サイズが異なるため、エウロパとエンケラドスの氷の殻の形状が異なる：海洋熱輸送の影響

コアと海洋の潮汐加熱で発生した熱が海洋の対流により氷殻に伝わり氷が溶けたり宇宙に放熱されたりする。氷の厚さは半径が大きいエウロパのほうが均一に近くなる。以下、機械翻訳。
サイズが異なるため、エウロパとエンケラドスの氷の殻の形状が異なる：海洋熱輸送の影響

氷の世界では、氷の殻と地下の海洋が結合したシステムを形成します。氷の厚さの勾配によって引き起こされる氷の殻からの熱と塩分のフラックスが海洋の循環を促進し、次に、海洋の循環による熱輸送が氷の殻を形成します。 。したがって、海洋熱輸送（OHT）の効率の軌道パラメータへの依存性を理解することで、直接観測が可能になる前に氷殻の形状を予測できるようになり、ミッション設計に役立つ情報が得られます。傾圧乱気流に関するこれまでの研究に触発されて、私は最初に氷の地形によって駆動される氷の衛星のOHTのスケーリング則を導き出し、次にそれらを高解像度の3D数値シミュレーションに対して検証します。スケーリング則を使用して、そうすれば、氷の殻が熱収支に近いはずだということを知って、平衡氷の厚さの変化を予測することができます。小さな氷の衛星（例、エンケラドゥス）の氷の殻は、氷の極域で増幅された潮汐散逸によって引き起こされる赤道と極の間に強い厚さの変動を生じる可能性があります。カリストなど）は、効率的なOHTのスムージング効果によりフラットになる傾向があります。これらの予測は、エンケラドスとエウロパでシミュレートされたさまざまな氷の進化経路によって明らかになります。これは、氷の散逸、伝導熱損失、OHTによって引き起こされる氷の凍結/融解、および氷の流れによる大量の再分布を考慮したものです。エンケラドゥス）は、氷の極で増幅された潮汐散逸によって引き起こされる赤道と極の間に強い厚さの変動を生じる可能性があります。効率的なOHTのスムージング効果に。これらの予測は、エンケラドスとエウロパでシミュレートされたさまざまな氷の進化経路によって明らかになります。これは、氷の散逸、伝導熱損失、OHTによって引き起こされる氷の凍結/融解、および氷の流れによる大量の再分布を考慮したものです。エンケラドゥス）は、氷の極で増幅された潮汐散逸によって引き起こされる赤道と極の間に強い厚さの変動を生じる可能性があります。効率的なOHTのスムージング効果に。これらの予測は、エンケラドスとエウロパでシミュレートされたさまざまな氷の進化経路によって明らかになります。これは、氷の散逸、伝導熱損失、OHTによって引き起こされる氷の凍結/融解、および氷の流れによる大量の再分布を考慮したものです。


図1.パネル（a）は、熱と熱流束の主な発生源を示しています。これには、次のものが含まれます。
氷のHice、海から氷のHocnへの熱流束、および宇宙Hcondへの伝導熱損失。海洋熱輸送 水平矢印で示されています。
パネル（b）は、ここで黒い実線の曲線と見なされるデフォルトの氷殻の厚さプロファイルを示しています。
これは、氷の散逸が極方向への移動を増幅するため、極上で薄くなります（Beuthe2019）。灰色の破線の曲線は
逆さまの浅い氷の流れに基づいて定常状態を維持するために必要な凍結（正）と融解速度（負）
モデル（詳細は付録を参照）。この計算では、デフォルトの半径2500kmが考慮されます。
パネル（c）はのプロファイルを示していますパネル（b）の情報を与えられたHice、HcondおよびHlatent。
パネル（d）は、覆われた海の主要な物理的プロセスをスケッチしています さまざまな厚さの氷の殻によって（説明については本文を参照してください）。
パネル（e）は、熱膨張係数がどのように下にあるかを示しています 氷の殻は 衛星のサイズ（重力）によって異なり、10 psu（青）と60 psu（茶色）の海の塩分です。
パネル（f）は 塩分強制（赤道マイナス極塩分フラックス、ドット）と温度強制（下の凝固点差 衛星の半径の関数としての赤道および極地の氷の殻、交差）。


