Dynamics of the Earth, planets and exoplanets: Applications of numerical modelling to the geomagnetic field, planetary dynamos and planetary atmospheres

地球、行星和系外行星的动力学:数值模拟在地磁场、行星发电机和行星大气中的应用

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-05387
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The evolution and dynamics of planetary bodies are governed by heat flow, fluid motions in the presence of planetary rotation, and electromagnetism where the electrical conductivity is sufficiently high. I propose to carry out research in three main areas of planetary fluid dynamics, addressing a range of fundamental questions for terrestrial and giant planets: dynamics of the terrestrial planet dynamos (Mercury, Earth and early Mars), focussing on Earth's core and evolution of its magnetic field over multiple timescales; interaction of vortices, zonal flows, and the deeper dynamos of Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune; and interaction of zonal flow and dynamo action in extrasolar planets, with focus on Jupiter-sized bodies in orbits relatively close to their parent star. This research program involves theoretical and numerical modelling of deep flow and convection, and generation of global magnetic fields. Our ongoing goal is to advance understanding and solve current scientific problems in Earth and planetary dynamics. This has resulted in major papers published in a diversity of journals such as Nature, Nature Geoscience, Geophysical Research Letters, Astrophysical Journal, and others, that advance the understanding of the dynamical evolution of several of the solar system planets, particularly Mercury, Earth, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, as well as exoplanets. Much of this research program benefits from collaborations with local and global partners: 1. Dynamics of Planetary Interiors. Primary collaborators and institutes: Computational Infrastructure for Geodynamics (CIG), Professor Jonathan Aurnou at UCLA, USA, Professor Johannes Wicht at the MPI for Solar System research, Germany, and Thomas Gastine at the Institute de Physique du Globe, in France. These collaborations involve theoretical and numerical modelling of fluid dynamics and magnetohydrodynamics applied to planetary atmospheres and interiors. Applications include the generation of Mercury's global magnetic field via dynamo action, and the dynamical relationship between zonal flows and deeper dynamos in giant planets. 2. Collaboration with Michael (Ted) Evans (U of A) and Lauri Pesonen (Helsinki) combines 3D numerical models of the geodynamo with observations of the Earth's magnetic field over various timescales. We use observational data sets, which include a variety of sources such as satellite data, navigational and other historical measurements, archeomagnetic and lake bed sedimentary data. For longer term observations we use paleomagnetic data. 3. All of these projects are supported by NSERC and by Compute Canada, which provides the use of shared and distributed memory supercomputers. The collaboration with CIG and Jonathan Aurnou is additionally supported by the USA Argonne National Laboratory computing facility.
行星体的演变和动力学受热流,行星旋转存在的流体运动以及电导率足够高的电磁作用的控制。我建议在行星流体动力学的三个主要领域进行研究,以解决一系列针对陆地和巨型行星的基本问题:陆地行星发电机的动力学(汞,地球和早期火星),重点关注地球的核心和其磁场在多个时标的磁场的进化;涡流,区域流动以及木星,土星,天王星和海王星的更深的发电机的相互作用;以及纬向流动和发电机作用在极性行星中的相互作用,重点是相对接近其母恒星的轨道中的木星大小的物体。该研究计划涉及深水和对流的理论和数值建模以及全球磁场的产生。我们持续的目标是提高理解和解决地球和行星动态中当前的科学问题。这导致了主要论文发表在各种期刊上,例如自然,地球科学,地球物理研究信,天体物理学期刊等,这些论文促进了人们对几个太阳系行星的动态演变的理解,尤其是水星,地球,木星,木星,土星,土星,尿素和exoplanets。 该研究计划的大部分受益于与本地和全球合作伙伴的合作:1。行星内饰动态。主要合作者和机构:地球动力学的计算基础设施(CIG),美国加州大学洛杉矶分校的Jonathan Aurnou教授,德国太阳系研究MPI的Johannes Wicht教授,德国太阳能系统研究和托马斯·加斯汀(Thomas Gastine),在法国的Du Globe研究所。这些合作涉及将流体动力学以及应用于行星气氛和内部的磁性水力动力学的理论和数值建模。应用包括通过发电机动作产生汞的全局磁场,以及巨型行星中纬向流和更深的发电机之间的动力学关系。 2。与Michael(TED)Evans(A)和Lauri Pesonen(Helsinki)合作,将Geodynamo的3D数值模型与在各个时间标准中观察到地球磁场的3D数字模型。我们使用观察数据集,其中包括各种来源,例如卫星数据,导航和其他历史测量,考古磁性和湖床沉积数据。对于长期观察,我们使用古磁数据。 3。所有这些项目均由NSERC和Compute Canada的支持,该项目提供了共享和分布式内存超级计算机的使用。与CIG和Jonathan Aurnou的合作还得到了美国Argonne国家实验室计算设施的支持。

项目成果

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Convective heat transfer and the pattern of thermal emission on the gas giants
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  • 影响因子:
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    Aurnou, Jonathan;Heimpel, Moritz;Wicht, Johannes
  • 通讯作者:
    Wicht, Johannes
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 批准号:
    RGPIN-2017-05387
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 1.6万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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    RGPIN-2017-05387
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    $ 1.6万
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