在天体引力场对日心轨道空间引力波探测计划信号影响分析取得重要成果

　　在空间引力波探测日心轨道方案任务当中，太阳系内天体引力场引起的星间观测信号远大于引力波引起的星间观测信号。例如，在中科院太极计划当中，天体引力场引起的星间距离变化约为3万千米，而引力波信号只有几个皮米量级，有必要通过详细数值分析探测频段0.1mHz到1Hz内天体引力场引起的星间观测信号是否小于引力波的观测信号。其研究结果将对空间引力波探测计划的数据处理方案的确定具有重要的参考意义。

　　研究天体引力场引起的星间观测信号频谱分析，面临着两个方面的困难，一是跨越的空间尺度达到23个量级，从1个天文单位到1个pm，二是研究频段宽导致仿真数据量非常大，例如，太极计划的频段从3.17×10-8Hz到1Hz频段之间，6年任务时间内1秒采样间隔观测数据仿真达到1893万个数据点。针对此两个难点，中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室博士生韩晓晴（第一作者）、唐文林副研究员（通讯作者）、彭晓东研究员、杨震研究员、马晓珊研究员、强丽娥副研究员、张玉珠副研究员和高辰特别研究助理等人开发了一个超高精度卫星轨道积分器并开展跨23个空间量级8个频段的频谱分析研究，可实现6年内在1AU尺度下0.03pm的轨道位移仿真和5×10-21m/s的速度仿真精度（如图1所示）。依据此轨道积分器，定量评估给出太阳系内各天体引力场在探测频段内对引力波探测信号的影响（如图2所示）。相关工作发表在物理学期刊Physical Review D（IF:5.407）上，这项工作审稿专家均认为可以作为日心轨道空间引力波探测计划轨道分析的档案类文献。


图1 轨道积分器求解精度验证：左图为位移求解精度，右图为速度求解精度


图2 太阳系内主要天体产生的星间距（左）和星间相对加速度（右）线性幅度谱和线性谱密度估计

　　该成果得到国家重点研发计划项目（项目编号：2020YFC2201300、2021YFC2202900）的资助。

　　参考文献：Xiaoqing Han, Xiaodong Peng, Wenlin Tang*, Zhen Yang, Xiaoshan Ma, Chen Gao, Li-e Qiang, Yuzhu Zhang, Mengyuan Zhao, Jiafeng Zhang, and Binbin Liu，“Effect of celestial body gravity on Taiji mission range and range acceleration noise”，Physical Review D, 106(10):102005 (2022)

　　论文链接：DOI: 10.1103/PhysRevD.106.102005