含氦雨和双扩散对流的木星贝叶斯演化模型
地球与行星天体物理
2016-12-07 v1
摘要
氢和氦在足够冷时会发生分离，这影响着所有质量约等于或低于木星质量、且处于大轨道间距的巨行星的演化。我们模拟了木星的热演化，包括根据金属氢中氦不混溶性的从头算模拟结果，纳入其演化的氦分布。经过40亿年的均匀演化后，分异作用在1 Mbar以下建立了一个薄的氦梯度，该梯度动力学上使流体对对流稳定。该区域经历超稳定双扩散对流（ODDC），其微弱的热量传输维持着超绝热温度梯度。通过对ODDC效率采用一个通用参数化方案，如果将Lorenzen等人的H-He相图平移到更低的温度，模型可以协调木星的内禀热流、大气氦含量和太阳系年龄时的半径。我们将演化模型置于MCMC框架中，以探索数万条演化序列，从而获取总重元素质量、由ODDC导致的温度梯度超绝热度以及相图扰动的概率分布。所采用的SCvH-I状态方程倾向于低效的ODDC，从而形成一个热边界层，使得分子包层快速冷却，而更深层的内部实际上随时间升温。如果用一个额外的自由参数来调制整体冷却时间，以模拟更冷或更热状态方程的影响，模型则倾向于那些比SCvH-I更冷的状态方程。在这种情况下，超绝热度适中，深层内部的升温或冷却可能性相当。
引用
@article{arxiv.1609.09070,
title = {Bayesian Evolution Models for Jupiter with Helium Rain and Double-diffusive Convection},
author = {Christopher Mankovich and Jonathan J. Fortney and Kevin L. Moore},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.09070},
year = {2016}
}
备注
13 pages, 12 figures, accepted for publication in ApJ