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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.11266 (astro-ph)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 多孔粘弹性潮汐加热的木卫一

标题: Poro-viscoelastic tidal heating of Io

Authors:Hamish C.F.C. Hay, Ian Hewitt, Marc Rovira-Navarro, Richard F. Katz
摘要: 木卫一的潮汐驱动全球火山活动表明其地幔中存在广泛的部分熔融。 这种熔体如何参与内部动力学,特别是它在潮汐耗散中的作用,目前尚不清楚。 我们通过将木卫一的地幔视为两相(固体和熔体)系统来模拟其潮汐变形。 通过在麦克斯韦框架中结合孔隙粘性和孔隙弹性致密化理论,并采用一致的潮汐和自引力模型,我们首次得出了由于剪切、致密化和达西流引起的木卫一潮汐加热率的自洽评估。 我们发现,达西耗散可能超过剪切加热,但仅当熔体分数较大(0.05至0.2)时,且晶粒尺寸较大或熔体粘度极低时才可能发生。 由于大于1厘米的晶粒尺寸不太可能,这表明达西耗散次于剪切耗散。 当软流圈对各向同性应力高度抵抗时,致密化耗散达到最大值,但最多只占木卫一观测到的加热率的1%。 这项工作是建立一个自洽的定量理论以描述木卫一部分熔融内部动力学的重要一步。
摘要: Io's tidally-driven global volcanism indicates widespread partial melting in its mantle. How this melt participates in the interior dynamics, and, in particular, the role it plays in tidal dissipation, is poorly understood. We model Io's tidal deformation by treating its mantle as a two-phase (solid and melt) system. By combining poro-viscous and poro-elastic compaction theories in a Maxwell framework with a consistent model of tidal and self-gravitation, we produce the first self-consistent evaluation of Io's tidal heating rate due to shearing, compaction, and Darcy flow. We find that Darcy dissipation can potentially exceed shear heating, but only for large (0.05 to 0.2) melt fractions, and if the grain size is large or melt viscosity ultra-low. Since grain sizes larger than 1~cm are unlikely, this suggests that Darcy dissipation is secondary to shear dissipation. Compaction dissipation is maximised when the asthenosphere is highly resistive to isotropic stresses, but contributes at most 1% of Io's observed heating rate. This work represents a crucial step toward a self-consistent quantitative theory for the dynamics of Io's partially molten interior.
评论: 39页,8图,2表。提交至《皇家学会A卷》 proceedings
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.11266 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.11266v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11266
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hamish Hay [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 12:38:51 UTC (6,443 KB)
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