巨行星内部的新视角：双扩散对流的影响

尽管木星和土星的传统内部模型基于一个简化的假设，即固态核心被均匀的气体包层所包围，但我们推导出了新的模型，这些模型在这些行星内部具有重元素的不均匀分布，即成分梯度。这种成分分层阻碍了大尺度对流，使其转变为双扩散对流，从而导致内部热剖面偏离传统假设的绝热内部，影响了这些行星的热含量和冷却历史。为解决这一问题，我们发展了一种分层双扩散对流的解析方法，并将此形式体系应用于太阳系气态巨行星的内部。这些模型满足所有观测约束，并表明我们气态巨行星的金属丰度比此前认为的高出 30% 至 60%。这些模型还限制了行星内对流层的尺寸。由于重元素倾向于在气体包层内重新分布，模型预测土星和木星的中心核心比通常认为的要小，其中木星可能根本没有核心。这些模型为我们的理解打开了一扇新窗口，并对巨行星（太阳系内及系外）的内部结构提出了新挑战，特别是关于其重物质含量的测定，这是行星形成理论的关键诊断依据。