Dynamics of multi layered solid-state convection of ice in the icy body

冰体中冰的多层固态对流动力学

• 批准号: 22K03700
• 负责人: 木村 淳
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03700/
• 关键词: 衛星; 氷; 対流; 進化; 内部構造; 氷天体; 大気; 地形

木星衛星ガニメデなどの巨大氷天体の内部では，深部の岩石核の表面に高圧相の固体氷層が形成し，岩石核からの熱や物質がその上部の地下海や氷殻，さらには希薄大気へ輸送される際の重要な律速過程となる．温度圧力条件に従って多形を成す多相系高圧氷層での熱物質輸送過程を定量的に評価することは，生命材料物質の苗床である岩石層が，その進化の場である地下海や大気表層とどう繋がるかという，氷天体に特有かつ普遍的な課題への新たな知見をもたらす．それに向けて当該年度では，固体相変化を考慮した高圧氷多層系の流体計算モデルの構築と基礎計算を行った．具体的には，２つの高圧氷層が相境界面を挟み上下に成層した構造を２次元直交座標系で模擬する，固相対流の数値モデルを構築した．数多くの先行研究例がある地球マントルの660 km相転移面を考慮した数値モデルを用いてベンチマークを行い，その上でice I-III, III-V, およびV-VIの２層系モデルに対する計算が正しく行われることを確認した．高圧氷層系が持ち得るRayleigh数（105~109）と各相境界の様々なClapeyron勾配，各相間の密度差を様々に組み合わせたケーススタディを行い，流れ場の構造や，熱・物質輸送量を定量的に評価した．結果を国際学会（Japan Geoscience Union Meeting 2022）にて発表したほか，本課題を実証的に調査するための将来氷天体探査について議論する場として，2022年2月20日から22日にかけて，東北大学において惑星圏シンポジウム2023を開催した．

在木星卫星木卫三等巨型冰体内部，深层岩石核心表面形成高压固体冰层，岩石核心的热量和物质被传递到上层地下海洋、冰壳，甚至是薄层岩石。这是运输到大气过程中的一个重要的速率决定过程。定量评估根据温度和压力条件形成多态性的多相高压冰层中的热量和质量传输过程非常重要，因为岩石层是生命物质的苗床，与地下海洋和大气相连，这为冰物体独特而普遍的问题带来了新的知识，例如它们如何与表面层连接。为此，今年我们构建了考虑固相变化的高压冰多层系统流体计算模型，并进行了基础计算。具体来说，我们构建了一种固态流动的数值模型，该模型模拟了一种结构，其中两个高压冰层一层一层地分层，并在二维正交坐标系中具有相边界。我们使用数值模型进行了基准测试，该模型考虑了地幔660公里的相变表面，这在之前的许多研究中都得到了研究，然后对冰I-III、III-V的两层模型进行了计算，以及V-VI。我们确认其执行正确。我们进行了案例研究，其中使用高压冰层系统可以具有的瑞利数（105 至 109）、每个相边界处的各种克拉佩龙梯度以及每个相之间的密度差的各种组合来研究高压冰层系统的结构。流场以及热量和质量传输进行了定量评估。除了在国际学术会议（2022年日本地球科学联盟会议）上展示成果外，我们还将于2022年2月20日至22日在东北大学举行会议，讨论未来对冰冷天体的探索，以实证研究这一问题2023 年行星圈研讨会在 举行。

项目成果

The Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE): development of the FM receiver modules in Japan and project status

用于木星冰卫星探测器 (JUICE) 的木卫三激光高度计 (GALA)：日本 FM 接收器模块的开发和项目状态

• 发表时间: 2022
• 作者: Keigo Enya; Masanori Kobayashi; Jun Kimura; Hiroshi Araki; Noriyuki Namiki; Hirotomo Noda; Shoko Oshigami; Ko Ishibashi; Kazuyuki Touhara; Yoshifumi Saito; Kay Lingenauber; Reinald Kallenbach; Hauke Hussmann
• 通讯作者: Hauke Hussmann

Titan's seismology with Dragonfly Geophysical and Meteological package

泰坦的地震学与 Dragonfly 地球物理和气象包

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroaki Shiraishi; Satoshi Tanaka; Taichi Kawamura; Takefumi Mitani; Hideki Murakami; Ryuhei Yamada; Shunichi Kamata; Jun Kimura; Hiroyuki Kurokawa; Kiwamu Nishida; Yasuhito Sekine; Takeshi Tsuji; Keisuke Onodera; Ralph Lorenz
• 通讯作者: Ralph Lorenz

氷天体内部の多相固体氷層の対流ダイナミクス

冰物体内部多相固体冰层的对流动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村淳;有田直哉
• 通讯作者: 有田直哉