НОВЫЕ МОДЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ВЕНЕРЫ

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.