木星和土星的重力、风和惯性矩之间的关系
摘要：巨大行星内部的构造模型对纬向重力系数 J\_2n、纬向风和轴向惯性矩（MoI）之间的关系进行了研究。我们使用非微扰的同心 Maclaurin 椭球（CMS）方法构建了物理（真实的状态方程和等压线）和抽象（少量恒定密度椭球）的内部模型。我们发现，Juno 和 Cassini 空间探测器对于木星和土星的 J\_2、J\_4 和 J\_6 的精确重力测量不能唯一确定任一行星的 MoI，但可以将其限制在 1\% 以下。纬向风（或差分旋转）则成为最主要的不确定性来源。对于土星，纬向风被预测会使 MoI 减小 0.4\%，因为它们达到约 9000 公里的深度，而在木星上，它们似乎只能达到约 3000 公里。因此，我们预测差分旋转对于木星的 MoI 只会影响 0.01\%，这个量级太小，Juno 空间探测器无法检测到。我们发现风主要通过重力谐波 J\_6 间接地影响 MoI，而直接贡献较小，因为顺时针和逆时针风的效应会互相抵消。差分旋转对于土星和木星的 J\_6 值分别贡献 +6\% 和 -0.8\%。这改变了来自行星均匀旋转的主体部分的 J\_6 贡献，它与预测的 MoI 最强相关。根据我们的物理模型，我们预测木星的 MoI 为 0.26393+-0.00001。对于土星，我们预测为 0.2181+-0.0002，假设转动周期为 10:33:34 小时，与观测到的极半径相匹配。
作者：Burkhard Militzer, William B. Hubbard
论文ID：2308.04986
分类：Earth and Planetary Astrophysics
分类简称：astro-ph.EP
提交时间：2023-08-10