Modeling the regional depressions on the surface of Saturn's moon Enceladus

Abstract

This thesis investigates the formation of large depressions on the surface of Ence- ladus, Saturn's icy satellite, through numerical modeling of thermal convection and phase changes at the ice-ocean interface. Using custom code developed in Python with the FEn- iCS software package, various scenarios were simulated to understand the mechanisms driving these 100-km-scale depressions. The results indicate that a strong heat flux from the ocean, generated by tidal dissipation within Enceladus' porous silicate core, is the most probable cause. The model predicts depression develop over approximately 10 mil- lion years. The results show that this mechanism may also be responsible for the creation of brittle fractures on Enceladus' South Pole, called Tiger Stripes. The conclusions pre- sented in the thesis are based on 2D simulations in a Cartesian box and the use of a simplified, temperature-dependent rheology, and need to be verified by more realistic simulations in spherical geometry.

Tato práce se zabývá zkoumáním vzniku rozsáhlých depresí na povrchu Enceladu, le- dového měsíce planety Saturn, prostřednictvím numerického modelování rovnic termální konvekce a fázových přechodů. Pomocí vlastního kódu vytvořeného v Pythonu, s vyu- žitím softwarového balíku FEniCS, bylo simulováno několik scénářů s cílem porozumět mechanismům zodpovědným za vznik těchto depresí o rozměrech kolem 100 km. Výsledky naznačují, že příčinou je silný tepelný tok z oceánu, generovaný slapovou disipací v jádře. Model predikuje, že tyto útvary vznikají na časové škále okolo 10 milionů let. Výsledky také ukazují, že tento mechanisms může být zodpovědný i za vznik zlomových struktur na jižním pólu, zvaných Tygří pásy. Model nicméně obsahuje určitá omezení, včetně zjed- nodušené 2D geometrie a reologie ledu závislé pouze na teplotě. Závěry práce je proto potřeba verifikovat za pomoci realističtějších simulací ve sférické geometrii.