図2.海洋熱輸送（OHT）スケーリングの数値検証。 パネル（a）から（c）の下は依存関係を示しています
衛星のサイズa、コリオリ係数fに反映される回転速度、および赤道と極の氷の厚さの差∆H。 彩度の高い色の線は、式（1）で与えられる3Dスケーリングを表します。 （16）と式。 （21）、および明るい色の線
Kang＆Jansen（2022）によって与えられた2Dスケーリングを提示します。 上に散らばっているのは、3D数値実験から診断されたOHTです。
（ひし形マーカー）および2D数値実験（ドット）。 さまざまな海の塩分を区別するために、さまざまな色が使用されています。
青みがかった色から赤みがかった色へと、塩分が増加します。 スケーリングと数値実験で使用されるデフォルトのパラメータ
表1にあります。


図3.2Dおよび3D構成での海洋循環と熱力学的状態。 左の列（パネルa1〜e1）は
帯状対称2Dシミュレーションからの温度、塩分、密度、帯状流および子午線流れ関数。 二番目
列（パネルa2〜e2）は、3Dシミュレーションの場合と同じことを示しています。 パネル（f）とパネル（g）は、温度と帯状を示しています
平面図のゾーン平均からの流れの異常。 パネル（h）は、垂直方向および帯状に統合された子午線海を示しています
2D（破線）および3Dモデル（実線）から診断された熱輸送。 このデフォルトの設定では、衛星の半径a = 2500 km、海
塩分S=60 psu、赤道と極の氷の厚さの差∆H = 3 km、およびエウロパの自転周期（3。5日）。


図4.式から解かれた平衡状態での予測された赤道から極への氷の厚さの違い。 （29）と（27）。 赤い陰影マーク
κv-limitレジームと青い陰影はD-limitレジームを示しています。 彩度の高い色は、3Dスケーリングと明るい色を表します
Kang＆Jansen（2022）で取得された2Dスケーリングを表します。 ∆H> H0 / 2（H0は平均氷厚）の場合、極地の氷の殻
厚さはゼロに近づき、式（1）に必要な小さなΔHの仮定。 （30）はもう成り立たない。 それらのシナリオが考慮されます
暴走する極方向に薄くし、灰色の陰影でそれらをマスクします。


図5.氷の進化モデルによって予測されたエンケラドス（パネルa）とエウロパ（パネルb）の平衡氷殻形状
（式B10）パラメータ化された海洋熱輸送（式33）。 青い色は海を覆い、白い色は氷を覆います。 24
氷の殻のレオロジーと効率に関連する不確実性を説明するために、衛星ごとにシナリオが考慮されます
海洋熱輸送の。 3つの主要パラメーターηm、|α|の値 とκvは左側と上部に表示されます。 The
上の2行では、乱気流などの潜在的な影響を表すために、海洋の熱輸送が10倍に増幅されています。
予測できない要因。 下の行は、海上熱輸送がゼロであることを前提としています。


