Contrainte des couches de dynamo dans Jupiter et Saturne avec des observations et des lois d'échelle

Résumé Les champs magnétiques dominés par le dipôle de Jupiter et de Saturne fournissent des preuves de dynamos actifs opérant au sein de leurs intérieurs profonds, pourtant la profondeur des couches de dynamo convectives reste mal contrainte. Bien que les observations des champs magnétiques, les données gravitationnelles, et les modèles intérieurs fournissent chacune un aperçu partiel, elles n’ont pas été combinées en une image cohérente et unique de la structure interne. Ici, nous développons un cadre qui relie la force du champ magnétique observé avec le flux de chaleur intrinsèque et la structure intérieure contrainte par la gravité en utilisant des lois de mise à l’échelle basées sur l’énergie. En reliant la force du champ magnétique axial à la puissance convective, nous inférons l'épaisseur radiale de la région génératrice de dynamo pour Jupiter et Saturne. Les constantes de proportionnalité dans les relations d'échelle sont dérivées en utilisant des contraintes indépendantes provenant d'observations terrestres, d'observations de Jupiter et de simulations numériques de dynamo. Appliqué à Jupiter, ce cadre montre comment l’épaisseur de la couche de dynamo inférée est couplée à la limite externe de la région de dynamo. Des couches de dynamo plus fines sont prévues lorsque la limite externe se déplace vers des profondeurs moins importantes, et aucune solution n'est possible lorsque la limite externe est inférieure à 73 % du rayon de Jupiter. Ces résultats contraignent les géométries plausibles pour de futures simulations numériques de dynamo. En étendant l’analyse à Saturne, nous trouvons qu'une couche de dynamo épaisse et profondément enracinée avec un rayon externe à 42 % du rayon est la plus plausible. Une solution alternative avec un rayon interne de la région de dynamo à 60 % du rayon planétaire, comme le suggèrent les modèles de sismologie des anneaux, nécessite une couche de dynamo très fine, n'occupant que 2 %–3 % du rayon total.