КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-22-00391
НазваниеОбработка астрометрических наблюдений Gaia DR3 и уточнение эфемерид внешних планет Солнечной системы и их спутников. Исследование фундаментальных законов гравитации на основании динамики внутренних планет.
РуководительПавлов Дмитрий Алексеевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-701 - Небесная механика
Ключевые словаэфемериды, Солнечная система, планетные системы, Общая теория относительности, гравитация, астрометрия
Код ГРНТИ41.03.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Эра высокоточной астрометрии началась в 1960-х гг. с радарных наблюдений Венеры, Марса и Меркурия; впоследствии ещё более точные наблюдения положений планет стали доступны благодаря орбитальным космическим аппаратам (измерения радиодальности с Земли) и КА Voyager (фотографии спутников Нептуна); с 1970-хх гг. началась лазерная локация Луны; наконец, в 2013 г. был запущен орбитальный астрометрический телескоп Gaia, который с 2014 по 2017 гг. собрал высокоточные данные наблюдений 158152 объектов Солнечной системы, включая 31 естественный спутник Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, включая J6-J13, J17, J18, S9, S29, U17, N2 (Emelyanov et al, MNRAS 522(1), 2023).
В настоящее время в мире существуют три систематически обновляемых комплекта эфемерид Солнца, планет и Луны: EPM (Россия), DE (США), INPOP (Франция). Этим фундаментальным эфемеридам сопутствуют эфемериды спутниковых систем внешних планет (ИПА РАН, https://iaaras.ru/dept/ephemeris/online/ и ГАИШ, http://lnfm1.sai.msu.ru/neb/nss/html/multisat/nssephmr.htm). Астрометрические (абсолютные) наблюдения спутников играют важную роль в вычислении высокоточных эфемерид внешних планет, т. к. для данных планет существует относительно мало высокоточных радиотехнических наблюдений (можно отметить наблюдения орбитальных аппаратов Cassini и Juno и единичные измерения КА Voyager 1/2 и Pioneer 1/2).
Высокоточные наблюдения Gaia DR3, при должной обработке совместно с ранее имеющимися наблюдениями, позволят качественно улучшить как модель движения внешних планет, так и модели спутниковых систем этих планет, что позволит и получить эфемериды и рассчитать уточнённые параметры гравитационного поля и приливной динамики внешних планет.
Динамика внешних планет Солнечной системы тесно связана с динамикой планет внутренних, т. к. все планеты (равно как и Солнце, Луна, астероиды и ТНО) входят единую динамическую модель Солнечной системы. Наиболее точными астрометрическими наблюдениями внутренних планет являются радиотехнические наблюдения орбитальных аппаратов MESSENGER (Меркурий), MGS, Odyssey и MRO (Марс). Благодаря близости Меркурия к Солнцу, после наблюдений MESSENGER (2004-2014) стало возможным определять с высокой точностью параметры Солнца, влияющие на динамику Меркурия, в частности ось вращения Солнца и квадрупольный момент (J2) и величину релятивитсткого эффекта Лензе-Тирринга, зависящую от момента инерции Солнца. Наблюдения орбитальных аппаратов Меркурия и Марса в целом имеют высокую чувствительность к гравитационному параметру (GM) Солнца и к его изменению, происходящему из-за постоянной потери Солнцем массы, а также к гипотетическому изменению гравитационной постоянной G и значеням β и γ параметризованного постньютоновского формализма.
Следует отметить, что данные радиотехнических измерений MESSENGER опубликованы в двух видах: исходные измерения (https://pds-geosciences.wustl.edu/missions/messenger/rs.htm) и нормальные точки (https://ssd.jpl.nasa.gov/dat/planets/messenger.txt). В сформированных нормальных точках учтена задержка сигнала в солнечной плазме; модель этой задержки и её коэффициенты недоступны. В эфемеридах EPM принята более совершенная модель задержки сигнала в солнечной плазме (Aksim & Pavlov, MNRAS 514(3), 3191-3201, 2022) и в этой работе планируется применить её к независимо полученным нормальным точкам наблюдений MESSENGER. В этой связи также важно учитывать, что в России в настоящее время впервые построена МГД-модель солнечного ветра (https://solarwind.entroforce.ru), которую можно будет использовать для вычисления задержки сигнала.
