Влияние неупругости мантии на модельное значение периода чандлеровского колебания Марса

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты численного моделирования значений периода чандлеровского колебания Марса для набора моделей внутреннего строения, удовлетворяющих всем имеющимся на сегодняшний день наблюдаемым данным: геодезическим (среднему радиусу, массе, моменту инерции, приливному числу Лява k2) и полученным из обработки сейсмических данных значений толщины коры и радиуса ядра. Для учета неупругости при расчете модельных значений приливного числа Лява k2 и периода чандлеровского колебания использована реология Андраде. Показано, как модельные значения числа Лява k2 и чандлеровского периода зависят от реологического параметра Андраде и принятого распределения вязкости.

About the authors

Е. А. Кулик

Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН

Author for correspondence.
Email: kulik.ea@ifz.ru
Russian Federation, Москва

Т. В. Гудкова

Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН

Email: gudkova@ifz.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Жарков В.Н., Гудкова Т.В. О диссипативном факторе недр Марса // Астрон. вестн. 1993. Т. 27. № 4.С. 3–15. (Zharkov V.N., Gudkova T.V. Dissipative factor of the interiors of Маrs // Sol. Syst. Res. 1993. V. 27. P. 3–15.)
  2. Жарков В.Н., Молоденский С.М. Об определении физических параметров ядра Марса по данным о его вращении // Астрон. вестн. 1994. Т. 28. № 4-5. С. 86–97. (Zharkov V.N., Molodensky S.M. On determination of physical parameters of the Martian core by data of its rotation // Sol. Syst. Res. 1994. V. 28. P. 86–97.)
  3. Жарков В.Н., Молоденский С.М. Чандлеровский период слаботрехосных моделей Марса // Астрон. вестн. 1995. Т. 29. № 4. С. 341–344. (Zharkov V.N., Molodenskii S.M. Chandler’s period of weakly triaxial models of Mars // Sol. Syst. Res. 1995. V.29. № 4. P. 341–344).
  4. Жарков В.Н., Гудкова Т.В. Построение модели внутреннего строения Марса // Астрон. вестн. 2005. Т. 39 (5). C. 387–418. (ZharkovV.N., Gudkova T.V. Construction Of Мartian interior model // Sol. Syst. Res. 2005. V. 39 (5). P. 343–373.)
  5. Жарков В.Н. Физика земных недр. М.: ООО Наука и образование, 2012. 386с.
  6. Жарков В.Н., Гудкова Т.В., Батов А.В. О диссипативном факторе недр Марса // Астрон. вестн. 2017. Т. 51 (6). C. 512–523. (Zharkov V.N., Gudkova T.V.,
  7. Batov A.V. On estimating the dissipative factor of the Martian interior // Sol. Syst. Res. 2017. V. 51 (6). P. 479–490.)
  8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М.: Наука, 1988. 216 с.
  9. Молоденский М.С. Теория нутации и суточных земных приливов // Земные приливы и нутация Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 3–25.
  10. Молоденский С.М., Жарков В.Н. О чандлеровском колебании и частотной зависимости Qµ мантии Земли // Изв. AН СССР. Физика Земли. 1982. № 4. С. 3–16.
  11. Молоденский М.С. Гравитационное поле, фигура и внутреннее строение Земли. М.: Наука, 2001. 569 с.
  12. Молоденский С.М. Приливы и нутация Земли. I. Модели Земли с неупругой мантией и однородным невязким жидким ядром // Астрон. вестн. 2004. Т. 38. № 6. С. 542–558. (Molodensky S. M. Tides and Nutation of the Earth: I. Models of an Earth with an Inelastic Mantle and Homogeneous, Inviscid, Liquid Core // Sol. Syst. Res. 2004. V.38. № 6. P. 476–490.)
