Early gravity measurements performed by the Juno spacecraft determined Jupiter's low‐degree gravity harmonics, including the first estimate of the planet's north‐south asymmetric field. The retrieved information was used to infer that the strong zonal winds visible at the cloud tops must extend down a few thousand kilometers, where they are suppressed in the deep interior. The next frontier for the Juno gravity experiment includes, among other goals, the determination of Jupiter's small‐scale gravity field with high accuracy, and its relation to atmospheric circulation at shorter length scales. The geometry of the Juno closest approaches to the planet poses a challenge to this task, as they span latitudes between 4°N and 29°N over the course of the nominal mission. Since Doppler measurements are the most sensitive to gravity anomalies when the spacecraft is close to the body, observations of Jupiter's gravity field are mostly concentrated in the northern hemisphere, while the traditional spherical harmonic functions are not orthonormal over a latitudinal subdomain. Here we define customized Slepian functions, which are orthogonal in a specific latitude range and are optimized to represent Jupiter's local surface gravity at north latitudes. We show that with the new functions, the short‐scale latitudinal variability of the gravity field is resolved with high accuracy between 15°S and 45°N latitude. Furthermore, preliminary results show that the estimated values for the Slepian coefficients from the Juno data match the predictions obtained using thermal wind balance to relate the dynamical density anomalies and the winds with an optimized scale height.

中文翻译：

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用斯皮普函数求解木星的纬度短尺度重力场

Juno进行的早期重力测量航天器确定了木星的低度重力谐波，包括对该行星南北不对称场的首次估计。检索到的信息用于推断云层顶部可见的强纬向风必须向下延伸几千公里，在深部内部将其抑制。朱诺重力实验的下一个前沿领域包括：高精度确定木星的小尺度重力场，以及在较短长度尺度上与大气环流的关系。最接近行星的Juno的几何形状对这项任务提出了挑战，因为它们在标称任务过程中跨越4°N至29°N的纬度。由于当航天器靠近人体时，多普勒测量对重力异常最敏感，木星引力场的观测结果主要集中在北半球，而传统的球谐函数在纬度子域上不是正交的。在这里，我们定义了自定义的Slepian函数，这些函数在特定的纬度范围内正交，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。重力场主要集中在北半球，而传统的球谐函数在纬度子域上不是正交的。在这里，我们定义了自定义的Slepian函数，这些函数在特定的纬度范围内正交，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。重力场主要集中在北半球，而传统的球谐函数在纬度子域上不是正交的。在这里，我们定义了自定义的Slepian函数，这些函数在特定的纬度范围内正交，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。而传统的球谐函数在纬度子域上不是正交的。在这里，我们定义了自定义的Slepian函数，这些函数在特定的纬度范围内正交，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。而传统的球谐函数在纬度子域上不是正交的。在这里，我们定义了自定义的Slepian函数，这些函数在特定的纬度范围内正交，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。它们在特定的纬度范围内是正交的，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。它们在特定的纬度范围内是正交的，并经过优化以表示木星在北纬的局部表面重力。我们表明，利用新功能，可以在15°S至45°N纬度之间高精度地解决重力场的短尺度纬度变化。此外，初步结果表明，来自Juno数据的Slepian系数的估计值与使用热风平衡将动态密度异常和风的最佳比例高度相关联的预测匹配。