Ejecta and wave propagation simulation in asteroids: application to crater erasure on asteroid 433-Eros - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Ejecta and wave propagation simulation in asteroids: application to crater erasure on asteroid 433-Eros

Modélidation de la propagation des ondes sismiques et des ejecta dans les astéroïdes: application à l'érosion des cratères de l'astéroïde 433-Eros

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Céline Blitz
  • Function : Author
  • PersonId : 865524

Abstract

This PhD describes the application of seismology to asteroids, with two main objectives: estimating the behavior of an asteroid following the occurrence of a seismic excitation and explaining the deficit in small craters observed on asteroid 433 Eros. This asteroid, imaged in the years 2000-2001 by the NEAR spacecraft, exhibits a surface covered by regolith (loose material resulting from rocks crushed by impacts) but depleted in craters with a diameter lower than 200 m (Chapman et al., 2002). The first objective consists in simulating the vibrations triggered by a seismic source for 2-D and 3-D models of the asteroid Eros based on the spectral-element numerical method (e.g., Komatitsch et Tromp, 1999).This method approximates the solution of the seismic wave equation on a mesh of the object under study. The simulations that we performed for different models of asteroid Eros suggest that the regolith layer has an important effect by acting as a wave guide and increasing the amplitude of the seismic signals at the surface of the models. We also show that the presence of a regolith layer reduces the importance of the details of the internal structure of the asteroid, such as the presence of a fracture network. The second objective consists in explaining the observed deficit in small craters on asteroid Eros. The simulation of crater infilling by the deposit of ejecta resulting from impacts explains only part of the erased craters (Blitz et al., 2009). We therefore simulated an impact-induced seismic shaking erasure process that triggers slumping on crater walls (Richardson et al., 2005). The simultaneous action of these two erasure processes (ejecta coverage and seismic shaking) results in a crater population curve that is close to the observed data for an exposure time of about 600 Ma in the Main Asteroid Belt.
La présente thèse décrit l'application de la sismologie aux astéroïdes à travers deux objectifs principaux : évaluer le comportement d'un astéroïde suite à une excitation sismique et proposer des hypothèses justifiant le déficit en petits cratères observé sur l'astéroïde 433 Eros. Cet astéroïde, imagé par la sonde NEAR durant l'année 2000-2001, montre une surface constituée de régolite (roche inconsolidée, broyée par les impacts) et déficitaire en petits cratères de taille inférieure à 200 m environ. Le premier objectif a consisté, après une étude préliminaire sur les modes propres (e.g., Lognonné et Clévédé, 2002) de petits modèles d'astéroïdes sphériques, à simuler les vibrations de modèles 2-D et 3-D de l'astéroïde Eros soumis à une source sismique grâce à la méthode des éléments spectraux. Cette méthode consiste à approximer la solution de l'équation d'onde sur un maillage de l'objet étudié (e.g., Komatitsch et Tromp, 1999). Les simulations de propagation d'onde effectuées sur les divers modèles de l'astéroïde Eros suggèrent un rôle important de la couche de régolite en tant que guide d'onde à l'origine d'une amplification des signaux sismiques en surface. De même, pour une étude des signaux enregistrés en surface de l'astéroïde, la présence d'une couche de régolite semble occulter l'effet d'une structure interne (tel un réseau de fractures). Le second objectif de la thèse consiste à expliquer le déficit en petits cratères observé sur l'astéroïde 433 Eros. La simulation du rebouchage des cratères par recouvrement des débris d'impacts permet d'expliquer une partie du déficit en petits cratères mais pas tout (Blitz et al., 2009). Nous avons donc simulé le rebouchage des cratères par les glissements de terrains sur les bords des cratères déclenchés par les vibrations résultant des impacts (Richardson et al., 2005) à partir de simulations de propagation d'onde effectuées dans un modèle 3-D de l'astéroïde Eros. L'action simultanée de ces deux moyens d'érosion permet de simuler une population de cratères semblable à celle observée sur Eros pour un temps d'exposition aux impacteurs de la Ceinture Principale d'Astéroïde d'environ 600 Ma.
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Dates and versions

tel-00441253 , version 1 (15-12-2009)

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  • HAL Id : tel-00441253 , version 1

Cite

Céline Blitz. Modélidation de la propagation des ondes sismiques et des ejecta dans les astéroïdes: application à l'érosion des cratères de l'astéroïde 433-Eros. Sciences de la Terre. Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00441253⟩
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