An orbital model for the Parker Solar Probe mission: Classical vs relativistic effects

Abstract

The Parker Solar Probe is a spacecraft designed to study the Sun’s corona from inside. It is providing unprecedented detailed information on the density and composition of the Sun’s atmosphere as well as the electromagnetic fields, plasma and solar wind. On the other hand, this probe is to achieve record speeds in the International Celestial Reference Frame (ICRF) never obtained before in any previous mission. It is expected that in the last perihelion of 2025 it would move at of the speed of light with respect to the barycenter of the Solar System. By this time it will approach only solar radii to the center of the Sun. These orbital conditions make the Parker’s Solar Probe also an interesting experiment concerning the validity of General Relativity (GR). The combination of a high velocity and a relatively intense gravitational field increases the values of the post-Newtonian terms governing the orbital corrections by GR. In this paper, we consider an orbital model for the Parker Probe trajectory, including the important effect of radiation pressure, to calculate the relativistic corrections. From this model, we compare the magnitude of the corrections in order to evaluate the possibility of obtaining a test of GR from spacecraft missions orbiting close to the Sun.

Parker Solar Probe es una nave espacial diseñada para estudiar la corona del Sol desde el interior. Proporciona información detallada sin precedentes sobre la densidad y composición de la atmósfera del Sol, así como sobre los campos electromagnéticos, el plasma y el viento solar. Por otro lado, esta sonda alcanzará velocidades récord en el Marco de Referencia Celestial Internacional (ICRF) nunca antes obtenidas en ninguna misión anterior. Se espera que en el último perihelio de 2025 se mueva a la velocidad de la luz con respecto al baricentro del Sistema Solar. En ese momento se acercará solo a los radios solares del centro del Sol. Estas condiciones orbitales hacen que la Sonda Solar de Parker también sea un experimento interesante sobre la validez de la Relatividad General (GR). La combinación de una alta velocidad y un campo gravitatorio relativamente intenso aumenta los valores de los términos posnewtonianos que gobiernan las correcciones orbitales por GR. En este artículo, consideramos un modelo orbital para la trayectoria de la sonda Parker, incluido el importante efecto de la presión de radiación, para calcular las correcciones relativistas. A partir de este modelo, comparamos la magnitud de las correcciones para evaluar la posibilidad de obtener una prueba de GR de misiones de naves espaciales que orbitan cerca del Sol.