Témata prací (Výběr práce)Témata prací (Výběr práce)(verze: 336)
Detail práce
   Přihlásit přes CAS
Viskoelastická deformace ledových těles ve sluneční soustavě
Název práce v češtině: Viskoelastická deformace ledových těles ve sluneční soustavě
Název v anglickém jazyce: Viscoelastic deformation of ice bodies in the Solar System
Klíčová slova: viskoelastická deformace, izostáze, Titan, Pluto
Klíčová slova anglicky: viscoelastic deformation, isostasy, Titan, Pluto
Akademický rok vypsání: 2018/2019
Typ práce: bakalářská práce
Jazyk práce: čeština
Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
Vedoucí / školitel: RNDr. Klára Kalousová, Ph.D.
Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
Datum přihlášení: 01.10.2018
Datum zadání: 02.10.2018
Datum potvrzení stud. oddělením: 12.10.2018
Datum a čas obhajoby: 25.06.2019 09:00
Datum odevzdání elektronické podoby:17.05.2019
Datum odevzdání tištěné podoby:17.05.2019
Datum proběhlé obhajoby: 25.06.2019
Oponenti: RNDr. Marie Běhounková, Ph.D.
 
 
 
Konzultanti: prof. RNDr. Ondřej Čadek, CSc.
RNDr. Ondřej Souček, Ph.D.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je připravit výpočetní program sloužící k predikci viskoelastické deformace ledové vrstvy v důsledku povrchového a objemového zatížení. Vyvinutý program bude použit (i) k testování hypotézy o existenci podpovrchového oceánu na Plutu a (ii) k modelování deformace ledové slupky na Saturnově měsíci Titanu a k odhadu vlastností jeho podpovrchového oceánu. Student bude nejprve obě úlohy řešit spektrální metodou ve sférické 3d geometrii. Seznámí se s formalismem sférických harmonických funkcí a použije jej na řešení deformace slabě asférické slupky s viskoelastickou (maxwellovskou) reologií. Tato metodika může poskytnout uspokojivou odpověď v případě Titanu, kde jsou hranice ledové slupky velmi blízké kouli, ale v případě Pluta dává jen hrubý odhad, který je třeba ověřit pomocí programu s volnou hranicí. Student se proto seznámí se základy metody konečných prvků a k modelování použije volně dostupný software FEniCS. Jelikož se jedná po formální stránce o úlohu mnohem obtížnější než je spektrální problém, bude student úlohu nejprve řešit jako viskózní tečení v kartézské 2d geometrii. V případě dostatečné časové kapacity se pak pokusí problém zobecnit pro viskoelastickou reologii a úlohu řešit ve sférické axisymetrické geometrii.
Seznam odborné literatury
Choukroun, M., and C. Sotin (2012), Is Titan's shape caused by its meteorology and carbon cycle?, Geophys. Res. Lett., 39, L04201, doi:10.1029/2011GL050747.

Nimmo et al. (2016), Reorientation of Sputnik Planitia implies a subsurface ocean on Pluto, Nature, 540, 94—96, doi:10.1038/nature20148.

Moore et al. (2016), The geology of Pluto and Charon through the eyes of New Horizons, Science, 351(6279), 1284—1293, doi: 10.1126/science.aad7055.

Logg, A., K. A. Mardal, and G. N. Wells (editors), Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method, The FEniCS Book, Lecture Notes in Computational Science and Engineering, 84, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012, doi:10.1007/978-3-642-23099-8.

Další časopisecká literatura dle doporučení školitele.
Předběžná náplň práce
Výzkum ledových těles ve sluneční soustavě je motivován především otázkou existence života mimo Zemi a jeho význam je patrný v rostoucím množství plánovaných vesmírných misí. I přesto jsou ale měření poskytující přímé informace o vnitřní struktuře těchto těles ojedinělá a v jejich studiu jsme často odkázáni na analýzu dat gravitačních a topografických. Díky těmto měřením se domníváme, že většina planet a měsíců je blízko hydrostatické rovnováze. V případě některých těles, např. Saturnova měsíce Titan, ale měření naznačují, že se jeho tvar výrazně odlišuje od ekvipotenciální plochy, tedy že jeho vnější ledová slupka není v hydrostatické rovnováze. To může být způsobeno uhlovodíkovými srážkami v okolí pólů, které se vsakují do ledové slupky, kde probíhá substituce methanu za ethan vedoucí k vnitřnímu zatížení ledové slupky.

Mezi další zajímavé cíle planetárního výzkumu patří trpasličí planeta Pluto, o níž máme informace díky nedávnému průletu sondy New Horizons. Dominantou Pluta je impaktní pánev Sputnik Planitia, která je vyplněna vrstvou dusíkatého ledu, jejíž povrch leží několik kilometrů pod úrovní okolního terénu. Analýza polohy pánve na povrchu Pluta naznačuje, že by mohla být, navzdory své záporné topografii, spojena s kladnou gravitační anomálií. Tu by mohla vybudit například výduť v ledové slupce vyplněná kapalnou vodou, která by vznikla v důsledku postimpaktní deformace ledové slupky nad kapalným oceánem.

Cílem této práce je připravit výpočetní program sloužící k predikci viskoelastické deformace ledové vrstvy v důsledku povrchového a objemového zatížení. Vyvinutý program bude použit k testování hypotézy o existenci podpovrchového oceánu na Plutu a k modelování deformace ledové slupky na Saturnově měsíci Titanu.
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK