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Dynamo Simulations of Jupiter's Magnetic Field: The Role of Stable Stratification and a Dilute Core

Moore, K. M. und Barik, Ankit und Stanley, S. und Stevenson, D. J. und Nettelmann, Nadine und Helled, Ravit und Guillot, T. und Militzer, B und Bolton, S. (2022) Dynamo Simulations of Jupiter's Magnetic Field: The Role of Stable Stratification and a Dilute Core. Journal of Geophysical Research: Planets, 127 (11). Wiley. doi: 10.1029/2022JE007479. ISSN 2169-9097.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JE007479

Kurzfassung

Understanding Jupiter's present-day interior structure and dynamics is key to constraining planetary accretion models. In particular, the extent of stable stratification (i.e., non-convective regions) in the planet strongly influences long-term cooling processes, and may record primordial heavy element gradients from early in a planet's formation. Because the Galileo entry probe measured a subsolar helium abundance, Jupiter interior models often invoke an outer stably stratified region due to helium rain. Additionally, Juno gravity data suggest a deeper, potentially stratified dilute core extending halfway through the planet. However, fits to Jupiter's gravitational data are non-unique, and outstanding uncertainty over the equations of state for hydrogen and helium remain. Here, we use high-resolution numerical magnetohydrodynamic simulations of Jupiter's magnetic field to place constraints on the extent of stable stratification within the planet. We find that compared to traditional interior models, an upper stably stratified layer between 0.9 and 0.95 Jupiter radii (RJ) helps to explain both Jupiter's dipolar magnetic field and zonal winds. In contrast, an extended dilute core that is entirely stably stratified (no convective layers) yields significantly worse fits to both. However, our models with extended deep stratification still generate dipolar magnetic fields if an upper stratified region is also present. Overall, we find that a planet with a dilute core i.e., strongly stably stratified is increasingly challenging to reconcile with Jupiter's magnetic field and winds. Thus if a dilute core is present, alternative modalities such as a fully convective dilute core, a complex multilayered interior structure, or double diffusive convection may be required.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/193075/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Dynamo Simulations of Jupiter's Magnetic Field: The Role of Stable Stratification and a Dilute Core
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Moore, K. M.Division of Geological & Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barik, AnkitJohns Hopkins University, Earth & Planetary SciencesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stanley, S.Johns Hopkins University, Earth & Planetary SciencesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stevenson, D. J.Division of Geological & Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nettelmann, NadineNadine.Nettelmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Helled, RavitInstitute for Computational Science, University of Zurich, Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Guillot, T.Observatoire de la Cote d Azur, Laboratoire Cassiopee, BP 4229, 06304 Nice Cedex 4, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Militzer, BDepartment of Earth and Planetary Science, University of California, Berkeley, CA 94720, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bolton, S.SWRI, Southwest Research Institute, San Antonio, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Planets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:127
DOI:10.1029/2022JE007479
Verlag:Wiley
ISSN:2169-9097
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Jupiter; magnetic field; dynamo; dilute core; stably stratified layer; interior
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Hinterlegt von: Cabrera Perez, Juan
Hinterlegt am:09 Jan 2023 15:21
Letzte Änderung:28 Jun 2023 13:34

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