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

Abstract

Enceladus is one of the icy moons of the planet Saturn and one of the objects in the solar system where liquid water is known to exist. It is also one of the best-studied icy bodies in the solar system. One of the unique aspects of Enceladus is that its ice shell thickness varies significantly. This variation is closely related to the heat flux coming from the ocean. The goal of this thesis was to numerically determine the heat flux from the ocean and compute the stress on the moon's surface using the finite-element method implemented in FEniCS software. The computations were performed in two-dimensional spherical axisymmetric geometry, assuming that the shape of the ice shell is stable and the ice behaves like a viscous fluid. The results show that the maximum latitudinal stress is around 40 kPa in the area of the South Pole. Latitudinal stresses within the ice shell are compressive at the poles and extensional at the equator. In contrast, the longitudinal direction is characterized by compressive stress across nearly all latitudes. The heat flux from the ocean is highest at the South Pole, where it can reach more than 70 mW m−2 . The results suggest that a significant heat flux from the ocean is required to maintain the shape of the ice shell at the South Pole, where it is thinnest. Additionally, the...

Enceladus je ledový měsíc planety Saturn a jeden z objektů ve Sluneční soustavě s výskytem kapalné vody. Patří mezi nejlépe prozkoumaná ledová tělesa ve vesmíru. Je unikátní výraznými variacemi tloušťky ledové slupky, souvisejícími s tepelným tokem z oceánu. Cílem této práce bylo numericky určit tepelný tok z oceánu a vypočítat napětí na povrchu měsíce pomocí metody konečných prvků implementované v softwaru FEniCS. Výpočty byly provedeny ve 2D axisymetrické geometrii za předpokladu stability tvaru ledové slupky a viskózního chování ledu. Výsledky ukazují, že napětí v latitudinálním směru dosahuje maxima okolo 40 kPa v oblasti jižního pólu. Ledová slupka je v lati- tudinálním směru v polárních oblastech v kompresi a na rovníku v extenzi, zatímco v longitudinálním směru je v kompresi téměř ve všech zeměpisných šířkách. Tepelný tok z oceánu je nejvyšší právě na jižním pólu, kde může přesáhnout 70 mW m−2 . Tyto výsledky naznačují, že pro udržení stabilního tvaru ledové slupky je v oblasti jižního pólu nezbytný výrazný tepelný tok z oceánu. Zároveň ukazují, že je jižní pól v kompresi, což je vzhledem k přítomnosti gejzírů překvapivé.