Землеподобные модели внутреннего строения Венеры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе модели Земли PREM построены более тысячи моделей внутреннего строения Венеры, отличающихся радиусом и плотностью ядра, плотностью мантии, распределением вязкости и реологией. Радиус ядра варьируется в интервале от 2800 км до 3600 км, плотность в мантии и в ядре меняется в пределах нескольких процентов от значений модели PREM. При расчете приливных чисел Лява для учета неупругости мантии применяется реология Андраде. Используются именно те значения параметров реологической модели Андраде, которые наилучшим образом описывают приливную деформацию Земли. Это заметно снижает погрешность при вычислении чисел Лява. Показано, что у Венеры может быть внутреннее твердое ядро только в том случае, если состав планеты сильно отличается от земного. Сравнение наблюдаемых значений момента инерции и приливного числа Лява k2 с модельными величинами позволило заключить, что радиус ядра Венеры с большой вероятностью находится в интервале 3288±167 км.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

D. O. Amorim

Московский физико-технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: amorim.dargilan@gmail.com
Россия, Москва

Т. В. Гудкова

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: gudkova@ifz.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Гудкова Т.В., Жарков В.Н. Модели внутреннего строения землеподобной Венеры // Астрон. вестн. 2020. Т. 54. № 1. С. 24–32. (GudkovaT.V., ZharkovV.N. Model soft he Internal Structure of the Earth-likeVenus // Sol.Syst.Res. 2020. V. 54. № 1. P. 20–27.)
  2. ЖарковВ.Н., Засурский И.Я. Физическая модель Венеры// Астрон. вестн. 1982. Т.16. С. 18–28. (ZharkovV.N., Zasurskii I.Ya. 1982. A physical model of Venus // Sol. Syst. Res. 1982.V. 16. P. 14–22.)
  3. Козловская С.В. Внутреннее строение Венеры и содержание железа в планетах земной группы // Астрон. вестн. 1982. Т. 16. № 1. С. 3–17. (Kozlovskaya S.V. The internal structure of Venus and the iron content intheterrestrialplanets // Sol. Syst. Res.1982. V. 16.№ 1. P. 1–14.)
  4. Aitta A. Venus' internal structure, temperature and core composition// Icarus. 2012. V. 218. P. 967–974.
  5. Alterman Z., Jarosch H., Pekeris C.L. Oscillations of the Earth // Proc. Roy. Soc. London. Ser. A. Mathematical and Phys. Sci. 1959. V. 252 (1268). P. 80–95.
  6. Amorim D.O., Гудкова Т.В. Внутреннее строение Венеры на основе модели PREM // Астрон. вестн. 2023. Т. 57. № 5. С. 403–414. (AmorimD.O., Gudkova T.V. Internal structure of Venus based on the PREM model // Sol. Syst. Res. 2023. V. 57. № 5.P. 414–425.)
  7. Amorim D.O., Gudkova T. Constraining Earth's mantle rheology with Love and Shida numbers at the M2 tidal frequency // Phys. Earth and Planet. Interiors. 2024. V. 347. Id. 107144.
  8. Cascioli G., Hensley S., De Marchi F., Breuer D., Durante D., Racioppa P., Iess L., Mazarico E., Smrekar S.E. The determination of the rotational state and interior structure of Venus with VERITAS // Planet. Sci. J. 2021. V. 2. P. 220–231.
  9. Castillo-Rogez J.C., Efroimsky M., Lainey V. The tidal history of Iapetus: Spin dynamics in the light of a refined dissipation model // J. Geophys. Res: Planets. 2011. V. 116. Id. E09008.
  10. Dorogokupets P.I., Dymshits A., Litasov K.D., Sokolova T.S. Thermodynamics and equations of state of iron to 350 GPa and 6000 K // Scientific reports. 2017. V.7(1). Id. 41863.
  11. Dumoulin C., Tobie G., Verhoeven O., Rambaux N. Tidal constraints on the interior of Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 2017. V. 122 (6). P. 1338–1352.
  12. Dziewonski A.M., Hales A.L., Lapwond E.R. Parametrically simple Earth models consistent with geophysical data // Phys. Earth and Planet. Interiors.1975. V. 10. P. 12–48.
  13. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference Earth model// Phys. Earth and Planet.Interiors.1981. V. 25(4). P. 297–356.
  14. Efroimsky M. Tidal dissipation compared to seismic dissipation: In small bodies, Earths, and super-Earths// Astrophys. J. 2012. V. 746(2). Id. 150.
  15. Jackson I., Fitz Gerald J.D., Faul U.H., Tan B.H. Grain‐size‐sensitive seismic wave attenuation in polycrystalline olivine //J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2002. V. 107 (B12). Id. ECV-5.
  16. James P.B., Zuber M.T., Phillips R.J. Crustal thickness and support of topography on Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 2013. V. 118(4). P. 859–875.
  17. Jiménez-Díaz A., Ruiz J., Kirby J.F., Romeo I., Tejero R., Capote R. Lithopsheric structure of Venus from gravity and topography // Icarus. 2015. V. 260. P. 215–231.
  18. Konopliv A.S., Yoder C.F. Venusian k 2 tidal Love number from Magellan and PRO tracking data // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23 (14). P. 1857–1860.
  19. Margot J.-L., Campbell D.B., Giorgini J.D., Jao J.S., Snedeker L.G., Ghigo F.D., Bonsall A. Spin state and moment of inertia of Venus // Nature Astron. 2021. V. 5(7). P. 676–683.
  20. Michel A., Boy J.P. Viscoelastic Love numbers and long-period geophysical effects // Geophys. J. Internat. 2022. V. 228 (2). P. 1191–1212.
  21. Rosenblatt P., Dumoulin C., Marty J.-C., Genova A. Determination of Venus’ interior structure with EnVision // Remote Sens. 2021. V. 13. Id. 1624.
  22. O'Neill C. End‐member Venusian core scenarios: Does Venus have an inner core? // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48 (17). Id. e2021GL095499.
  23. Petricca F., Genova A., Goossens S., Iess L., Spada G. Constraining the internal structures of Venus and Mars from the gravity response to atmospheric loading // Planet. Sci. J. 2022. V. 3(7). Id. 164.
  24. Saito M. Some problems of static deformation of the Earth // J. Phys. Earth. 1974. V. 22(1). P. 123–140.
  25. Saliby C., Fienga A., Briaud A., Memin A., Herrera C. Viscosity contrasts in the Venus mantle from tidal deformations // Planet. and Space Sci. 2023. V. 231. Id. 105677.
  26. Smrekar S.E., Davaille A., Sotin C. Venus interior structure and dynamics // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. P. 1–34.
  27. Steinberger B., Werner S., Torsvik T. Deep versus shallow origin of gravity anomalies, topography and volcanism on Earth, Venus and Mars //Icarus. 2010. V. 207.P. 564–577.
  28. Taylor F.W. The atmospheres of the terrestrial planets // Geophys. Surv. 1985. V. 7(4). P. 385–408.
  29. Virtanen P., Gommers R., Oliphant T.E., Haberland M., Reddy T., Cournapeau D., Burovski E., Peterson P., Weckesser W., Bright J., and 24 co-authors. SciPy 1.0: fundamental algorithms for scientific computing in Python // Nature Meth. 2020. V.17(3). P. 261–272.
  30. Xiao C., Li F., Yan J., Gregoire M., Hao W., Harada Y., Ye M., Barriot J.-P. Possible deep structure and composition of Venus with respect to the currentknowledge from geodetic data // J. Geophys. Res.: Planets. 2021. V. 126(7). Id. e2019JE006243.
  31. Yang A., Huang J., Wei D. Separation of dynamic and isostatic components of the venusian gravity and topography and determination of the crustal thickness of Venus // Planet. and Space. Sci. 2016. V. 129. P. 24–31.
  32. Zhou T., Tarduno J.A., Nimmo F., Cottrell R.D., Bono R.K., Ibanez-Mejia M., Huang W., Hamilton M., Kodama K., Smirnov A.B., Crummins B., Padgett III F. Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure // Nature Commun. 2022. V. 13(1). Id. 4161.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Для трех моделей Венеры приведены зависимости: (а) – плотности от глубины; (б) – плотности от давления; (в) –модуля сдвига от глубины; (г) – модуля сжатия от глубины. Рассмотрены следующие модели Венеры: с землеподобной структурой (Rc = 3200 км, B = 1), с небольшим и легким ядром (Rc = 2800 км, B = 0.98), с большим и плотным ядром (Rc = 3600 км, B = 1.02).