  13. Alterman Z., Jarosch H., Pekeris C.L. Oscillations of the Earth // Proc. Roy. Soc. London. Ser. A. Math. and Phys. Sci. 1959. V. 252 (1268). P. 80–95.
  14. Anderson D.L., Minster J.B. The frequency dependence of Q in the Earth and implications for mantle rheology and Chandler wobble // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1979. V. 58. P. 431–440.
  15. Bagheri A., Khan A., Al-Attar D., Crawford O., Giardini D. Tidal response of Mars constrained from laboratory-based viscoelastic dissipation models and geophysical data // J. Geophys. Res.: Planets. 2019. V. 124. P. 2703–2727.
  16. Bagheri A., Efroimsky M., Castillo-Rogez J., Goossens S., Plesa A.-C., Rambaux N., Rhoden A., Walterova M., Khan A., Giardini D. Tidal insights into rocky and icy bodies: An introduction and overview //Adv. Geophys. 2022. V. 63. Ch. 5. P. 231–320.
  17. Banerdt W.B., Smrekar S.E., Banfield D., Giardini D., Golombek M., Johnson C.L., Lognonné P., Spiga A., Spohn T., Perrin C., and 59 co-authors. Initial results fromthe InSight mission on Mars // Nature Geosci. 2020.V. 13. C. 183–189.
  18. Bertka C.M., Fei Y. Mineralogy of the Martian interior up to core-mantle boundary pressures // J. Geophys. Res. 1997. V. 102 (3). P. 5251–5264.
  19. Bertka C.M., Fei Y. Density profile of an SNC model Martian interior and the moment-of-inertia factor of Mars // Earth and Planet. Sci. Lett.1998. V. 157. P. 79–88.
  20. Bierson C.J., Nimmo F. A test for Io's magma ocean: Modeling tidal dissipation with a partially molten mantle // J.Geophys. Res. 2016.V. 121. P. 2211–2224.
  21. Castillo-Rogez J.C., Efroimsky M., Lainey V. The tidal history of Japetus: Spin dynamics in the light of a refined dissipation model // J. Geophys. Res: Planets. 2011. V. 116. Id. E9.
  22. Ceylan S., Clinton J.F., Giardini D., Stähler S.C., Horleston A., Kawamura T., Böse M., Charalambous C., Dahmen N.L., van Driel M., and 17 co-authors. TheMarsquake catalogue from InSight, sols 0-1011 // Phys. Earth.and Planet. Inter. 2022. V. 333 (3). P. 106943.
  23. Chаndlеr S. On the variation оf latitude // Astron. J. 1891. V. 11. P. 8З.
  24. Čížková H., van den Berg A.P., Spakman W., Matyska C. The viscosity of Earth’s lower mantle inferred sinking speed of subducted lithosphere // Phys. Earth and Planet. Inter. 2012. V. 200. P. 56–62.
  25. Dehant V., Van Hoolst T., de Viron O., Greff-Lefftz M., Legros H., Defraigne P. Can a solid inner core of Mars be detected from observations of polar motion and nutation of Mars? // J. Geophys. Res.: Planets. 2003. V. 108(12). P. 5127.
  26. Dehant V., de Viron O., Karatekin O., Van Hoolst T. Excitation of Mars polar motion //Astron. andAstrophys. 2006. V. 446. P. 345–355.
  27. Dreibus G., Wanke H. Mars, a volatile-rich planet // Meteoritics. 1985. V. 20. P. 367–381.
  28. Dziewonski A.M., Anderson Don L. Preliminary reference Earth model // Phys. Earth and Planet. Inter. 1981. V. 25 (4). P. 297–356.
  29. Giardini D., Lognonné P., Banerdt W.B., Pike W.T., Christensen U., Ceylan S., Clinton J., van Driel M., Stähler S., Böse M.,and 54 co-authors. The seismicity ofMars // Nature Geosci. 2020. V. 13. № 3. P. 205–212.
  30. Gribb T.T., Cooper R.F. Low-frequency shear attenuation in polycrystalline olivine: Grain boundary diffusion and the physical significance of the Andrade model for viscoelastic rheology // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 1998. V. 103. № B11. P. 27267–27279.
