Thesis (Selection of subject)Thesis (Selection of subject)(version: 285)
Assignment details
   Login via CAS
Vývoj vnějších slupek ledových měsíců v důsledku termomechanické interakce s podpovrchovými oceány.
Thesis title in Czech: Vývoj vnějších slupek ledových měsíců v důsledku termomechanické interakce s podpovrchovými oceány.
Thesis title in English: Evolution of the outer shells of icy moons resulting from their thermo-mechanical interaction with internal oceans.
Academic year of topic announcement: 2018/2019
Type of assignment: dissertation
Thesis language:
Department: Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK)
Supervisor: RNDr. Ondřej Souček, Ph.D.
Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
Date of registration: 27.09.2018
Date of assignment: 27.09.2018
Confirmed by Study dept. on: 02.10.2018
Advisors: RNDr. Marie Běhounková, Ph.D.
Guidelines
Cílem práce bude tvorba numerických nástrojů pro studium vývoje tvaru a termomechanické evoluce systému ledová slupka - podpovrchový oceán a aplikace těchto nástrojů na studium evoluce vnějších slupek ledových měsíců Saturnu a Jupiteru.

Ledová slupka představuje oblast s volnou hranicí, jejíž evoluce je dána jednak mechanickou deformací materiálu slupky (ledu s případnými příměsemi) a v případě spodního povrchu (kontaktu s oceánem) také procesem tání a namrzání, tedy řešením Stefanova problému. Led může být popsán například zjednodušeným modelem viskózní kapaliny s viskozitou závislou na teplotě, případně na rychlosti deformace. Z matematického pohledu úloha představuje řešení systému parciálních diferenciálních rovnic sestávajícího z bilance energie a Stefanova problému spolu s bilancemi hmoty a hybnosti v přiblížení Stokesova případně Navier-Stokesova problému pro viskózní kapalinu s volným povrchem.
References
Choblet, G., Tobie, G., Sotin, C., Běhounková, M., Čadek, O., Postberg, F. and O. Souček (2017), Powering prolonged hydrothermal activity inside Enceladus, Nature Astronomy, 1, 841–847, https://doi.org/doi:10.1038/s41550-017-0289-8.

Danaila et al. (2014), A Newton method with adaptive finite elements for solving phase-change problems with natural convection, Journal of Computational Physics, 274, 826–840.

Goldsby, D. L., and D. L. Kohlstedt (2001), Superplastic deformation of ice: Experimental observations, J. Geophys. Res., 106(B6), 11017–11030, doi:10.1029/2000JB900336.

Gupta, S.C. (2003), The classical Stefan problem: basic concepts, modelling and analysis. Amsterdam. Elsevier.

Logg, A., Mardal K.A., Wells, G. (2012), Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method. Springer.

Další časopisecká literatura dle doporučení školitele.
Preliminary scope of work
Planetární mise Galileo a Cassini-Huygens naznačily, že v nitrech některých ledových měsíců Jupiteru a Saturnu jsou přítomny podpovrchové oceány, jež by potenciálně mohly hostit primitivní formy života. Otázka habitability těchto oceánů je úzce spojena s porozuměním procesů na jejich hranicích, jedním z klíčových problémů je termomechanická a chemická interakce podpovrchových oceánů a vnějších ledových slupek měsíců. Tato interakce zásadním způsobem ovlivňuje dlouhodobou stabilitu vodních rezervoárů i komplexní termomechanický vývoj ledových slupek, který je dokumentovaný na povrchu měsíců - snímky pořízené planetárními misemi ukazují rozmanitou morfologií s množstvím tektonických útvarů. Vzhledem k omezenému množství dat hrají zásadní roli v interpretaci současných pozorování numerické modely deformace a termochemické evoluce nitra ledových měsíců.

Nedávné studie struktury vnější ledové slupky Saturnova měsíce Enceladu naznačují její značně variabilní tloušťku a výrazné ztenčení u jižního pólu, kde byla dokonce misí Cassini pozorována vodní pluma tryskající z oblasti tektonických zlomů, tzv. "tiger stripes". Numerické studie slapového zahřívání jak ve slupce Enceladu, tak v jeho jádře naznačují možnost vzniku laterální heterogenity tepelného toku na kontaktu slupky a oceánu, jež by mohla být příčinou variací tloušťky slupky. Hlavním cílem práce bude ověření příp. vyvrácení této hypotézy prostřednictvím numerického modelování vývoje tloušťky ledové slupky v důsledku její deformace a termální interakce s podpovrchovým oceánem.
 
Charles University | Information system of Charles University | http://www.cuni.cz/UKEN-329.html