行星通过鹅卵石积聚进行挥发物的大气循环
摘要：行星嵌入在它们的原生盘中，拥有炽热的包层。当这些行星吸积小石子时，其中的挥发性成分可能会升华，丰富包层，并潜在地改变其热力学性质。然而，嵌入行星的包层与盘中活跃地交换物质，这将限制富含水蒸气的大气层的积累。为了正确研究这些过程，我们开发了一个新的相变模块来处理升华过程的流体动力学模拟。结合最近开发的多尘流体方法，我们进行了二维自洽的流体动力学模拟，研究了小石子升华对超级地球和亚类海王星的含水量的影响。我们发现，行星能够保留的水蒸气的程度和数量取决于升华界面和大气层的相对尺寸。当升华界面远在大气层深处时，水蒸气倾向于被锁定在大气层深处，并通过正反馈机制不断积累。另一方面，当升华界面超过（限制的）大气层时，吸收小石子的冰组分可以完全循环利用，水蒸气含量达到一个低而稳定的值。低盘温度、小行星质量和高小石子通量（不计小石子的吸积加热）使行星大气层富含水蒸气，而相反的变化使其贫含水蒸气。这里介绍的相变模块在今后的研究中也可以用于模拟在吸积行星附近的气体的化学组成和冰雪线周围。
作者：Yu Wang, Chris W. Ormel, Pinghui Huang and Rolf Kuiper
论文ID：2306.06169
分类：Earth and Planetary Astrophysics
分类简称：astro-ph.EP
提交时间：2023-06-28