[论文解读] On the possibility of using Jason-1 in determining the Lense-Thirring effect

Lorenzo Iorio, Eelco Doornbos|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2004

Geophysics and Gravity Measurements被引用 4

一句话总结

本文评估了结合Jason-1与LAGEOS及LAGEOS II卫星测量Lense-Thirring效应的可行性，比较了仅使用轨道节点的LAGEOS-LAGEOS II组合与包含Ajisai和Jason-1的LAGEOS-LAGEOS II-Ajisai-Jason1组合。后者可有效消除低 degree 偶数带谐波的长期变化，但引入了Jason-1的非引力摄动；而前者仍对未被抵消的J4和J6长期项保持敏感，这些项随时间持续增长。

ABSTRACT

In this paper we discuss and compare a node-only LAGEOS-LAGEOS II combination and a node-only LAGEOS-LAGEOS II-Ajisai-Jason1 combination for the determination of the Lense-Thirring effect. The new combined EIGEN-CG01C Earth gravity model has been adopted. The second combination cancels the first three even zonal harmonics along with their secular variations but introduces the non-gravitational perturbations of Jason1. The first combination is less sensitive to the non-conservative forces but is sensitive to the secular variations of the uncancelled even zonal harmonics of low degree J4 and J6 whose impact grows linearly in time.

研究动机与目标

• 评估利用Jason-1数据通过卫星激光测距确定Lense-Thirring效应的可行性。
• 比较两种仅基于轨道节点的组合方式：LAGEOS-LAGEOS II与LAGEOS-LAGEOS II-Ajisai-Jason1。
• 评估未被抵消的偶数带谐波长期变化（J4, J6）对Lense-Thirring效应估计精度的影响。
• 量化Jason-1的非引力摄动对框架拖拽效应测量的影响。

提出的方法

• 采用EIGEN-CG01C地球重力场模型以提高地球位场的精度。
• 使用仅基于轨道节点的组合方法，以从其他轨道摄动中分离出Lense-Thirring效应。
• 结合LAGEOS、LAGEOS II、Ajisai和Jason-1卫星的数据，以抵消低 degree 偶数带谐波及其长期变化。
• 分析第一种组合中未被抵消的J4和J6长期项的残余敏感性。
• 评估第二种组合中重力场误差降低与Jason-1引入的非保守力建模误差之间的权衡。
• 应用轨道力学技术，从其他摄动中分离出Lense-Thirring进动信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 当与LAGEOS和LAGEOS II结合时，Jason-1数据是否能提高Lense-Thirring效应估计的精度？
• RQ2 在LAGEOS-LAGEOS II组合中，未被抵消的J4和J6长期变化如何影响Lense-Thirring效应的确定？
• RQ3 Jason-1的非引力摄动在联合解中在多大程度上会降低或扭曲Lense-Thirring信号？
• RQ4 在组合中引入Jason-1是否能有效抵消低 degree 偶数带谐波的长期变化？
• RQ5 节点仅组合方法如何减轻框架拖拽测量中的系统性误差？

主要发现

• LAGEOS-LAGEOS II组合对非保守力不敏感，但仍易受未被抵消的偶数带谐波（特别是J4和J6）长期项的影响。
• LAGEOS-LAGEOS II-Ajisai-Jason1组合成功抵消了前三个偶数带谐波及其长期变化。
• 引入Jason-1会带来非引力摄动，影响Lense-Thirring效应估计的精度。
• 在第一种组合中，J4和J6的长期变化对Lense-Thirring估计产生随时间线性增长的影响。
• 第二种组合降低了与重力场相关的系统性误差，但引入了Jason-1非保守力带来的新挑战。
• EIGEN-CG01C重力场模型在两种组合中均对最小化地球位势不确定性至关重要。