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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
How GAIA asteroids can improve planetaryephemerides ?
A. Fienga1,2
1Institut UTINAM, Université de Franche-Comté, France2IMCCE, Observatoire de Paris, France
A. Fienga May 4th, 2011 How GAIA can improve planetary ephemerides ?
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Outline
Overview of the planetary ephemerides
INPOP and the asteroids
Use of GAIA asteroid observations to improve Jupiter orbit
A. Fienga May 4th, 2011 How GAIA can improve planetary ephemerides ?
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
JPL DE/IAA EMP/INPOP
Direct numerical integration of equations of motion
9 planets + Moon + asteroids, GR, J2 Sun, TDB/TCB
Fitted to observations
Fit of asteroid masses and densities
INPOP: www.imcce.fr/inpop
Numerical integration with extended precision 80b
Earth and Moon Rotations
INPOP(TCB) for GAIA and INPOP(TDB) from IAU 2006
INPOP10a (Fienga et al. 2011), INPOP06 (Fienga et al. 2008), INPOP08 (Fiengaet al. 2009),
Tests of fundamental physics / Use for paleoclimats
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Overview of the planetary ephemeridesJPL DE, EPM, INPOP
Same modelling expect forthe asteroids
rely mainly on (Mars)spacecraft data
Lack of Jupiter goodobservations
Cassini: good constraints onSaturn
INPOP10a
Impa
ct in
the
fi t in
%
0
5
10
15
20
25
30
35
40
VikingMGSMEXStellar occultations
OpticalFlybysVLBI
VEXPassive range
Mercu
ry
Venu
sMa
rs
Jupit
er
Satur
ne
Uran
us
Neptu
ne
Pluto
1 Poor accuracy of the Jupiter orbit
2 Crucial role of the asteroids
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Overview of the planetary ephemeridesJPL DE, EPM, INPOP
Same modelling expect forthe asteroids
rely mainly on (Mars)spacecraft data
Lack of Jupiter goodobservations
Cassini: good constraints onSaturn
INPOP10a
Impa
ct in
the
fi t in
%
0
5
10
15
20
25
30
35
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VikingMGSMEXStellar occultations
OpticalFlybysVLBI
VEXPassive range
Mercu
ry
Venu
sMa
rs
Jupit
er
Satur
ne
Uran
us
Neptu
ne
Pluto
1 Poor accuracy of the Jupiter orbit
2 Crucial role of the asteroids
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Internal accuracies of planetary ephemerides
1900 1940 1980 2020
−10
−50
INPOP10A−DE421
date
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−30
−10
1030
date
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−2−1
01
2
date
1900 1940 1980 2020
−100
100
300
INPOP10A−INPOP08
date
Long
itude
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−200
010
020
0
date
Latit
ude
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−200
010
030
0
date
dist
ance
[km
]
1900 1940 1980 2020
−20
−10
010
INPOP10A−INPOP06
date
Long
itude
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−10
−50
510
date
Latit
ude
[mas
]
1900 1940 1980 2020
−15
−50
510
date
dist
ance
[km
]
Geo
cent
ric d
ista
nce
[km
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Planets Umin Umaxα δ ρ α δ ρ
mas mas km mas mas kmMercury 5 6 1.5 9 4 1.5Venus 8 3 0.4 8 6 1.0Mars* 40 15 10 75 30 15Jupiter 20 30 15 400 200 300Saturne 0.8 0.4 3 40 60 100Uranus 300 120 1200 220 100 1500Neptune 400 100 3500 160 150 5000Pluto 3000 1000 80000 6000 2000 140000
long lat ρ long lat ρEarth 3 1.5 0.04 6 3 0.10
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
INPOP and the asteroids
Asteroids are highly important in planetary ephemerides for:
Mars with more than 30 years of very accurate (< 5 meters)spacecraft tracking
global fit for all the planets: more than 35 % are Mars data
INPOP10a (Fienga et al. 2011)
24635 asteroid orbits (astorb database) integrated in INPOP
planets ↔ asteroids, asteroids ↔ asteroids, EIHKuchynka et al. 2010: List of the most probable perturbers ofinner planets (287) + ring
Mass estimations with BVLS algorithm
Study of correlations
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
INPOP and the asteroids
Asteroids are highly important in planetary ephemerides for:
Mars with more than 30 years of very accurate (< 5 meters)spacecraft tracking
global fit for all the planets: more than 35 % are Mars data
INPOP10a (Fienga et al. 2011)
24635 asteroid orbits (astorb database) integrated in INPOP
planets ↔ asteroids, asteroids ↔ asteroids, EIHKuchynka et al. 2010: List of the most probable perturbers ofinner planets (287) + ring
Mass estimations with BVLS algorithm
Study of correlations
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
INPOP10a (Fienga et al. 2011)
List of the most probable perturbers + ring (Kuchynka et al. 2010)
Mass estimations with BVLS algorithm
Study of correlations → Fixed masses (15)
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INPOP and the asteroids
Uncertainties of ≈ 10% on the 3 Big mass determinations
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INPOP and the asteroids
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●
● INPOP10aOtherK11INPOP08
0 2 4 6 8 10 12 14
804 Hispania
216 Kleopatra
21 Lutetia
65 Cybele
107 Camilla
130 Elektra
16 Psyche
52 Europa
511 Davida
41 Daphne
8 Flora
747 Winchester
139 Juewa
11 Parthenope
6 Hebe
15 Eunomia
24 Themis
29 Amphitrite
7 Iris
532 Herculina
704 Interamnia
3 Juno
324 Bamberga
2 m
3 m
5 m
5 m
5 m
7 m
10 m
10 m
10 m
12 m
13 m
16 m
17 m
17 m
21 m
22 m
26 m
27 m
28 m
33 m
34 m
56 m
94 m
Density [g.cm^−3]
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
How GAIA can help ?
