Подал: Оливеира Аморим Даржилан (очно)
Авторы
Аморим Д.О. (1), Гудкова Т.В. (2)
Организации
(1) МФТИ
(2) ИФЗ РАН
(2) ИФЗ РАН
Секция
Исследование планет
Подсекция
ВЕНЕРА
Научный руководитель
Тамара Васильевна Гудкова
Место работы научного руководителя
ИФЗ РАН
Текст тезисов
Венеру когда-то называли планетой близнецом Земли в связи со сходством этих планет по массе и радиусу. Однако у Венеры обнаружился ряд особенностей, из-за которых планета лишилась такого звания, например, отсутствие собственного магнитного поля, отсутствие тектоники плит и присутствие плотной атмосферы вулканического происхождения. Все эти отличия между Землей и Венерой тесно связаны с условиями и процессами в их недрах, и поэтому исследование внутреннего строения Венеры является важной задачей в области планетной геофизики.
Данная работа является продолжением [1]. На основе модели Земли PREM [2], построены сотни моделей внутреннего строения Венеры, отличающиеся радиусом и плотностью ядра, плотностью мантии, распределением вязкости в недрах и значениями параметров в реологической модели Андраде.
Во всех моделях значения давления в самом центре Венеры не достигают значения давления на границе внутреннего ядра Земли. Это указывает на то, что если состав ядра Венеры близок к составу земного ядра, то у Венеры твёрдого внутреннего ядра не может быть и ядро находится полностью в жидком состоянии. Это, вместе с медленной скоростью вращения планеты вокруг своей оси, может служить объяснением отсутствия её собственного магнитного поля.
Правдоподобие каждой модели оценивается на основе двух единственных измеренных геофизических параметров Венеры — момент инерции [3] и приливное число Лява [4]. Они пока измерены с невысокой точностью, но с целью их уточнения и измерения других параметров, разрабатываются миссии по исследованию Венеры: проект Роскосмоса — Венера-Д, проект Европейского космического агентства - EnVision и проект NASA – VERITAS.
Расчёты показывают, что “наиболее земплеподобными” являются модели с радиусом ядра в интервале от 3050 км до 3300 км, а сравнение значений момента инерции наших модельных планет с измеренным 0.337 ± 0.024 [3] позволяет заключить, что эти же модели и являются более вероятными. Однако здесь следует отметить, что момент инерции измерен с очень низкой точностью и необходимо использовать ещё один критерий — приливное число Лява [4].
В [5] нами был изложен алгоритм расчёта числа Лява который используется в этой работе. Единственное изменение алгоритма в случае Венеры связано с тем, что в данной работе мы учитываем влияние её плотной атмосферы на приливную деформацию планеты. Мы получили, что эта поправка уменьшает числа Лява примерно на 3%, что достаточно значимо.
При расчёте числа Лява неупругость в недрах учитывается с помощью реологии Андраде [5]. Она зависит от частоты приливного воздействия χ и от вязкости среды η и задаёт закон преобразования упругого модуля сдвига μ в комплексную величину. Вязкость в недрах Венеры неизвестна, поэтому построены пробные распределения вязкости на основе современных моделей Земли.
Реология Андраде также зависит от двух эмпирических параметров – α и ζ, которые неизвестны для мантийных минералов в условиях высоких давлений и температур. Для разрешения этой проблемы, мы в [5] провели “калибровку” реологического уравнения на Земле. Числа Лява Земли были вычислены при тысячах разных комбинациях параметров Андраде и, сравнение модельных значений с наблюдаемыми позволило определить какие интервалы α и ζ подходят для описания планетных недр. Эти же интервалы применяются в наших моделях Венеры.
Совместный анализ полученных значений k2 и момента инерции позволяет заключить, что наиболее вероятны модели с радиусом ядра в интервале от 3100 км до 3450 км.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23- 22-00074, https://rscf.ru/project/23-22-00074.
Список литературы:
1.Amorim, D. O., and T. V. Gudkova. "Internal Structure of Venus Based on the PREM Model." Solar System Research 57.5 (2023): 414-425.
2.Dziewonski, Adam M., and Don L. Anderson. "Preliminary reference Earth model." Physics of the earth and planetary interiors 25.4 (1981): 297-356.
3.Margot, Jean-Luc, et al. "Spin state and moment of inertia of Venus." Nature Astronomy 5.7 (2021): 676-683.
