Либрация галилеевых спутников: обновлённые параметры по данным миссии Юнона

Изучение либраций – важный источник информации для уточнения моделей внутреннего строения как галилеевых спутников Юпитера, так и других небесных тел. Амплитуды и спектр либраций чувствительны к наличию подлёдных океанов, толщине льда и степени их дифференциации. Теоретические и модельные исследования дают разнящийся набор ожидаемых гармоник и оценок амплитуд, но до недавнего времени прямые наблюдательные оценки были редки или оценочны (Van Hoolst T. et al., 2024).
Методы
Данные о взаимном положении космического аппарата и небесного тела могут быть использованы для определения амплитуды либрации. Разработанная в МИИГАиК методика определения либрации основана на построении трёхмерных сетей опорных точек фотограмметрическим методом. Многократное итерационное уравнивание опорной сети, позволяет определять наблюденное значение либрации на каждом шаге. Влияние либрации проявляется в виде остаточных систематических ошибок измерений на снимках. Минимум суммарной СКО остаточных расхождений на точках указывает на наиболее вероятное значение амплитуды либрации. Корректность метода была оценена по опорной сети Фобоса, для которого значение либрации определялась схожими методами другими научными группами (Duxbury et al., 1991; Willner et al., 2010). Построение и уравнивание опорных сетей выполнено в ЦФС PHOTOMOD 8.1.
Ганимед
Прежнее определение либрации Ганимеда, основанное на трехмерной опорной сети, включающей изображения КА «Вояджеров-1,2» и «Галилео» (Zubarev et al., 2015), позволило задать верхний предел <0,1° (что в линейной мере соответствует 4,5 км на экваторе). Обработка новых изображений пролётов КА «Юнона» и обновленных эфемеридных данных SPICE для КА «Галилео» позволила обновить (сгустить) опорную сеть и получить новое уточненное значение либрации порядка +0.005° (~18″), что соответствует 230 м на экваторе (Nadezhdina I. et al. (2024), PSS, 252, Zubarev A. et al (2025) LPSC). Это значение согласуется с модельными предсказаниями (Rambaux N. et al. (2011) A&A, 557 A118.).
Европа
Объединение данных пролетов КА «Юнона» (4 изображения, полученные 29.09.2022), «Вояджеров-1,2» и «Галилео» (суммарно 372 изображения) позволило создать трехмерную опорную сеть, состоящую более чем из 5 тысяч точек (23 тысячи измерений). Минимальная СКО ошибка сети достигается при значении либрации порядка −0.055° (порядка 1.35 км на экваторе), что близко к теоретическим расчётам (Rambaux N. et al. (2011) A&A, 557 A118.).
Ио
Опорная сеть Ио основана на 223 изображениях, включая 5 изображений с КА «Юнона», полученных 03.02.2024. Эта сеть не является окончательной и будет дополняться. В настоящий момент она содержит более 100 точек опорных точек с трехмерными координатами. Определенное значение либрации составляет 0.019° (в линейной мере на экваторе 600 м.). Оценки либрации Ио, выполненные на основе моделей внутреннего строения спутника, разнятся от первых метров до 25 км (Van Hoolst T. et al., 2020).
Каллисто
В целях миссии КА «Юнона» пролетов мимо четвертого галилеева спутника – Каллисто не заявлено. Таким образом, опорная сеть из более чем 2600 опорных точек основана только на 238 изображениях КА «Вояджеров-1,2» и «Галилео». По этим данным значение либрации составляет −0.009° (0.38 км на экваторе).
Обсуждение
Результаты, полученные по разработанной в МИИГАиК методике определения либрации спутников Юпитера, согласуются с теоретическими моделями и открывают новые перспективы для изучения внутреннего строения спутников. Дополнительные данные Juno и будущая миссия JUICE позволят существенно повысить точность сетей контрольных точек и определения либрации фотограмметрическим методом.
Благодарности
Работа поддержана государственным заданием №124071100067-9 (FSFE-2024-0001) "Лунный топограф: от Луны до спутников Нептуна"