7.おわりに。
ここで取り上げる2つの科学的質問は、1）海洋熱輸送（OHT）の効率がどのように強制されるかです。
氷の厚さの変化は、氷の衛星の軌道パラメータと2）OHTがどのように影響するかによって異なります。
平衡氷の幾何学。そうするために、私は以前の理論に触発されて、氷の衛星のOHTのスケーリング法則を導き出します
地球の海洋または大気の文脈で傾圧乱気流に取り組む（Held＆Larichev 1996; Karstenetal。2002;Jansen＆Ferrari 2013）。これらのスケーリング則は、さまざまなものに対して実行される3D一般循環シミュレーションによって検証されます。
惑星の半径、回転速度、および関連する氷の厚さの変動。に向かって熱が収束することがわかります
厚い氷の領域は、サイズが大きく、回転速度が遅い氷の衛星でより効率的です。したがって、それらの氷
衛星の氷の殻はより平らになると予想されます。
エンケラドゥスとエウロパは、太陽系にある2つの氷衛星であり、全球規模の地下海洋を含むことが知られています。
（Postbergetal。2009;Thomasetal。2016;Carretal。1998;Kivelsonetal。2000;Hand＆Chyba 2007）。彼らにもかかわらず
同様の世界平均の氷の厚さと面積あたりの熱生成率、エウロパの氷の殻は劇的に受ける可能性があります
エンケラドスのそれとは異なる進化の道。サイズが大きく、回転速度が遅いため、海洋の熱輸送
エウロパでははるかに効率的である可能性が高いため、平衡氷の厚さの変動はより低くなると予測されます
これまでに利用可能な観測と一致して、1 km以上（Iess et al.2014; Beuthe et al.2016; Tajeddine et al.2017;Čadeketal。 2019; Hemingway＆Mittal 2019; Nimmoetal。 2007）。
ポイントを家に帰すために、エンケラドスとエウロパの平衡氷の形状は、氷を統合することによって解決されます
進化モデル。OHTはスケーリング則に基づいてパラメーター化されます。 OHTパラメータ化を使用したすべてのEuropaシナリオは、厚さの変動が2km未満のかなり平坦な氷の殻を形成します。得られたほとんどの平衡氷の形状
反対に、エンケラドスのパラメータを使用すると、氷床が非常に可動性でない限り、強い厚さの変動を示します
（氷の粘度が低い）または想定される垂直拡散係数と熱膨張係数が両方とも高い。いくつかのエンケラドスのシナリオは、観測で見られる重大な半球の非対称性さえ形成します（Iessetal。2014;Beutheetal。
対称性の破れを示します
Kang＆Flierl（2020）によって提案されたメカニズムは、OHTの存在下で機能します。
氷の粘性、海洋での垂直混合、熱膨張などの他の要因に注意する必要があります
係数（海洋の塩分によって決定される）も、エンケラドスの平衡氷の形状に大きな影響を及ぼします。
これらの要因は、これまでのところ十分に制約されていません。この線に沿ったより多くの作業は、平衡の予測を改善します
氷の殻の形状。また、この作業では、すべての熱が氷の殻で生成されると想定されています。で生成された熱で
ケイ酸塩コア、海の成層が変化します：負のαを持つ小さな衛星の新鮮な海はより層状になりますが、正のαを持つ大きな衛星の塩辛い海は層化が少なくなり、グローバルにさえなります
対流。対流（塩分/高圧）の出現時に、対流によって氷の殻に加熱が供給されます
海底から放出される熱がそうである場合、テイラープルームは均等に分散されません（Soderlund et al.2014;Soderlund 2019; Bireetal。 2022）。これは氷の殻にも地形を誘発する可能性があり、で調査する必要があります
未来。ただし、衛星のサイズが大きくなるにつれて、底部加熱の影響はそれほど重要ではなくなると予想されます。
なぜなら、底部加熱によって引き起こされる垂直方向の温度勾配は重力とともに減少するからです6
、一方、温度
氷の地形によって引き起こされる違いは、衛星のサイズとともに増加します。エンケラドスのような小さな氷の衛星でも、
40 mW / m2の底部加熱によって引き起こされる垂直方向の温度勾配は、おそらく1桁小さい
観測された氷の厚さの変化によって引き起こされたものよりも（Kang et al.2021）。
これらの不確実性にもかかわらず、海の熱輸送が氷の殻を制限するのにより効率的であるという定性的な結果
大型衛星の厚さの変動は強い可能性があります。平衡氷殻形状をと接続することによって
氷の衛星の軌道パラメータと海洋の特性により、この作業は、制約の少ない氷の世界にもう少し制約をもたらす可能性があります。