Descripción del proyecto
Nuevos modelos para comprender los flujos del núcleo planetario
Muchos planetas y sus lunas tienen un núcleo parcial o completamente líquido. Todo este líquido subsuperficial chapoteante tiene un impacto importante sobre el comportamiento y las características de los planetas y sus lunas, lo que incluye sus campos magnéticos y rotaciones. El proyecto financiado con fondos europeos THEIA utiliza un sistema de modelo experimental, una estructura gigante similar a un plato giratorio, para estudiar los flujos de turbulencias en diversas condiciones. Mediante la variación de la escala de los modelos numéricos resultantes hasta el tamaño de los planetas, los científicos esperan elucidar el papel de las topografías no esféricas en la modulación de los efectos del flujo de fluidos sobre los campos magnéticos y la rotación. El proyecto está desarrollando un innovador enfoque teórico y simulaciones numéricas utilizando el código Dynamo más rápido. El proyecto se basa en tres observaciones geofísicas bien documentadas del sistema Tierra-Luna: disipación de energía en el núcleo líquido de la Tierra, disipación de energía en el núcleo líquido lunar y campo magnético de la Luna Temprana.
Objetivo
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.
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
75794 Paris
Francia