木卫四大气：H2 的首个证据及对 H2O 的限制
地球与行星天体物理
2022-12-07 v1
摘要
我们利用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法，探索了由升华的 H2O 和辐射分解产生的 H2 对哈勃太空望远镜（Roth et al. 2017a）观测到的木卫四 H 冕的贡献的参数空间。通过追踪热 H 原子的运动并模拟其与包括近表面 O2 成分在内的热分子之间的碰撞，描述了由光解离和磁层电子撞击诱导解离产生的该冕的空间形态。我们的结果表明，由表面冰升华产生的 H2O，无论假设其与暗的非冰或贫冰风化层紧密混合还是明显分离，都无法解释观测到的 H 冕结构。另一方面，一个全球性的 H2 成分可以重现观测结果，并且也能够产生伽利略号等离子体波仪器（Gurnett et al., 1997, 2000）在高海拔处观测到的增强的电子密度，提供了木卫四大气中存在 H2 的首个证据。在各种条件下探索的与这些观测一致的 H2 表面密度范围约为 (0.4-1)x10^8 cm^-3。模拟的 H2 逃逸率和估计的寿命表明木卫四拥有一个中性 H2 环。我们还对 H2O 数密度峰值（<~10^8 cm^-3）、柱密度（<~10^15 cm^-2）和升华通量（<~10^12 cm^-2 s^-1）设定了粗略的上限，所有这些均比先前模型中假设的低 1-2 个数量级。最后，我们讨论了这些结果的含义，以及它们与木卫二和木卫三的比较。
引用
@article{arxiv.2210.14511,
title = {Callisto's atmosphere: First evidence for H2 and constraints on H2O},
author = {Shane R. Carberry Mogan and Orenthal J. Tucker and Robert E. Johnson and Lorenz Roth and Juan Alday and Audrey Vorburger and Peter Wurz and Andre Galli and H. Todd Smith and Benoit Marchand and Apurva V. Oza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.14511},
year = {2022}
}