Скачать (300KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Значения параметра А для набора моделей внутреннего строения Венеры. Штриховые линии выделяют землеподобные модели c А в интервале от 0.98 до 1.02. Модели с A = 1 соответствуют планете с плотностью мантии как в PREM.

Скачать (125KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Значения давления в центре Венеры для набора моделей внутреннего строения. Штриховая линия показывает значение давления на границе внутреннего ядра Земли (граница ВЯЗ).

Скачать (117KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Значения момента инерции для построенных моделей внутреннего строения Венеры. Штриховые линии выделяют интервал 0.337 ± 0.024 (Margot и др., 2021), синяя сплошная линия – момент инерции Земли.

Скачать (129KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Значения действительной части приливного числа Лява k2 для моделей Венеры в зависимости от радиуса ядра для предельных моделей вязкости: (а) – МНВ; (б) – МВВ. Штриховые линии выделяют интервал наблюдаемого значения 0.295 ± 0.066 (2σ) из (Konopliv, Yoder, 1996). Цветными треугольниками изображены значения k2 для некоторых моделей с конкретными комбинациями B, ζ и α.

Скачать (171KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Значения действительной части приливного числа Лява k2 построенных моделей Венеры в зависимости от радиуса ядра. Для каждого значения Rc, имеется интервал k2, который получается при варьировании вязкости, B, α и ζ в обсуждаемых в тексте пределах. Штриховые линии выделяют интервал наблюдаемого значения 0.295 ± 0.066 (2σ) из (Konopliv, Yoder, 1996). Цветные точки показывают значения k2 конкретных моделей.

Скачать (121KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Все рассчитанные модели внутреннего строения Венеры на плоскости I × k2. Пересечение штриховых линий указывает на центральные значения I = 0.337и k2 = 0.295. Цветные линии – линии уровня функции вероятности по формуле (10).

Скачать (132KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Модели с конкретными значениями радиуса ядра на плоскости I × k2. Пересечение штриховых линий указывает на центральные значения I = 0.337 и k2 = 0.295. Показаны линии уровня функции вероятности, как на рис. 7.

Скачать (112KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Вероятность каждого значения радиуса ядра Венеры. Наивысшую вероятность имеют модели с Rc = 3300 км. Если приблизить точки с P > 0.3 нормальным распределением (штриховая линия), Rc = 3288 ± 167 км.

Скачать (117KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Значения приливного сдвига фазы ε для всех рассчитанных моделей. Модели с низкой вязкостью имеют большие значения сдвига фазы, а модели с высокой вязкостью – маленькие ε.

Скачать (147KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Значения приливного числа Лява h2 для всех рассчитанных моделей.

Скачать (105KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024