Vývoj magmatického oceánu ve slapově zahřívaných terestrických exoplanetách

• Název práce v češtině: Vývoj magmatického oceánu ve slapově zahřívaných terestrických exoplanetách
• Název v anglickém jazyce: Evolution of magmatic oceans in tidally heated terrestrial exoplanets
• Klíčová slova: exoplanety|přenos tepla|slapové zahřívání|numerické metody
• Klíčová slova anglicky: exoplanets|heat transport|tidal heating|numerical methods
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Marie Běhounková, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 12.03.2021
• Datum zadání: 08.09.2021
• Datum potvrzení stud. oddělením: 29.09.2021
• Datum a čas obhajoby: 12.09.2023 10:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 20.07.2023
• Datum odevzdání tištěné podoby: 20.07.2023
• Datum proběhlé obhajoby: 12.09.2023
• Oponenti: doc. RNDr. Hana Čížková, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Díky pokroku detekčních metod je objevováno stále více terestrických exoplanet. Nejúspěšnější metody upřednostňují detekci tělesa obíhající v těsné blízkosti mateřské hvězdy (krátkoperiodické planety). Tyto planety mohou být zatížené slapovou deformací spojenou s vysokou produkcí slapového zahřívání. Podobně jako je pozorováno na Jupiterově měsíci Io, velikost slapového zahřívání může být natolik extrémní, že může vést ke vzniku silně natavené vrstvy či magmatického oceánu v plášti planety. Velikost slapového zahřívání je společně s orbitálními a rotačními parametry planety citlivá i na strukturu planety a na reologické parametry popisující deformaci. Reologické parametry jsou ale také ovlivňovány teplotou a přítomností taveniny a tedy i charakterem přenosu tepla a vnitřními zdroji energie. V silně slapově deformovaných planetách tedy dochází ke zpětné vazbě mezi zahříváním, teplotou a přítomností taveniny vedoucí k rovnovážnému stavu mezi produkcí a přenosem tepla.

Součástí práce je rešerše literatury a modelů umožňující výpočet vnitřního vývoje za přítomnosti taveniny (např. Moore, 2003; Bierson a Nimmo, 2006; Monteaux a kol., 2016; Spencer a kol. 2020) navržené zejména pro studium měsíce Io a krystalizace magmatického oceánu. Vybraná 1d metoda bude v rámci práce aplikována na modelové terestrické exoplanety. Cílem práce je studovat zpětnou vazbu mezi parametricky určeným slapovým zahříváním a termálním vývojem planety s přítomností taveniny a určit parametry modelu vedoucí k rovnovážnému stavu planety.

Seznam odborné literatury

Bierson, C. J. & Nimmo, F. (2016). A test for Io's magma ocean: Modeling tidal dissipation with partially molten mantle, J. Geophys. Res. Planets, 121, 2211– 2224, doi:10.1002/2016JE005005.
Henning, W. G., & Hurford, T. (2014). Tidal Heating in Multilayered Terrestrial Exoplanets ApJ, 789, 30. doi: 10.1088/0004-637X/789/1/30.
Maurice, M., Tosi, N., Samuel, H., Plesa, A.‐C., Hüttig, C., and Breuer, D. (2017).u Onset of solid‐state mantle convection and mixing during magma ocean solidification, J. Geophys. Res. Planets, 122, 577– 598, doi:10.1002/2016JE005250.
Monteux, J., Andrault, D. and Samuel, H. (2016). On the cooling of a deep terrestrial magma ocean. Earth and Planetary Science Letters, Elsevier, 2016, 448, pp.140 - 149. doi:j.10.1016/j.epsl.2016.05.010.
O'Reilly, T. C., & Davies, G. F. (1981). Magma transport of heat on Io: A mechanism allowing a thick lithosphere. Geophysical Research Letters, 8(4), 313–316. https://doi.org/10.1029/GL008i004p00313.
Moore, W. (2001). The Thermal State of Io. Icarus, 154(2), 548–550. doi:10.1006/icar.2001.6739.
Moore, W. B. (2003). Tidal heating and convection in Io. Journal of Geophysical Research, 108(E8). doi:10.1029/2002je001943.
Renaud, J. P., & Henning, W. G. (2018). Increased tidal dissipation using advanced rheological models: Implications for Io and tidally active exoplanets, ApJ, 857, 98
Spencer, D. C., Katz, R. F., & Hewitt, I. J. (2020). Magmatic intrusions control Io's crustal thickness. Journal of Geophysical Research: Planets, 125(6), e2020JE006443. doi:/10.1029/2020JE006443.
Spencer, D. C., Katz, R. F., Hewitt, I. J., May, D. A., & Keszthelyi, L. P. (2020). Compositional layering in Io driven by magmatic segregation and volcanism. Journal of Geophysical Research: Planets, 125(9), e2020JE006604. doi:10.1029/2020JE006604
Steinke, T., Hu, H., Höning, D., van der Wal, W., & Vermeersen, B. (2020). Tidally induced lateral variations of Io's interior. Icarus, 335, 113299. doi:10.1016/j.icarus.2019.05.001.
Steinke, T., van Sliedregt, D., Vilella, K., van der Wal, W., & Vermeersen, B. (2020). Can a combination of convective and magmatic heat transport in the mantle explain Io's volcanic pattern? Journal of Geophysical Research: Planets, 125, e2020JE006521. doi:10.1029/2020JE006521.
Tackley, P. J. (2001). Convection in Io's asthenosphere: Redistribution of non‐uniform tidal heating by mean flows. Journal of Geophysical Research, 106(E12), 32971–32981. doi: j.pepi.2017.02.001.
Literatura dle doporučení školitele.