4.Konopliv, A. S., and C. F. Yoder. "Venusian k2 tidal Love number from Magellan and PVO tracking data." Geophysical research letters 23.14 (1996): 1857-1860.
5.Amorim, Dargilan Oliveira, and Tamara Gudkova. "Constraining Earth's mantle rheology with Love and Shida numbers at the M2 tidal frequency." Physics of the Earth and Planetary Interiors 347 (2024): 107144.
Данная работа является продолжением [1]. На основе модели Земли PREM [2], построены сотни моделей внутреннего строения Венеры, отличающиеся радиусом и плотностью ядра, плотностью мантии, распределением вязкости в недрах и значениями параметров в реологической модели Андраде.
Во всех моделях значения давления в самом центре Венеры не достигают значения давления на границе внутреннего ядра Земли. Это указывает на то, что если состав ядра Венеры близок к составу земного ядра, то у Венеры твёрдого внутреннего ядра не может быть и ядро находится полностью в жидком состоянии. Это, вместе с медленной скоростью вращения планеты вокруг своей оси, может служить объяснением отсутствия её собственного магнитного поля.
Правдоподобие каждой модели оценивается на основе двух единственных измеренных геофизических параметров Венеры — момент инерции [3] и приливное число Лява [4]. Они пока измерены с невысокой точностью, но с целью их уточнения и измерения других параметров, разрабатываются миссии по исследованию Венеры: проект Роскосмоса — Венера-Д, проект Европейского космического агентства - EnVision и проект NASA – VERITAS.
Расчёты показывают, что “наиболее земплеподобными” являются модели с радиусом ядра в интервале от 3050 км до 3300 км, а сравнение значений момента инерции наших модельных планет с измеренным 0.337 ± 0.024 [3] позволяет заключить, что эти же модели и являются более вероятными. Однако здесь следует отметить, что момент инерции измерен с очень низкой точностью и необходимо использовать ещё один критерий — приливное число Лява [4].
В [5] нами был изложен алгоритм расчёта числа Лява который используется в этой работе. Единственное изменение алгоритма в случае Венеры связано с тем, что в данной работе мы учитываем влияние её плотной атмосферы на приливную деформацию планеты. Мы получили, что эта поправка уменьшает числа Лява примерно на 3%, что достаточно значимо.
При расчёте числа Лява неупругость в недрах учитывается с помощью реологии Андраде [5]. Она зависит от частоты приливного воздействия χ и от вязкости среды η и задаёт закон преобразования упругого модуля сдвига μ в комплексную величину. Вязкость в недрах Венеры неизвестна, поэтому построены пробные распределения вязкости на основе современных моделей Земли.
Реология Андраде также зависит от двух эмпирических параметров – α и ζ, которые неизвестны для мантийных минералов в условиях высоких давлений и температур. Для разрешения этой проблемы, мы в [5] провели “калибровку” реологического уравнения на Земле. Числа Лява Земли были вычислены при тысячах разных комбинациях параметров Андраде и, сравнение модельных значений с наблюдаемыми позволило определить какие интервалы α и ζ подходят для описания планетных недр. Эти же интервалы применяются в наших моделях Венеры.
Совместный анализ полученных значений k2 и момента инерции позволяет заключить, что наиболее вероятны модели с радиусом ядра в интервале от 3100 км до 3450 км.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23- 22-00074, https://rscf.ru/project/23-22-00074.
Список литературы:
1.Amorim, D. O., and T. V. Gudkova. "Internal Structure of Venus Based on the PREM Model." Solar System Research 57.5 (2023): 414-425.
2.Dziewonski, Adam M., and Don L. Anderson. "Preliminary reference Earth model." Physics of the earth and planetary interiors 25.4 (1981): 297-356.
3.Margot, Jean-Luc, et al. "Spin state and moment of inertia of Venus." Nature Astronomy 5.7 (2021): 676-683.
4.Konopliv, A. S., and C. F. Yoder. "Venusian k2 tidal Love number from Magellan and PVO tracking data." Geophysical research letters 23.14 (1996): 1857-1860.
5.Amorim, Dargilan Oliveira, and Tamara Gudkova. "Constraining Earth's mantle rheology with Love and Shida numbers at the M2 tidal frequency." Physics of the Earth and Planetary Interiors 347 (2024): 107144.