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非等温风:基于流体动力学辐射传递的核心驱动质量损失

地球与行星天体物理 2025-02-12 v2

摘要

行星在核心驱动逃逸过程中通常使用等温 Parker 风模型来建模质量损失率,假设大气处于等温平衡温度 TeqT_\mathrm{eq}。然而,次类行星的上层大气可能并非等温,如果对可见光和外向红外辐射的阻尼程度存在显著差异。我们使用 aiolos,这一结合双灰度阻尼的流体动力学辐射传递代码,来建模以辐射为主的逃逸过程,探讨其对可见-红外阻尼比 γ\gamma 的依赖性。对于 γ1\gamma \approx 1 的值,我们发现得到的质量损失率可由等温温度为 T=Teq/21/4T = T_\mathrm{eq}/2^{1/4} 的 Parker 风模型很好地近似。然而,我们显示,在物理上合理的 γ\gamma 范围内,质量损失率可因 γ\gamma 的不同而相差数个数量级,范围从 γ\gamma 较小时等温速率的 10510^{-5} 倍到 γ\gamma 较大时等温速率的 10510^5 倍。质量损失率的差异在小行星半径时最大,而对于大行星半径,质量损失率几乎与 γ\gamma 无关,趋于等温近似。我们将这些依赖于阻尼比的质量损失率纳入自洽的行星质量和能量演化模型,表明较低/较高的 γ\gamma 值导致行星在核心驱动质量损失后保留更多/更少的氢气。在某些情况下,阻尼比的选择将决定行星是否能够保留显著的原始氢气大气。逃逸速率对阻尼比的依赖性可能允许大气逃逸观测直接约束行星的阻尼比,从而确定其大气组成。

关键词

引用

@article{arxiv.2405.15221,
  title  = {Blowin' in the non-isothermal wind: core-powered mass loss with hydrodynamic radiative transfer},
  author = {William Misener and Matthäus Schulik and Hilke E. Schlichting and James E. Owen},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2405.15221},
  year   = {2025}
}

备注

24 pages, 10 figures. Accepted in ApJ