  31. Harada Y. Reconsideration of the anelasticity parameters of the Martian mantle: Preliminary estimates based on the latest geodetic parameters and seismic models // Icarus. 2022. V. 383. Id. 114917.
  32. Harig C., Zhong S., Simons F.J. Constraints on upper mantle viscosity from the flow-induced pressure gradient across the Australian continental keel //Geochem.,Geophys., Geosyst. 2010. V. 11. Id. Q06004. doi: 10.1029/2010GC00303.
  33. Huang Q., Schmerr N.C., King S.D., Kim D., Rivoldini A., Plesa A.-C., Samuel H., Maguire R.R., Karakostas F., Lekić V.,and 29 co-authors. Seismic detection of a deep mantle discontinuity within Mars by InSight // PNAS. 2022. V. 119 (42). Id.e2204474119. InSight Marsquake Service. Mars Seismic Catalogue, InSight Mission 2023. V. 14 2023-04-01. ETHZ, IPGP, JPL, ICL, Univ. Bristol. https://doi.org/10.12686/a21
  34. Jackson I., Faul U.H. Grainsize-sensitive viscoelastic relaxation in olivine: Towards a robust laboratory-based model for seismological applications // Phys. Earth and Planet Inter. 2010. V. 183. P. 151–164.
  35. Jackson I. Properties of rock and minerals-physical origins of anelasticity and attenuation in rock // Treatise on Geophysics (Second Edition). Amsterdam: Elsevier, 2015. V. 2. P. 539–571.
  36. Khan A., Liebske C., Rozel A., Rivoldini A., Nimmo F., Connolly J.A.D., Plesa A.C., Giardini D. A geophysical perspective on the bulk composition of Mars // J. Geophys. Res.: Planets. 2018. V. 123. P. 575–611.
  37. Khan A., Ceylan S., van Driel M., Giardini D., Lognonné P., Samuel H., Schmerr N.C., Stähler S.C., Duran A.C., Huang Q.,and 20 co-authors. Upper mantle structure of Mars from InSight seismic data // Science. 2021. V. 373. P. 434–438.
  38. Knapmeyer-Endrun B., Panning M.P., Bissig F., Joshi R., Khan A., Kim D., Lekić V., Tauzin B., Tharimena S., Plasman M., and 28 co-authors. Thickness and structure of the Martian crust from insight seismic data // Science. 2021. V. 373. P. 438–443.
  39. KonoplivA.S., Yoder C.F., Standish E.M., Yuan D.N., Sjogren W.L. A global solution for the Mars static and seasonal gravity, Mars orientation, Phobos and Deimos masses, and Mars ephemeris // Icarus. 2006. V. 182. P. 23–50.
  40. Konopliv A.S.,Asmar S.W., Folkner W.M., Karatekin Ö., Nunes D.C., Smrekar S.E., Yoder C.F., Zuber M.T. Mars high resolution gravity fields from MRO, Mars seasonal gravity, and other dynamical parameters // Icarus. 2011. V. 211. P. 401–428.
  41. Konopliv A.S., Park R.S., Rivoldini A., Baland R.M., Le Maistre S., Van Hoolst T., Yseboodt M., Dehant V. Detection of the Chandler wobble of Mars from orbiting spacecraft//Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. Id. e2020GL090568.
  42. Kulik G.A., Gudkova T.V. On model values of Chandler wobble period for Mars // The Thirteenth Moscow Sol. Syst. Symp. 2022. IKI RAS. P. 13MS3-MS-16.
  43. Lemoine F.G., Smith D.E., Rowlands D.D., Zuber M.T., Neumann G.A., Chinn D.S., Pavlis D.E. An improved solution of the gravity field of Mars (GMM-2b) from Mars Global Surveyor // J. Geophys. Res. 2001. V.106 (E10). P. 23359–23376.
  44. Lognonné P.,Banerdt W.B., Giardini D., Pike W.T., Christensen U., Laudet P., de Raucourt S., Zweifel P., Calcutt S., Bierwirth M., and170 co-authors. SEIS: Insight’s seismic experiment for internal structure of Mars // Space Sci. Rev. 2019. V. 215:12 (170 pp). https://doi.org/10.1007/s11214-018-0574-6
