Quelques exemples en Mécanique Céleste. Délimitation du...

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Quelques exemples en Mécanique Céleste. Délimitation du périmètre de GRAM ? J. Laskar CNRS, Observatoire de Paris Monday, November 29, 2010

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Quelques exemples en

Mécanique Céleste.

Délimitation du périmètre de GRAM ?

J. Laskar

CNRS, Observatoire de Paris

Monday, November 29, 2010

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Importance de prendre en compte la rotation des corps

•Rotation de Janus et Epiméthée (P. Robutel, IMCCE)

•Rotation de Mercure pour Bepi-Colombo (B. Noyelles, Namur)

•Rotation de Phoebe (L. Cottereau, SYRTE)

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Satellites

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Fit  of  Io’s  dissipa-on  provides  k2/Q  =0.015  ±  0.003  

One  can  compare  this  value  with  the  ones  derived  from  IR  emission

Good  agreement  and  confirm  the  values  derived  from  heat  flux  observa-ons!

In  progress:  applica&on  to  the  Saturnian  system…

Tidal  dissipa-on  in  the  Jovian  and  Saturnian  system  from  astrometry

Lainey,  Arlot,  Karatekin,  Van  Hoolst  (Nature,  2009)

(adapté  de  Lainey)

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The  GETEMME  mission-­‐GETEMME  (Gravity,  Einstein’s  theory,  and  ExploraEon  of  the  MarEan  Moons’  Environment)-­‐

Lainey,  Le  Poncin-­‐LafiKe  et  al

Proposed  to  the  ESA  M-­‐class  mission  call

Scien4fic  objec4ves:«  A  mission  to  explore  the  Mar-an  Satellites  and  the  Fundamentals  of  Solar  System  Physics  »

Keypoints:

S/C  will  drop  two  retrofeflectors  on  Phobos  and  Deimos

From  a  scien-fic  orbit  at  1,000  km  al-tude,  the  S/C  will  be  considered  as  a  third  Mars’  moon

Measurements:     S/C=radio-­‐science     Phobos  and  Deimos=laser  link     with  the  S/C

Expected  accuracy:  cm-­‐level  on  the  posi-on  in  space  of  the  S/C,  Phobos  and  Deimos

For  more  details,  see  the  poster!!  Lainey,  Le  Poncin-­‐LafiKe  et  al(adapté  de  Lainey)

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Astéroïdes

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GRAM 29-30/11/2010 Nice

Gaia - en bref

relevé du ciel pendant 5 ans

observation objets du système solaire astéroïdes, comètes, satellites (planètes naines)

‣ magnitude limite V≤20, taille limite Φ≤0”7

‣ environ 250.000 astéroïdes

‣ spectroscopiephotométrie (rotation des astéroïdes)& astrométrie

astéroïde typique distribution des

63 obs. sur 5 ans

(adapté  de  Hestroffer)

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GRAM 29-30/11/2010 Nice

Gaia - dyn. SolSysastrométrie (σ≈0.3–3mas) => gain ≈50 en précision‣ paramètres locaux

éléments orbitaux, effets non gravitationnels

‣ paramètres globauxmasse par rencontres proches et/ou systèmes binaires+volume (par Gaia ou sol) => densitétest RG : PPN β, J2 solaire, variation gravité dG/dt, rotation repère dW/dt

astrométrie post-Gaia - utilisation du nouveau catalogue astrométrique stellaire‣ occultations stellaires astéroïdes et transneptuniens

‣ réduction des observations, dynamique à long terme(adapté  de  Hestroffer)

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GRAM 29-30/11/2010 Nice

The role of Galactic tide and stars in the “new” comets flux:

At ainj

= 35,000 UA ~15% require a stellar

contribution!

At ainj

> 40,000 AU the injections are mainly tidal

From 15,000 to 40,000 AU, 26% of the injections

are due to a synergy

a inj=

23,1

00 A

U

f

1/ainj

(AU-1)

Total: ninj

=8688a

inj< 10,000 UA: n

inj=175

ainj

(AU)

� “stellar injections”

� “tidal injections”

! stellar and tidal injections

Number (or proportion) of injected comets when:all the stars are included (reference)only the GAIA starsonly the Hipparcos stars

GAIA stars yield an almost complete flux for a

inj < 40,000 AU

Hipparcos stars yield at max 60% of the flux near 30,000 AU

The flux using only stars observable by Hipparcos or GAIA:

(M.  Fouchard)Monday, November 29, 2010

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Mouvements planétaires

et Lunaires

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References integations directly adjusted to observation (45 000 planetary obs + LLR)

JPL (NASA) integrations for 30 yrs : DE405-421 Russian solution (Pitjeva, 2001-10)

New solution (2008, 10) : INPOP06-08-10(Fienga, Manche, Laskar, Gastineau et al ..)