Данная работа позволит:
- Впервые использовать в отечественных численных эфемеридах планет и их спутников высокоточные наблюдения Gaia, получить более точные эфемериды и уточнить свойства внешних планет.
- Впервые произвести независимую обработку исходных радиотехнических данных КА MESSENGER.
- Существенно уточнить научные результаты, касающиеся свойств Солнца и планет и фундаментальных свойств пространства-времени.
Ожидаемые результаты
Будут проведены редукции астрометрических наблюдений спутников внешних планет, доступных в наборе данных Gaia DR3.
Будут выпущены обновлённые эфемериды спутников Урана и Нептуна. Будут уточнены массы и параметры гравитационного поля и приливной динамики этих планет.
Будет разработана и реализована методика расчёта нормальных точек из исходных радиотехнических данных, полученных в 2004-2014 гг. с орбитального аппарата MESSENGER.
Будет выпущена новая версия российских эфемерид Солнца, Луны и планет EPM (ИПА РАН), уточнённая по результатам обработки астрометрических наблюдений Gaia и обработки независимо рассчитанных нормальных точек КА MESSENGER с учётом высокоточной модели задержки сигнала в солнечной плазме.
Будут уточнены значения: массы Солнца и скорости её изменения; момента импульса и квадрупольного момента Солнца; оценки возможной скорости изменения гравитационной постоянной (dG/dt); оценки значений β и γ параметризованного постньютоновского формализма.
Значимость этих результатов для дальнейших научных исследований заключается в следующем:
- Знания о динамике спутниковых систем, параметрах гравитационного поля и приливных деформаций внешних планет позволит в будущем уточнить гипотезы о внутреннем составе и о процессе происхождения Солнечной системы и планет в ней.
- Уточнённые оценки массы Солнца, скорости её изменения и релятивистских параметров позволит уточнить или опровергнуть различные гипотезы о фундаментальной структуре пространства-времени; так, на статью (Pitjeva et al. Estimates of the change rate of solar mass and gravitational constant based on the dynamics of the Solar System, A&A 47, A141,2021), содержащую более ранние результаты по массе Солнца и скорости её изменения, уже имеется не менее 10 ссылок, посвящённых космологии альтернативным теориям гравитации.
- Известно, что эфемериды Солнца и Земли важны при обработке наблюдений пульсаров, которые в свою очередь служат для создания долгосрочных шкал времени и определения гравитационных волн. Систематические ошибки в эфемеридах (такие, как неверное определение орбиты Солнца относительно барицентра Солнечной системы) влияют на указанные научные результаты. Более точные эфемериды, полученные в ходе настоящей работы, позволят уменьшить или устранить эти ошибки.
- Будущая высокоточная модель задержки сигнала в солнечной плазме должна быть основана на численной МГД-модели солнечной плазмы, для которой должны быть заданы граничные условия (на расстоянии 21.5 радиусов Солнца от его центра). В настоящее время в России построена такая МГД-модель, см. Арутюнян и др. Прототип службы прогноза спокойного солнечного ветра на основе МГД-моделирования и граничных условий модели WSA, Космические исследования (2023, принято к печати), также https://solarwind.entroforce.ru. Созданные в рамках данного проекта разработки планируется в будущем совместить с переводом службы прогноза на граничные условия, рассчитанные из синоптических карт, полученных на Кисловодской станциии (ГАС ГАО РАН, http://solarstation.ru/). Нормировочные параметры (базовые значения скорости, плотности и температуры частиц) могут быть взяты из данных OMNI (https://omniweb.gsfc.nasa.gov/), содержащих в т. ч. данные наблюдений космических обсерваторий Wind и ACE.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