系外行星亚海王星的大气起源

半径 2 $R_{\oplus}$ < $R$ < 3 $R_{\oplus}$ 且轨道周期 $<$100 d 的行星数量众多；这些亚海王星系外行星尚不被充分理解。例如，$Kepler$ 亚海王星很可能具有与其大气接触的深层岩浆海洋，但岩浆对大气的影响知之甚少。此处我们使用一个基本模型研究这一效应，假设挥发分在 $T$ $\sim$ 3000 K 下与岩浆达到平衡。对于我们的Fe-Mg-Si-O-H模型体系，我们发现岩浆与大气之间的化学反应以及挥发分向岩浆中的溶解都十分重要。因此，岩浆至关重要。对于H，大部分摩尔数进入岩浆，故H$_2$吸积与H$_2$逃逸模型的质量目标均比通常假设更重。已知的岩浆氧化态跨度可产生具有完全相同半径但总挥发分质量相差20倍的亚海王星。因此，行星半径是大气组成的代用指标，而非总挥发分含量的代用指标。这一氧化还原多样性简并可由大气平均分子量的测量打破。我们强调由星云气体供给H$_2$，但也考虑源自固体的H$_2$O。我们发现，向Fe中添加H$_2$O很可能无法产生足够H$_2$来解释亚海王星半径，因为厚度 $>$10$^3$ km的脱气大气具有较髙平均分子量。岩浆-大气平衡假说将大气H$_2$O/H$_2$比等可观测量与岩浆FeO含量及行星形成过程相联系。我们模型的准确性受限于缺乏针对亚海王星的实验（实验室和/或数值）;我们主张开展此类实验。