Teplotne-deformačný vývoj ľadovej kôry na Encelade

Abstract

Posledné roky priniesli úspešné vesmírne misie a množstvo dát spojených s topografiou ľadových satelitov planét vyskytujúcich sa v Slnečnej sústave. Vďaka nameraným dátam sa otvára priestor pre vznik teórií predikujúcich dynamický stav vnútra telies, o ktorých je možné predpokladať, že obsahujú fázové rozhranie ľadu a vody. Jedným z možných prístupov k objasneniu topografie je vysvetle- nie vychádzajúce z existencie podpovrchového oceána a jeho tepelnej produkcie, ktorá deformuje ľadovú kôru pokrývajúcu teleso. Cieľom tejto práce je prvý po- kus o zjednodušený matematický popis fázového rozhrania a teplotnej deformácie ľadovej kôry, ktorý bude prepísaný do jazyka Fortran95 a dovolí pomocou počíta- čového modelu skúmať vlastnosti a udržateľnosť takého systému. Výsledky práce, venované konkrétnym mesiacom Enceladus, Európa a Titan, naznačujú možnosť generovania topografie uvedeným mechanizmom len v prípade hrubozrnného ľadu tvoriaceho ľadovú kôru, ktorá je v okolí hornej hranice elastická. 1

In the last two decades, successful space missions to Jupiter and Saturn provi- ded important data bearing information about topography and internal structure of icy bodies in the outer Solar System. Some of these bodies contain subsurface reservoirs of liquid water in contact with an outer shell made of solid ice. One of the possibilities how to explain the observed topography of a moon is to use its thermal production as the energy source that produces deformation of the ice crust covering the body. In this study, we develop a simplified mathematical mo- del of thermal-mechanical evolution of the ice crust including the effect of phase transition at its bottom boundary. The appropriate system of partial differential equations is coded in Fortran95 and used to study the surface features developed in response to heat flux anomalies imposed on the top of the subsurface ocean. The results obtained for Enceladus, Europa and Titan show that the observed topography of these moons can be explained only for a large grain size and the ice crust behaving elastically near the upper boundary. 1