High precision planetary and lunar ephemerides

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The INPOP project

� INPOP = ASD/IMCCE/Observatoire de Paris and Observatoire de

Besancon

� INPOP06 (Fienga et al. 2008)

INPOP08

� Numerical integration with extended precision 80b

� Planets + Moon orbits, Earth and Moon Rotations, TT-TDB

� INPOP = official planetary ephemerides for GAIA + ESA Data

release

� New data sets = (MEX+VEX+Cassini) + LLR

� (Fienga et al. 2009) and www.imcce.fr/inpop

New applications

� PPN β, J2

� Pioneer Anomaly

� Secular advances of perihelia and of

nodes

INPOP10a (Fienga et al. 2010)Test of gravitational models in the Solar System (exp. de A. Fienga)

Started in 2003

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Haleakala(1987-1990)

McDonald(1969-...)

Grasse(1984-2005)

Matera(2003-2004)

Wettzell

Shanghai

Canberra

Apollo(2006-...)

Lunar Laser Ranging

Les stations Laser Lune

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Lunakhod 2

Lunakhod 1retrouvé

Distribution des réflecteurs

(from Zerhouni et al., 2009)Monday, November 29, 2010

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!20

!10

0

10

20

1990 1995 2000 2005 2010

CE

RG

A 8

7!

10

!20

!10

0

10

20

1990 1995 2000 2005 2010

ML

RS

2

!100!50

050

100

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986

Mc

Do

na

ld

!50

!25

0

25

50

1984 1985 1986

CE

RG

A 8

4!

86

!200

!100

0

100

200

1984 1985 1986 1987 1988

ML

RS

1

!30!20!10

0102030

1984 1986 1988 1990

Ha

lea

kala

!15!10!5

05

1015

2006 2007 2008 2009

Ap

ollo

INPOP LLR residuals

(H. Manche, IMCCE, S. Bouquillon, SYRTE

et al.)

Station Période INPOP10aINPOP10a

Moy. Ecart-type

CERGA 1987-1995 -0.16 6.37

CERGA 1995-2010 -0.03 4.00

CERGA 1984-1986 8.11 16.00

Mc Donald 1969-1986 0.16 31.78

MLRS1 1982-1985 -7.89 73.28

MLRS1 1985-1988 0.22 7.30

MLRS2 1988-1996 -0.85 4.27

MLRS2 1996-2008 0.56 4.82

Haleakala 1984-1990 -0.44 8.10

Apollo 2006-2009 0.08 4.89

Encore des progrès à faire !

- libration de la lune ?- orientation de la Terre ?- autres effets géophysiques ?

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Long time integrations T >1 Myr

Numerical Integrations

Newton equations+ relativity

(model ~DE405)

Newton equations+ relativity

(simplified model)

INPOP (2006-2010)Adams integrator

h=0.055 days7000 yr / 1 day

La2004 (2004)symplectic integrator

h=1.8625 days5 Myr / 1 day

T<1Myr

T>1Myr

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Système complet

8 Planètes + Pluton

Relativité générale

Contribution de la Lune

Recherche dʼune faible probabilité ~1%

2500 solutions sur 5 Ga

CI : diff. de 0.38 mm dans le grand axe de Mercure

6-7 millions dʼheures de calcul(Laskar & Gastineau, Nature, 2009)

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500500 10001000 20002000 30003000 40004000 500050000.35 30 91 202 318 418 492

0.4 3 20 67 126 189 255

0.5 - - 3 10 20 40

0.6 - - 1 2 5 10

0.7 - - 1 1 4 9

0.8 - - 1 1 4 8

0.9 - - 1 1 3 8

Eccentricity of Mercury (No relativity)Secular system (1000 sol)

Eccentricity of Mercury with relativitydirect equations (2501 sol)

scaled to 1000

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500500 10001000 20002000 30003000 40004000 500050000.35 164 423 627 766 826 886

0.4 80 313 527 667 736 831

0.5 25 124 333 517 612 687

0.6 15 95 274 433 547 612

0.7 15 90 264 423 527 602

0.8 15 90 259 423 527 602

0.9 10 85 259 423 527 602

Eccentricity of Mercury (No relativity)direct equations (200 sol)

scaled to 1000

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eccm

axec

cmax

time (Myr)

(a)

(b)

Mercury’seccentricity

201 sol.No Relativity(3.8 cm)

2501 sol.With Relativity(0.38 mm)

(Laskar & Gastineau, Nature, 2009)Monday, November 29, 2010

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(Laskar, 2008)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

emax

e0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

e0

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0g1

("/y

r)

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0g1

("/y

r)

(a1) (a2)

(b1) (b2)

with GR No GR

g5 g5

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0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-1286 -1285 -1284 -1283 -1282

ecce

ntric

ity

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-1286 -1285 -1284 -1283 -1282

ecce

ntric

ity

-12.5

-12

-11.5

-11

-10.5

-1286 -1285 -1284 -1283 -1282

log1

0(dh

)

time (Myr)

-12.5

-12

-11.5

-11

-10.5

-1286 -1285 -1284 -1283 -1282

log1

0(dh

)

time (Myr)

Mercury

(Laskar, 2008)Monday, November 29, 2010

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(Laskar, 2008)

0.386

0.387

0.388

0.389

0 1 2 3 4 5 6

a (A

U)

time (Myr)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0 1 2 3 4 5 6

e2γ − β = −2

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