包含化学过程的卵石吸积模型及其对太阳系的启示

我们使用包含化学过程的物理形成模型研究了太阳系巨行星大气的化学组成。该模型结合了星盘演化、卵石和气体吸积、I 型和 II 型迁移、简化的星盘光蒸发以及太阳系化学测量。我们追踪了所形成的巨行星的化学组成，并将其与观测值进行了比较。研究了两类模型：有和没有通过光蒸发产生的星盘化学富集。针对每种情况，对行星的氧和氮丰度、核质量以及重元素总量进行了预测。我们发现在没有星盘光蒸发（PE）的情况下，木星和土星都将具有较小的残余核，且包层中的重元素总量相当。我们预测两颗行星的氧丰度富集与碳、磷和硫处于同一量级。彗星的氮丰度不允许轻易重现木星的氮观测值。在有星盘光蒸发的情况下，重现大气的化学组成所需的核心侵蚀较少，因此两颗行星最终可能具有更大质量的残余核以及更高的重元素总质量。这也使得重现木星的氮丰度变得显著更容易。在没有光蒸发的情况下，未发现任何单一星盘能够在满足所有约束条件的同时形成木星和土星。没有模型能够拟合天王星和海王星的约束条件，暗示这些行星的形成机制更为复杂。这些模型的预测应与即将到来的 Juno 测量结果进行比较，以更好地理解太阳系巨行星的起源。