环行星盘中的冰 I. 冰的形成与黏性演化及颗粒漂移的对比

木星的大型冰卫星形成于环行星盘（CPD）中。CPD由下落的星周气体和尘埃供给，这些气体和尘埃在吸积时可能经受激波加热，或在穿过光学薄缝隙时升华。吸积物质随后或在较短时标内并入卫星、落入行星，或损失于盘边缘之外。如果冰在吸积到CPD的过程中升华，则必然存在足够时间使其重新凝结，否则如木卫三或木卫四这类卫星便无法形成。形成足够冰质固体的化学时标对CPD的动力学行为与性质提出了新的约束。我们使用辐射热化学代码ProDiMo分析CPD中径向冰丰度如何演化。我们考虑盘的不同初始化学条件，以探究下落物质继承自星周盘或因激波加热重置为原子态的后果。我们将冰形成时标与黏性演化及径向尘埃漂移时标进行对比。水冰可在CPD中由初始原子态非常高效地形成，因为在<1年内有显著比例高效地重新沉积到尘埃颗粒上。径向颗粒漂移时标总体上长于颗粒上冰形成的时标。尺寸为$a < 3$ mm的冰颗粒在穿过5 au处光学薄的星周盘缝隙时，对于$L_* < 10$ L$_{\odot}$能保持其冰幔。三体反应在CPD致密中面条件下的水形成中起重要作用。CPD中面的尘埃相对于星周盘须贫化10–50倍，才能产生具有冰卫星木卫三、木卫四冰岩比的固体。CPD雪线未被径向颗粒漂移抹除，这与伽利略卫星的成分梯度为原初的这一事实一致。