Juno、木星角动量与Lense-Thirring效应

最近获批的Juno任务将以高偏心率（$r_{min}=1.06R_{Jup}$，$r_{max}=39R_{Jup}$）极轨道（$i=90$ deg）环绕木星运行一年，以精确绘制木星磁场和引力场等。原则上，这种轨道构型为尝试通过Juno的升交点经度$\Omega$测量广义相对论Lense-Thirring效应提供了理想条件，该升交点在任务期间将产生约570 m的位移。反之，在假设广义相对论成立的前提下，该测试可视为对木星角动量$S$的直接动力学测量，将为这颗巨行星的内部结构和形成提供重要信息。由木星引力势多极展开中带谐系数$J_L$（$L=2,3,4,6$）引起的长周期轨道摄动——这些系数反映了木星偏离球对称的程度——是系统性偏差的主要来源。虽然Lense-Thirring升交点速率与倾角$i$无关，但升交点带谐摄动在$i=90$时消失。实际上，轨道入射误差将导致偏离理想极轨道几何的$\delta i$，使得带谐摄动将达到不可接受的高水平，尽管Juno预期将改善低阶带谐系数。$\Omega$、近木点角距$\omega$与平近点角$M$的线性组合可消除$J_2$和$J_6$的影响。要使未被消除的$J_3$和$J_4$对相对论信号的偏差降至百分比水平，需要将其精度提高两个数量级；这似乎并非不切实际，因为此类带谐系数预期可改善三个数量级。