Simulation of Io's temperature decrease taking into account volcanism

Nicolas Bonneel, Marc Monnereau
for my 3rd year INSA's internship at Observatoire Midi-Pyrénées, July 2004

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Io is a satellite of Jupiter. Its temperature should be huge because of its proximity with Jupiter and its small size which leads to a huge tide effect : Io is permanently deformed and its temperature should raise. The observations of Io show that it is not the case, but that Io has an important volcanic activity.
We've compared the evolution of the predicted decrease of Io's temperature with time without its volcanism and with the volcanism. The volcanism has been taken into account by adding the source term of the Navier-Stokes equations, which leads us to a divergent field of temperature. A code in Fortran90 without this source term existed, and we juste had to implement this term, in a 2D cartesian simulation. This source term can be negative (to simulate volcanism where mantle becomes liquid) or positive (to simulate Earth's radioactivity for example). We also had to consider non constant viscosity of Io's mantle, particular boundary conditions....
We saw that the volcanism of Io reduce its temperature a lot.
Keywords : Navier-Stokes, Io, volcanism.

Io est un satellite de Jupiter. Sa temperature devrait être énorme à cause de sa proximité avec Jupiter et sa petite taille, ce qui provoque un énorme effet de marées : Io est en permanence déformé et sa température devrait s'accroitre. Les observations de Io ont montré que ce n'était pas le cas, mais que Io avait une activité volcanique importante.
Nous avons comparé l'évolution de la température prédite de Io en fonction du temps avec et sans volcanisme. Le volcanisme a été pris en compte en ajoutant le terme source des équations de Navier-Stokes, ce qui nous a conduit à un champs de température divergent. Un code en Fortran 90 sans ce terme source existait, et nous avons juste eu à implémenter ce terme, en 2D cartésien.Ce terme source peut être négatif (pour simuler le volcanisme lorsque le manteau devient liquide) ou positif (pour simuler la radioactivité de la Terre par exemple). Nous avons aussi eu à considérer une viscosité non constante du manteau de Io, des conditions aux limites particulières etc..
Nous avons vu que le volcanisme de Io réduit sa temperature de manière importante.
Mots clefs : Navier-Stokes, Io, volcanisme

 

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