超越单分散假设：亚恒星大气云微物理的多分散矩方法 I. 指数分布性质研究

JWST 仪器提供的观测数据持续挑战亚恒星大气中云形成理论和模型，需要更复杂的方法来理解其空间复杂性。然而，到目前为止，大多数使用矩方法的亚恒星大气云微物理模型都假设了单分散尺寸分布，忽略了多分散特性。我们旨在超越常见的单分散尺寸分布假设，并假设指数分布来分析云微物理过程。我们在假设指数尺寸分布的条件下推导了凝结/蒸发和碰撞增长过程的零阶和一阶矩表达式。然后，我们使用一个简单的一维（1D）柱状模型应用于 Y 型矮星 KCl 云场景，比较了单分散与指数分布云微物理之间的差异。我们发现，采用指数分布使凝结/蒸发速率改变了约 0.9 倍，使碰撞增长速率改变了 >1.1（Kn ≪ 1）和 ≈1.37（Kn ≫ 1）倍（针对布朗凝聚），以及 ≈0.85 倍（针对引力聚结），与单分散情况相比。在我们的特定测试案例中，我们发现单分散与指数分布之间的总粒子数密度最大相对差异超过 200%，云粒子平均半径的最大相对差异超过 40%。我们的框架提供了一种简单的方法，通过假设指数尺寸分布，利用双矩方法考虑亚恒星大气云微物理中的多分散性。在后续研究中，我们将研究更复杂的分布，如对数正态分布和伽马分布，这些分布需要超过两个矩才能自洽地描述。