木卫三上稀薄且具碰撞性的大气
地球与行星天体物理
2021-07-27 v1 计算物理
空间物理
摘要
我们开发了一种利用并行处理的模拟工具，用于描述木卫三（Callisto）上二维单组分与多组分大气中的分子动力学。这扩展了我们先前关于木卫三上由辐解产物组成的单维大气中碰撞作用的研究（Carberry Mogan 等，2020），具体通过沿木卫三表面实现从正午到午夜的温度梯度并引入升华水蒸气。我们比较了单物种弹道性与碰撞性的 O2、H2 和 H2O 大气，以及 O2+H2O 大气与含有不同量 H2 的三物种大气。由于 H2O 蒸气压对表面温度极为敏感，其密度随距日下点距离增加而下降数个数量级，气流相应地从碰撞态过渡到弹道态。在 O2+H2O 大气中，局地温度在日下点附近由 H2O 决定，并随距日下点距离增加转变为由 O2 决定。当辐解产生的 H2 在 O2+H2O+H2 大气中不可忽略时，这一轻得多、标高比较重物种大约大一个数量级的分子可通过碰撞冷却局地温度。此外，若 H2 组分足够稠密，源自昼侧并沉降至夜侧大气的粒子会通过碰撞沉积能量，进而使局地大气相对于表面温度被加热。最后，我们讨论了本研究对木卫三大气中 H2 存在情况的潜在意义，以及模拟密度如何与拟议的 JUpiter ICy moons Explorer（JUICE）航天器在飞掠高度处的预期探测阈值相关联。
引用
@article{arxiv.2107.12341,
title = {A tenuous, collisional atmosphere on Callisto},
author = {Shane Carberry Mogan and Orenthal Tucker and Robert Johnson and Audrey Vorburger and Andre Galli and Benoit Marchand and Angelo Tafuni and Sunil Kumar and Iskender Sahin and Katepalli Sreenivasan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.12341},
year = {2021}
}