Crustal density and global gravitational field estimation of the moon from GRAIL and LOLA satellite data

Abstract

K řešení dvou geodetických / geofyzikálních úkolů pro Měsíc používáme Newtonův integrál ve spektrální oblasti. Nejprve určíme 3D distribuci objemové hustoty v měsíční kůře (inverzní problém). Za tímto účelem vyvineme lineární matematický model, který parametrizuje laterálně proměnnou složku hustoty povrchovými sférickými harmonickými funkcemi. Využíváme model gravitačního pole GL1500E GRAIL a topografický model LOLA ke stanovení objemové hustoty ve třech typech funkcí: 1) konstantní, 2) laterálně proměnná a 3) 3D prostorově proměnná (za předpokladu lineární změny v radiálním směru). Za druhé, vypočítáme modely lunárního gravitačního pole odvozené z těchto tří složení kůry (problém vpřed) až do sférického harmonického stupně 2519, což odpovídá prostorovému rozlišení 2,2 km na rovníku Měsíce. Účinnost těchto modelů je hodnocena s ohledem na modely gravitačního pole GRAIL Level 2. Náš prostorově variabilní model kůry je nejvhodnější globálně i lokálně ve výšinách. Testujeme také výkonnost modelů GRAIL, nejnovějších a nezávislých přímých modelů a našich nových modelů na základě dat mise GRAIL Level 1B se zaměřením na vyhodnocení nad rámec dat úrovně 2 (tj. sférické harmonické stupně větší než 650). Tyto středofrekvenční signály z našich modelů korelují s pozorováním úrovně 1B nejlépe ze všech testovaných globálních modelů gravitačního pole. Náš geopotenciální model s vysokým rozlišením s optimalizovanou variací hustoty 3D kůry by měl být přínosem pro budoucí navigaci přistávacího modulu a geofyzikální průzkum Měsíce.