采用加速同心麦克劳林椭球方法构建的土星内部模型
地球与行星天体物理
2019-07-17 v1
摘要
卡西尼航天器的终章轨道提供了探测土星引力场与内部结构的独特机会。多普勒测量得出的引力谐波J_6、J_8和J_10值出乎意料地大,无法由假定均匀自转的行星内部模型匹配。作为替代,我们给出一组假定行星内部作柱面自转的模型,其使我们能匹配所有观测到的偶次引力谐波。对每个内部模型,引力场均使用同心麦克劳林椭球(CMS)方法高精度自洽计算。我们提出了该方法的加速技术,其大幅降低计算成本,使我们能高效优化模型参数、通过蒙特卡洛采样绘制允许参数区域,并将计算所得J_2n引力谐波的精度提升至与观测误差棒匹配,若无加速则难以实现。基于我们的模型,预测土星拥有一个15-18地球质量的致密中心核,以及包层中额外的1.5-5地球质量重元素。最后,我们改变行星深内部的自转周期并确定由此产生的扁率,将其与旅行者号航天器射电掩星测量值比较。我们预测自转周期为10:33:34 h ± 55s,与近期由环震学得出的估计一致。
引用
@article{arxiv.1905.08907,
title = {Models of Saturn's Interior Constructed with Accelerated Concentric Maclaurin Spheroid Method},
author = {B. Militzer and S. Wahl and W. B. Hubbard},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.08907},
year = {2019}
}
备注
12 color figures, 5 tables, Astrophysical Journal, in press (2019)