Vliv podpovrchového oceánu na přenos tepla v nitru ledového měsíce
| Thesis title in Czech: | Vliv podpovrchového oceánu na přenos tepla v nitru ledového měsíce |
|---|---|
| Thesis title in English: | The effect of a subsurface ocean on the heat transfer in an icy moon |
| Key words: | ledové měsíce, Boussinesquova aproximace, rotující konvekce |
| English key words: | icy moons, Boussinesq approximation, rotating convection |
| Academic year of topic announcement: | 2017/2018 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | čeština |
| Department: | Department of Geophysics (32-KG) |
| Supervisor: | prof. RNDr. Ondřej Čadek, CSc. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 16.02.2018 |
| Date of assignment: | 16.02.2018 |
| Confirmed by Study dept. on: | 23.02.2018 |
| Date and time of defence: | 04.02.2020 08:00 |
| Date of electronic submission: | 06.01.2020 |
| Date of submission of printed version: | 06.01.2020 |
| Date of proceeded defence: | 04.02.2020 |
| Opponents: | doc. RNDr. Ondřej Souček, Ph.D. |
| Guidelines |
| Širší kontext: Nitra ledových objektů ve sluneční soustavě jsou nepřístupná přímým pozorováním a o tom, co se děje pod jejich povrchem, se můžeme dovídat pouze na základě měření jejich tvaru a variací gravitačního pole v jejich okolí. Kvorka et al. (Icarus 2018) ukázali, že pokud se pod ledovou slupkou nachází vodní oceán, pak obě měřené veličiny souvisí s fázovými přechody, k nimž dochází na rozhraní mezi ledovou slupkou a oceánem, přičemž pozorovaná topografie ledového tělesa odráží jednak variace normálové složky tepelného toku na povrchu oceánu a jednak rozložení teploty uvnitř ledové slupky a její materiálové vlastnosti. Teplo, které způsobuje deformaci ledové slupky, vzniká v silikátovém jádře a na své cestě k povrchu je usměrňováno prouděním v oceánu, které má tendenci tepelný tok z jádra homogenizovat a současně geometricky organizovat prostřednictvím Coriolisova efektu. Pro pochopení termálního stavu ledového měsíce je tedy nezbytné porozumět proudění v podpovrchovém oceánu. Tato úloha je netriviální a nebyla dosud uspokojivě řešena. Zkušenosti z modelování oceánu na Zemi lze převzít pouze částečně, neboť pozemský oceán je mnohem mělčí a proudění v něm je poháněno jinými mechanismy než na ledových měsících.
Rámcové pokyny pro vypracování: Jedná o obtížný problém, ke kterému bude student muset přistoupit značně tvořivě a zvážit různé přístupy. Jednou z důležitých úloh řešených v souvislosti s ledovými měsíci je přenos tepla z "horkých skvrn" na dně oceánu k povrchu. Pokud by student pro tento případ získal rozumný odhad (například použitím modelu tenké vodní vrstvy), mohl by se pokusit o vytvoření globálního modelu měsíce s jádrem, oceánem a ledovou slupkou, a navázat tak na svou úspěšnou bakalářskou práci. Obecně však úloha vede na modelování termální konvekce v 3d rotující kulové vodní vrstvě. Je pravděpodobné, že se druhou úlohu nepodaří vyřešit pro realistické parametry oceánu, ale student by se mohl pokusit vytvořit model srovnatelný s modely publikovanými v literatuře (např. Soderlund et al., Nat. Geophys. 2013). V prvním kroku použije k řešení příslušných rovnic spektrální metodu, kterou si osvojil již při řešení bakalářského projektu, a později případně zváží použití jiné numerické metody, např. metody konečných objemů. Inspiraci pro správnou volbu časově integračního schématu nalezne zejména v literatuře věnované magnetohydrodynamickým simulacím a 3d modelům oceánského proudění na Zemi. |
| References |
| U.R. Christensen, J. Wicht: Numerical Dynamo Simulations, Treatise of Geophysics 8.08, Elsevier 2007.
Časopisecká literatura podle doporučení školitele |