木星的平衡潮汐响应：朱诺号的可探测性

正在进行的朱诺号（Juno）航天器任务预期将对木星的潮汐响应进行观测。我们结合木星平衡潮汐响应的自洽数值模型与朱诺号引力科学实验观测到的多普勒频移，以测试航天器对由伽利略卫星和太阳引起的潮汐的灵敏度。同心 Maclaurin 扁球体（CMS）方法求得旋转液态行星在卫星引起潮汐下的平衡形状与引力场，并按 Love 数（$k_{nm}$）展开。我们提出了对 CMS 理论的改进，消除了非物理的质心偏移，并详细研究了 CMS 方法的收敛行为。我们证明，在考虑木星的组合潮汐响应时，$k_{nm}$ 对轨道距离的依赖性很重要。反之，对于已匹配由朱诺号高精度测量的带谐谐波 $J_2$、$J_4$ 和 $J_6$ 的模型，内部结构的细节对 $k_{nm}$ 的影响可忽略不计。随着任务继续，在木卫一轨道不同相位下对木星引力场覆盖的改善有望得到 2 阶 Love 数（$k_{22}$）的观测值，并可能选出更高阶的 $k_{nm}$。我们给出了朱诺号多普勒信号对计算的 $k_{nm}$ 灵敏度的测试，表明除 $k_{22}$ 外，$k_{33}$、$k_{42}$ 和 $k_{31}$ 也可探测。若稳健的朱诺号观测与计算所得极小的木卫一平衡 $k_{22}=0.58976\pm0.0001$ 范围不符，将表明存在迄今未表征的潮汐动态贡献。