应用于土卫五的冰质卫星一维演化模型

我们开发了一个冰质卫星的长期一维演化模型，该模型耦合了多个过程：水迁移与分异、地球化学反应与硅酸盐相变、自重力压实以及剥蚀。该模型还考虑了以下能量源与汇：潮汐加热、放射性成因加热、蛇纹石化释放或矿物脱水吸收的地球化学能、重力能与日照，以及通过传导、对流和平流的热传输。我们将该模型应用于土卫五，通过猜测能使结构与现今观测相符的初始条件，假设初始结构是均匀的。假设该卫星在其演化过程中持续流失水分，我们推测它最初是一个质量更大、更富含冰且更多孔的卫星，由于持续的长期潮汐加热而逐渐转变为现今的状态。我们考虑了多种初始成分和演化情景，并跟踪了太阳系年龄时长的演化，将现今的模型结果与可用的观测约束进行了检验。我们的模型表明，现今的结构已分异为厚达数十公里的纯冰幔，覆盖在由中心脱水岩石和外部含水岩石组成的岩核之上。对于土卫五，该模型预测的岩石/冰质量比高于先前的假设，且冰幔更薄，这与基于引力场测量的近期估计相符。尽管该模型显然不能用于解释局部现象，但它为解释局部特征和活动所引用的内部结构提供了启示。