Laterální variace tloušťky ledové kůry jako klíč k pochopení vnitřní dynamiky Saturnova měsíce Enceladu

• Thesis title in Czech: Laterální variace tloušťky ledové kůry jako klíč k pochopení vnitřní dynamiky Saturnova měsíce Enceladu
• Thesis title in English: Lateral variations in ice crust thickness as the key to understanding the internal dynamics of Saturn's moon Enceladus
• Key words: deformace ledu|fázové přechody|Enceladus
• English key words: deformation of ice|phase transitions|Enceladus
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Geophysics (32-KG)
• Supervisor: prof. RNDr. Ondřej Čadek, CSc.
• Author: Bc. Antonín Kubík - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 03.10.2024
• Date of assignment: 04.10.2024
• Confirmed by Study dept. on: 04.10.2024
• Date and time of defence: 24.06.2025 08:30
• Date of electronic submission: 06.05.2025
• Date of submission of printed version: 06.05.2025
• Date of proceeded defence: 24.06.2025
• Opponents: RNDr. Vojtěch Patočka, Ph.D.
• Advisors: Mgr. Martin Kihoulou, DiS., Ph.D.

Guidelines

Malý Saturnův měsíc Enceladus je klasifikován jako astrobiologický objekt první třídy, neboť polovina jeho objemu je tvořena vodním oceánem, který nabízí vhodné prostředí pro existenci jednoduchých forem života. Třebaže Enceladus je dnes nejlépe prozkoumaným ledovým měsícem ve sluneční soustavě, řada otázek zůstává nezodpovězena a jsou předmětem intenzívního vědeckého zkoumání. Jednou z otázek je existence výrazných laterálních variací tloušťky ledu, které byly poměrně přesně zmapovány na základě gravitačních a tvarových dat. Zatímco pod jižním pólem je mocnost ledové slupky jen 2-5 km, v rovníkových oblastech přesahuje tloušťka ledu 35 km. Laterální změny v tloušťce ledové slupky lze vysvětlit variacemi tepelného toku z oceánu: Ke ztenčení ledu dochází v oblastech zvýšeného tepelného toku z oceánu, což způsobuje tání ledové slupky, zatímco k zesílení ledu dochází v oblastech, kde led namrzá v důsledku sníženého tepelného toku z oceánu. Jelikož se led na dlouhé časové škále chová jako viskózní kapalina, generují změny hydrostatického tlaku na bázi ledové slupky dlouhovlnné tečení, které ovlivňuje napětí ve slupce a její tektonický vývoj. Student použije existující model meridionálních variací tloušťky ledové slupky odvozený z gravitačních a topografických dat a pro tento model (i) spočte tepelný tok z oceánu potřebný k tomu, aby ledová slupka ve své současné podobě byla stabilní, (ii) určí dlouhovlnný obraz proudění v ledové slupce a (iii) výsledné pole napětí porovná s rozložením tektonických útvarů na povrchu. V případě volné kapacity se pokusí zjistit, zda v rovníkových oblastech může docházet ke konvektivnímu přenosu tepla a nakolik může konvekce ovlivnit odhad tepelného toku z oceánu. Student bude modelovat termální a mechanický vývoj viskózní ledové slupky s nepravidelnou spodní hranicí. Seznámí se se slabou formulací PDR a metodami jejich časové integrace. K řešení problému použije softwarový balík FEniCS, který se naučí samostatně používat. Problém bude řešit v axisymetrické sférické geometrii pro viskózní reologii s teplotně závislou viskozitou a na kontaktu ledové slupky a oceánu vezme v úvahu fázový přechod. Problém bude formulován jako parametrická studie, kde volnými parametry bude velikost zrna (určuje prefaktor ve vztahu pro viskozitu) a viskozita studeného ledu u povrchu (odpovídá maximální možné viskozitě ledu).

References

O. Čadek et al.: Long-term stability of Enceladus' uneven ice shell, Icarus, 319, 476-484, 2019.
M. Kihoulou: User manual to the MilleFEuiIle code, https://geo.mff.cuni.cz/~kihoulou/mf/MilleFEuiIle_manual.pdf
FEniCS Documentation, https://fenicsproject.org/documentation/
Časopisecká literatura dle doporučení školitele