BepiColombo MORE 实验后牛顿框架下光时表述的比较

ESA/JAXA BepiColombo 任务于 2018 年 10 月 20 日发射，目前正处于飞往水星的巡航阶段。作为该任务的 16 项实验之一，水星轨道器射电科学实验（MORE）将利用在 superior solar conjunctions 期间采集的测距和测距变化率测量数据，以更好地约束后牛顿参数 ${\gamma}$。MORE 射电跟踪系统有能力在 X 波段和 Ka 波段建立 5 腿链路，在几乎所有的太阳延伸角下，以 60 秒采样时间获得精度为 $0.01 mm/s^-1$ 的双向测距变化率测量，并在几秒钟积分时间后获得厘米级的双向测距测量。在本文中，鉴于射电测量性能的最新进展，我们研究了由 Moyer 推导并实现于 JPL 轨道确定代码 MONTE 中的光时表述是否仍然是有效的近似。本工作考虑了引力时延的若干种表述，这些表述表示为 $GM/c^2r$ 的幂级数展开。我们量化了 BepiColombo 首次 superior solar conjunction 实验中光时展开各项的贡献。Moyer 近似相对于完整的二阶展开所引起的最大双向误差为 17 mm。这与 MORE 所使用的 24 Mcps 新伪噪声（PN）测距系统的精度水平相当。因此，建议当前和未来的 superior solar conjunction 实验采用完整的二阶展开。还考虑了太阳系行星引起的摄动，结果表明木星、地球和土星系统产生了显著影响。对于这些天体，经典的 Shapiro 时延已足够。由于太阳扁率和角动量引起的修正可以忽略不计。