  45. Michel A., Boy J.-P. Viscoelastic Love numbers and long-period geophysical effects // Geophys. J. Int. 2022. V.228 (2). P. 1191–1212.
  46. Pou L., Nimmo F., Rivoldini A., Khan A., Bagheri A., Gray T., Samuel H., Lognonne P., Plesa A.-C., Gudkova T., Giardini D. Tidal constraints on the Martian interior // J. Geophys. Res.: Planets. 2022.V. 127. Id. e2022JE007291.
  47. Renaud J.P., Henning W.G. Increased tidal dissipation using advanced rheological models: Implications for Io and tidally active exoplanets //Astrophys. J. 2018. V. 857(2): 98 (29 pp).
  48. Samuel H., Drilleau M., Rivoldini A., Xu Z., Huang Q., Garsia R.F., Lekic V., Irving J.C.E., Badro J., Lognonne P.H., Connolly J.A.D., Kawamura T., Gudkova T., Banerdt W.B. Geophysical evidence for an enriched molten silicate layer above Mars’s core // Nature. 2023. V. 622. P. 712–717.
  49. Smith M. L., Dahlen F. A. The period and Q of the Chandler wobble // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1981. V. 64. P. 223–284.
  50. Stähler S.C., Khan A., Banerdt W.B., Lognonné P., Giardini D., Ceylan S., Drilleau M., Duran A.C., Garcia R.F., Huang Q., and 31 co-authers. Seismic detection of the martian core // Science. 2021. V. 373. P. 443–448.
  51. Taylor G.J. The bulk composition of Mars // Chem. Erde – Geochem. 2013. V. 73. P. 401–420.
  52. Van Hoolst T., Dehant V., Defraigne P. Chandler wobble and free core nutation for Mars // Planet. and Space Sci. 2000. V. 48 (12–14). P. 1145–1151.
  53. Yuan D.-N., SjogrenW.L., Konopliv A.S., Kucinskas A.B. Gravity field of Mars: A 75th degree and order model // J. Geophys. Res. 2001. V. 106 (E10). P. 23359–23376.
  54. WänkeH., Dreibus G. Chemistry and accretion historyof Mars // Philos. Trans. Roy. Soc. A . 1994. V. 349. P. 285–293.
  55. Wieczorek M.A., Beuthe M., Rivoldini A., Van Hoolst T. Hydrostatic interfaces in bodies with nonhydrostatic lithospheres // J. Geophys. Res.: Planets. 2019. V.124. P. 1410–1432.
  56. Wieczorek M.A., Broquet A., McLennan S.M., Rivoldini A., Golombek M., Antonangeli D., Beghein C., Giardini D., Gudkova T., Gyalay S.,and 16 co-authors.
  57. InSight constraints on the global character of the Martian crust // J. Geophys. Res.: Planets. 2022. V.127. Id. e2022JE007298.
  58. Zharkov V.N., Molodensky S.M. Corrections to Love numbers and Chadler period foranelastic Earth’s models // Phys. Solid Earth. 1979. V. 6. P. 88–89.
  59. Zharkov V.N., Molodensky S.M.On the Chandler wobble of Mars // Planet. and Space Sci. 1996. V. 44. P. 1457–1462.
  60. Zharkov V.N., Molodensky S.M., BrzezinskiA., Groten E., Varga P. The Earth and its rotation. Heidelberg: WichmanVerlag, 1996. XIII+501p.
  61. Zharkov V.N., Gudkova T.V. On the dissipative factor of the Martian interiors // Planet. and Space Sci. 1997. V. 45. P. 401–407.
  62. Zharkov V.N., Gudkova T.V., Molodensky S.M. On models of Mars’ interior and amplitudes of forced nutations.1. The effects of deviation of Mars from its equilibrium state on the flattening of the core-mantle boundary// Phys. Earth and Planet. Int. 2009. V. 172. P. 324–334.
  63. Zharkov V.N., Gudkova T.V. The period and Q of the Chandler wobble of Mars // Planet. and Space Sci. 2009. V. 57. P. 288–295.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences