度，对引力参数（如太阳质量 GM⊙、太阳扁率 J₂⊙、地月质量比 EMRAT 和地月质心质量）进行联合调整。
• 利用月球中心坐标系下的反射器坐标与 Love 数 h₂，对月球重力场进行优化，形式误差由 LLR 数据残差推导得出。
• 采用更新的 ITRF 1997 站点坐标，提升 LLR 地面站基线精度。
• 计算并比较 INPOP13c、DE421、DE430 和 DE431 的后验残差，以评估性能与一致性。
• 对 LLR 数据应用 3σ 拒绝准则以剔除异常值，并记录各站及各时间段保留（Nk）与剔除（Nr）的观测数。

实验结果

研究问题

• RQ1 与 INPOP13a 和 INPOP10e 相比，INPOP13c 中包含 MESSENGER 轨道数据后，水星历表精度提升了多少？
• RQ2 MEX、火星奥德赛号和 VEX 任务提供的更新火星与金星跟踪数据，在 INPOP13c 中对降低轨道不确定性的作用有多大？
• RQ3 通过 h₂ 和反射器坐标改进月球重力场建模后，对 INPOP13c 中 LLR 残差表现有何影响？
• RQ4 INPOP13c 在不同 LLR 站点与时间段的后验残差与 DE430 和 DE431 相比如何？
• RQ5 INPOP13c 与其它历表（DE430、DE423）在所有主要行星的赤经、赤纬和地心距离方面的一致性水平如何？

主要发现

• 水星在 INPOP13c 与 INPOP10e 之间的地心距离最大差异为 0.51 公里（赤经方向 1.4 毫角秒，赤纬方向 3.8 毫角秒），表明自 2010 年后因 MESSENGER 数据的引入，一致性显著提升。
• 火星在 INPOP13c 与 INPOP10e 之间的最大差异为 0.204 公里（赤经方向 1.19 毫角秒，赤纬方向 0.38 毫角秒），其外推能力显著改善。
• Cerga 站（1995–2006 年）的 LLR 残差标准差为 3.97 厘米，Apollo 站（2006–2010 年）为 4.92 厘米，表明月球激光测距具有高精度。
• Love 数 h₂ 估计值为 5.26×10⁻²，1σ 不确定度为 2.4×10⁻³，与以往月球地球物理学模型一致。
• INPOP13c 与 DE430 在地球质心位置的最大差异为 0.3763 公里（速度方向差异 0.0467 毫米/秒），表明在行星质心动力学方面具有高度一致性。
• 对于 Haleakala 站，LLR 残差标准差为 8.63 厘米（1984–1990 年），平均残差为 -0.38 厘米，表明系统偏差极小。