GAIA asteroid mass determinations
great improvement in the masses for the biggest
improvement for the mass determinations with INPOP
Satellites
small Jovian satellites
Neptune and Uranus satellites
Satellites are not yet implemented in INPOP
Asteroid orbits
24635 asteroids already implemented in INPOP
Big picture: mass + orbit + planets
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
How GAIA can help ?
GAIA asteroid mass determinations
great improvement in the masses for the biggest
improvement for the mass determinations with INPOP
Satellites
small Jovian satellites
Neptune and Uranus satellites
Satellites are not yet implemented in INPOP
Asteroid orbits
24635 asteroids already implemented in INPOP
Big picture: mass + orbit + planets
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
How GAIA can help ?
GAIA asteroid mass determinations
great improvement in the masses for the biggest
improvement for the mass determinations with INPOP
Satellites
small Jovian satellites
Neptune and Uranus satellites
Satellites are not yet implemented in INPOP
Asteroid orbits
24635 asteroids already implemented in INPOP
Big picture: mass + orbit + planets
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Do GAIA asteroid observations can give betterinformations on Jupiter orbit compared to the
present accuracy of Jupiter observations ?
Present observation accuracy over 6 years
VLBI Galileo observations + Flybys normal points
≈ 10 mas in geocentric (α,δ) and 2 km in geocentric distances≈ 8 mas in barycentric longitudes and latitudes
impact on the Jupiter orbit over 6 years
10−9 AU for a
10−8 for the angles
10−7 for e
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
questions:
What are the impacts of such uncertainties on asteroid orbits ?
Are they observable at the level of accuracy of the GAIAobservations ?
method
Integrate asteroid orbit with different Jupiter orbits
Fit of the asteroid orbit to a reference orbit
Measurement of the differences in barycentric longitudes andlatitudes of the asteroid
3 cases
1 of the 3 Bigs: 4 Vesta
an asteroid with a close approach with Jupiter: 86 Semele
a Troyen: 588 AchillesA. Fienga May 4th, 2011 How GAIA can improve planetary ephemerides ?
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Exploring the ellipsoid of Jupiter orbit uncertainties
For one specific set of variations of Jupiter IC inducing(δλ, δ b)=(17,5) mas
●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
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0 1 2 3 4 5 6
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Impact on Longitudes
t−t0 [yr]
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ces
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icro
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nds]
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●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
0 1 2 3 4 5 6
−20
020
4060
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4 Vesta86 Semele588 Achilles
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●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
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4 Vesta86 Semele588 Achilles
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
For various sets of variations of Jupiter IC inducing(δλ, δ b) up to 6 mas
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
A. Fienga May 4th, 2011 How GAIA can improve planetary ephemerides ?
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
Preliminary Conclusions
On these 3 cases:
GAIA asteroid orbits would not be sensitive to smalldiscrepancies (< 6 mas) of the Jupiter orbit
But what about looking for specific close approaches ?
what about other planets ? Mars, Earth with NEO, Neptunewith TNO ?
Next steps
Make a selection of the most perturbed asteroids in order tooptimize the results
Make the modelling more realistic !
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GREAT-SSO: Solar System science before and after Gaia
The end
A. Fienga May 4th, 2011 How GAIA can improve planetary ephemerides ?
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