基于 MESSENGER 无线电科学数据的水星重力、潮汐与自转

我们分析了 2011 年 3 月至 2014 年 4 月期间 MESSENGER 航天器在 1311 个轨道周期内获得的无线电跟踪数据。通过对双向测距和多普勒观测值与计算值之间的残差进行最小二乘最小化，我们求解了一个描述水星重力、潮汐响应和自转状态的模型。我们使用高达 40 阶和次数的球谐函数表示重力场，并报告了对应于拟合形式不确定度 10 倍的误差棒。我们对水星质量与引力常数乘积的估计值 $GM = (22031.87404 \pm 9 \times 10^{-4})$ km$^{3}$s$^{-2}$ 与已发表结果高度一致。我们对地球物理重要的二阶系数（$\bar{C}_{2,0} = -2.25100 \times 10^{-5} \pm 1.3 \times 10^{-9}$，$\bar{C}_{2,2} = 1.24973 \times 10^{-5} \pm 1.2 \times 10^{-9}$）的解确认了之前的估计值，精度优于 0.4\%，从而证实了关于水星转动惯量和内部结构的推论。我们对潮汐 Love 数 $k_2 = 0.464 \pm 0.023$ 的估计表明，水星地幔可能比此前认为的更热且更弱。我们的自转状态解表明，基于重力的水星自转轴方向估计值与之前对地壳方向的测量结果勉强一致。