Hydrodynamické a N-částicové simulace srážek asteroidů

• Název práce v češtině: Hydrodynamické a N-částicové simulace srážek asteroidů
• Název v anglickém jazyce: Hydrodynamic and N-particle simulations of asteroid collisions
• Klíčová slova: asteroidy, srážky, hydrodynamika, N-částicové simulace
• Klíčová slova anglicky: asteroids, collisions, hydrodynamics, N-body simulations
• Akademický rok vypsání: 2014/2015
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Astronomický ústav UK (32-AUUK)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 13.01.2015
• Datum zadání: 13.01.2015
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.02.2015
• Datum a čas obhajoby: 05.09.2016 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 27.07.2016
• Datum odevzdání tištěné podoby: 27.07.2016
• Datum proběhlé obhajoby: 05.09.2016
• Oponenti: Mgr. Richard Wünsch, Ph.D.

Zásady pro vypracování

V diplomové práci navrhujeme studovat srážky asteroidů pomocí
lagrangeovských hydrodynamických metod, konkrétně SPH (angl.
smooth-particle hydrodynamics), a dále N-částicových simulací
gravitační reakumulace, optimalizovaných KD-stromy. Pro tyto
účely jsou k dispozici kódy SPH5 (Benz & Asphaug 1994) a Pkdgrav
(Richardson et al. 2000).

Úkolem studenta je zejména:

1. Pojednat o principech metody SPH a jejích nevyhnutelných omezeních.

2. Ověřit a případně zlepšit škálování výsledků simulací pro tělesa
s rozměrem mateřského tělesa D_PB = 100 km (Durda et al. 2007,
Benavidez et al. 2012). Používané parametrické relace popisující
velikost M_LR největšího zbytku, největšího fragmentu M_LF
i sklon q rozdělení velikostí fragmentů se přitom mohou také změnit.

3. Diskutovat vliv iniciálních poloh částic SPH na průběh fragmentace
a reakumulace. Různá relevantní rozdělení je možno vzít z práce
Diehl et al. (2012).

4. Posoudit, jak jsou výsledky ovlivňovány zvětšováním účinného
průřezu částic v reakumulační fázi. Motivací pro tuto část
je představa, že případě totální fragmentace tělesa namísto
makroskopických fragmentů vznikají prachová oblaka, které lze
přibližně modelovat právě modifikací účinného průřezu.

Konkrétní aplikací modelů SPH bude studium rodiny Eos, Koronis nebo Flora,
pro které je momentálně odovozeno nejvíce modelů tvaru těles a také
orientací rotačních os (Hanuš et al. 2013). Pro porovnání modelu a pozorování
lze použít zejména rozdělení velikostí členů rodiny a pole rychlostí;
obojí však může být pozmněněno vývojem. Jako nezávislý vstup lze proto
využívat i existujících výsledků modelů orbitálního vývoje (např.
Brož & Morbidelli 2013) a také jednodušších modelů srážek typu Monte Carlo
(Morbidelli et al. 2009).

Seznam odborné literatury

Benavidez P.G., D.D. Durda, B.L. Enke, W.F. Bottke, D. Nesvorný, D.C. Richardson, E. Asphaug and W.J. Merline, 2012, A comparison between rubble-pile and monolithic targets in impact simulations: Application to asteroid satellites and family size distributions, Icarus 219, 57.

Benz W. and E. Asphaug, 1994, Impact simulations with fracture. I - Method and tests, Icarus 107, 98.

Brož M. and A. Morbidelli, 2013, The Eos family halo, Icarus 223, 844.

Diehl S., G. Rockefeller, C.L. Fryer, R. Riethmiller and T.S Statler, 2012, Generating optimal initial conditions for Smooth Particle Hydrodynamics simulations, Arxiv 1211.0525.

Durda D.D., W.F. Bottke, D. Nesvorný, B.L. Enke, W.J. Merline, E. Asphaug and D.C. Richardson, 2007, Size-frequency distributions of fragments from SPH/N-body simulations of asteroid impacts: Comparison with observed asteroid families, Icarus 186, 498.

Hanuš J., M. Brož, J. Ďurech, et al., 2013, A spin vector distribution in asteroid families, Astron. Astrophys. 559, A134.

Morbidelli A., W.F. Bottke, D. Nesvorný and H.F. Levison, 2009, Asteroids were born big, Icarus 204, 558.

Richardson D.C., T. Quinn, J. Stadel, G. Lake, 2000, Direct large-scale N-Body simulations of planetesimal dynamics, Icarus 143, 45.

Předběžná náplň práce

TBD

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

TBD