热木星上的大气硫光化学

我们开发了一个新的一维光化学动力学代码，用于研究热木星中的平流层化学和平流层加热。这里我们研究了在 1200 < T < 2000 K 温度下具有光学活性的含硫物种和 CO₂。HS（巯基）和 S₂ 是高活性物种，由 H₂S 通过光化学和热化学过程生成，其峰值丰度在 1-10 mbar 之间。S₂ 在 240 至 340 nm 之间吸收紫外线，并且在金属丰度 [SH] > 0 且 T > 1200 K 时光学厚度较大。HS 可能比 S₂ 更重要，因为在热木星条件下它通常比 S₂ 更丰富，并且它在稍红的波长处吸收。我们利用分子理论，根据稀疏的可用数据计算了 HS 的吸收光谱，发现 HS 应在 300 至 460 nm 之间强烈吸收，较长波长处的吸收对温度敏感。当这两种吸收体结合时，辐射加热（每千克气体）在 100 微巴处达到峰值，对于一颗轨道距离为 0.032 AU、环绕太阳孪生星运行的类木行星，总平流层加热约为 8×10^4 W/m²。总加热对金属丰度不敏感。CO₂ 混合比是金属丰度的一个表现良好的二次函数，对于 -0.3 < [M/H] < 1.7，其范围从 1.6×10^{-8} 到 1.6×10^{-4}。CO₂ 对日照、垂直混合、温度（1200 < T < 2000 K）和重力不敏感。光化学计算证实，CO₂ 应可作为行星金属丰度的有效探针。