自动化化学反应网络生成及其在系外行星大气中的应用

随着 JWST 的问世以及对系外行星大气进行前所未有的详细光谱表征，人们需要更全面地了解化学和光化学反应及其对大气成分的影响。传统上，为（系外）行星大气构建反应网络涉及手动跟踪相关物种和反应，这是一个耗时且容易出错的过程。这种方法的适用性也往往局限于特定条件，使其对于不同类型的行星缺乏通用性（即，木星的光化学网络可能不直接适用于富水系外行星）。我们介绍了一种自动化方法，使用计算机辅助化学反应网络生成器，结合一维光化学动力学 - 传输模型，提供了显著优势。该方法通过基于速率的迭代算法和细化步骤自动选择反应速率，增强了模型的可靠性。此外，该方法允许高效模拟多样的化学环境，从氢气到水、二氧化碳和氮气主导的大气。以 WASP-39b 和 WASP-80b 为例，我们展示了该方法的有效性。我们的 WASP-39b 模型与 prior 研究和 JWST 观测结果一致，捕捉到了光化学产生的二氧化硫。WASP-80b 模型揭示了一个受深层内部热化学和垂直混合影响的大气，这与 JWST NIRCam 观测结果一致。此外，我们的模型确定了 N2-NH3-HCN 途径的一个新颖初始步骤，提高了高温/高压环境下的转化效率。这种自动化化学网络生成为研究系外行星大气提供了一个新颖、高效且精确的框架，标志着对传统建模技术的重大进步。