巨行星的大气氦丰度
地球与行星天体物理
2024-06-25 v1
摘要
惰性气体作为星盘气体组成部分被吸积到巨行星中。虽然更重的惰性气体可从氢富集气体的演化中分离，但氦被认为保持原始太阳值的H/He比值Yproto~0.27-0.28。然而，探测器观测显示，木星、土星和天王星大气中氦存在 depletion。对于气体巨行星，这通常被视为H/He相分离在更深层次的指征。本文应用H/He相图预测和三种H/He-EOS，计算由于H/He相分离导致的大气氦质量丰度Yatm。我们获得了如果冰行星是绝热的，则Yatm<0.1的显著depletion。引入Z贫/Z富组成过渡处的热边界层，温度升高可达数千开尔文，我们得到天王星的轻微depletion，与观测结果一致。我们的结果表明天王星和海王星的内部结构不同。对其大气He/H比值的准确原位测定将有助于限制其内部结构。这一点对于土星尤为重要，因为我们发现，对于任何考虑中的H/He相图和H/He-EOS，都与任何观测值一致。然而，对于木星和土星，某些H/He-EOS和相图组合要求其中一个拥有至少外层稳定分层层。
引用
@article{arxiv.2406.16024,
title = {Atmospheric Helium Abundances in the Giant Planets},
author = {N. Nettelmann and M. Cano Amoros and N. Tosi and J. J. Fortney and R. Helled},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.16024},
year = {2024}
}
备注
accepted to Space Science Reviews