Projektbeschreibung
Neue Modelle für ein besseres Verständnis planetarischer Kernflüsse
Viele Planeten und ihre Monde sind in ihren Kernen teilweise oder vollständig flüssig. All diese unter der Oberfläche schwappenden Flüssigkeiten haben wichtige Auswirkungen auf das Verhalten und die Eigenschaften der Planeten und ihrer Monde, einschließlich ihrer Magnetfelder und Rotationen. Das EU-finanzierte Projekt THEIA nutzt ein experimentelles Modellsystem, eine riesige drehscheibenartige Struktur, um turbulente Strömungen unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Durch die Skalierung der resultierenden numerischen Modelle auf die Größe von Planeten hoffen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die Rolle nicht-sphärischer Topographien bei der Modulation der Auswirkungen des Flüssigkeitsstromes auf Magnetfelder und Rotation aufzuklären. Im Projekt werden ein innovativer theoretischer Ansatz und numerische Simulationen unter Verwendung des schnellsten Dynamo-Codes entwickelt. Das Projekt stützt sich auf drei gut dokumentierte geophysikalische Beobachtungen innerhalb des Erde-Mond-Systems: Energiedissipation im flüssigen Erdkern, Energiedissipation im flüssigen Mondkern und Magnetfeld des frühen Mondes.
Ziel
Understanding planetary core flows is crucial as they generate planetary magnetic fields and modify planetary rotation. However, their study is an outstanding challenge involving geomagnetism, geodesy and fluid mechanics. Notably, present models fail to explain two puzzling observations. First, geodesy constrains the Earth and Moon core dissipations to values exceeding those of current theoretical models. Second, lunar paleomagnetism gives an early Moon magnetic field too intense for the current planetary dynamo paradigm, based on convection.
My project tackles these issues by going beyond the present planetary core simulations, performed in exact spheres. Planetary core boundaries are actually not spherical, being affected by large-scale and small-scale deformations. This topography, although advocated for a long time to play a role for the core dynamics, has been largely overlooked in core flow models.
I propose to investigate topographic effects in planetary fluid cores by combining theory, numerics and experiments. Using the largest turntable worldwide, I will build an experiment to study the dissipation of turbulent flows in the presence of rotation, density variations and topography. Building upon my recent advances in applied mathematics, I will develop new numerical models keeping only the relevant topographic effects. Using efficient spectral methods, I will reach unprecedented parameters, closer to planetary ones. Developing scaling laws, I will assess how planetary core dissipations and magnetic fields are modified by topographic effects. Beyond the Earth-Moon system, my models will also apply to fluid layers of other bodies, such as the subsurface oceans of the Jupiter icy moons, studied by future spatial missions (JUICE, Europa Clipper). This project is especially timely as the liquid core of Mars is studied by the on-going spatial mission InSight.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich