タイタンの内部のプローブとしての重力大気潮:トンボへの応用

タイタンの内部のプローブとしての重力大気潮:トンボへの応用
2021年11月3日に提出
文脈:土星の巨大な重力はタイタンの大気中に潮流を引き起こし、タイタンの軌道と対流圏の潮風を通る表面圧力変動を引き起こすと予想されます。将来のトンボミッションは、このエキゾチックな気象現象を分析することができます。
目的:土星の潮の流れがタイタンの大気と内部に及ぼす影響を分析し、トンボによる圧力測定がタイタンの内部をどのように制約するかを決定します。
方法:我々は、内部の潮汐応答を含む、分析計算と3D地球気候モデル(IPSL-Titan GCM)で大気潮流をモデル化します。
結果: タイタン内部の愛数は、1 + Re(k2 - h2) ~ 0.02-0.1 および Im(k2 - h2) < 0.04 を確認する必要があると予測しています。したがって、タイタンの内部の変形は、重力大気潮を強く弱め、5〜20時間の位相シフトで、わずか〜5 Paの残留表面圧振幅を生み出す必要があります。潮風は、下側対流圏では3*10^-4 m/sの非常に弱い。最後に、トンボデータからの制約により、k2-h2の実数部と虚数部を、0.01-0.03の精度で推定することが可能になる可能性があります。
結論:トンボによるミッション全体にわたる圧力変動の測定は、タイタンの氷殻の厚さ、および地球物理学モデル、その熱流束、タイタンの内部海洋の密度に貴重な制約を与える可能性があります。

キーワード。 惑星と衛星：個人：タイタン-惑星と衛星：大気-惑星と衛星：内部

図1.動的潮汐の相対振幅（V1 / V0）と位相（ψ）
経度と緯度の関数としてのポテンシャル。 黒十字はトンボの着陸地点を示しています。


図2.関数としての1 + ＜（k2-h2）、=（k2-h2）、および＜（k2）のタイタンの値
氷殻の厚さの対流フラックス（mW / m^2で与えられる）
そしてその内部の海洋密度。 平均海洋密度は1200kg / m^3に固定されました
上部と中央のパネル用。 真ん中の青いエリアと
下のパネルは、1シグマでのカッシーニデータと互換性のある値を示しています（＜（k2）= 0.549-0.683）。


図3.経度と緯度の関数としての潮汐圧力変動（上部パネル）と位相（下部パネル）の振幅（内部なし）
変形（左）と内部変形（右）。 後者は、1 + ＜（k2 − h2）= 0.08および=（k2 − h2）= 0.01で計算されます。 黒十字トンボの着陸地点を示します。


図4.潮汐力と比較した東向き（上）と西向き（左）の津波の大気表面圧力の振幅。
1 + ＜（k2 −h2）= 0.08および=（k2 − h2）= 0.01の内部変形を含む分析計算。


図5.東向きのt = 0での経度と緯度の関数としての潮汐表面圧力、および潮汐帯状、子午線方向、および垂直方向の表面風
波（左）と西向きの波（右）。 1 + ＜（k2 − h2）= 0.08および=（k2 − h2）= 0.01の内部変形を含む分析計算。 記事番号、9/10ページ


図6.経度0◦での圧力変動
緯度0◦Nを計算Titan IPSLGCMを使用します。 上（下）のパネルはの効果を示しています
内部変形のない（ある）重力潮汐。 の場合　内部変形は、1 + ＜（k2 −h2）= 0.08および=（k2 −h2）= 0.01と仮定しました。
熱潮汐はすべてのシミュレーションに含まれていました。 青い線が一番上です
パネルは、比較のために重力潮汐のない圧力変動を示しています。 分析的な潮圧変動は黒で示されています
破線。