在空間引力波探測日心軌道方案任務當中，太陽系內天體引力場引起的星間觀測信號遠大于引力波引起的星間觀測信號。例如，在中科院太極計劃當中，天體引力場引起的星間距離變化約為3萬千米，而引力波信號只有幾個皮米量級，有必要通過詳細數(shù)值分析探測頻段0.1mHz到1Hz內天體引力場引起的星間觀測信號是否小于引力波的觀測信號。其研究結果將對空間引力波探測計劃的數(shù)據(jù)處理方案的確定具有重要的參考意義。

　　研究天體引力場引起的星間觀測信號頻譜分析，面臨著兩個方面的困難，一是跨越的空間尺度達到23個量級，從1個天文單位到1個pm，二是研究頻段寬導致仿真數(shù)據(jù)量非常大，例如，太極計劃的頻段從3.17×10^-8Hz到1Hz頻段之間，6年任務時間內1秒采樣間隔觀測數(shù)據(jù)仿真達到1893萬個數(shù)據(jù)點。針對此兩個難點，中國科學院國家空間科學中心復雜航天系統(tǒng)電子信息技術重點實驗室博士生韓曉晴（第一作者）、唐文林副研究員（通訊作者）、彭曉東研究員、楊震研究員、馬曉珊研究員、強麗娥副研究員、張玉珠副研究員和高辰特別研究助理等人開發(fā)了一個超高精度衛(wèi)星軌道積分器并開展跨23個空間量級8個頻段的頻譜分析研究，可實現(xiàn)6年內在1AU尺度下0.03pm的軌道位移仿真和5×10^-21m/s的速度仿真精度（如圖1所示）。依據(jù)此軌道積分器，定量評估給出太陽系內各天體引力場在探測頻段內對引力波探測信號的影響（如圖2所示）。相關工作發(fā)表在物理學期刊Physical Review D（IF:5.407）上，這項工作審稿專家均認為可以作為日心軌道空間引力波探測計劃軌道分析的檔案類文獻。

圖1 軌道積分器求解精度驗證：左圖為位移求解精度，右圖為速度求解精度

圖2 太陽系內主要天體產生的星間距（左）和星間相對加速度（右）線性幅度譜和線性譜密度估計

　　該成果得到國家重點研發(fā)計劃項目（項目編號：2020YFC2201300、2021YFC2202900）的資助。

　　參考文獻：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)

　　論文鏈接：DOI: 10.1103/PhysRevD.106.102005

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