行星科学与宇宙化学中的凝聚计算

将一块太阳物质在1毫巴压强下冷却至1000 K,可得到与最原始陨石中所见一致的矿物组合。这是一种平衡或分馏凝聚实验,通过利用数百种气态分子、凝聚矿物固体和硅酸盐液体的状态方程进行计算来模拟,这些方程是百年实验测量与理论研究的产物。此类计算彻底革新了我们对宇宙化学的理解。20世纪中叶认识到陨石是早期太阳系的化石记录,使化学成为理解行星起源的核心。因此“凝聚”——在化学平衡或趋近化学平衡时元素和同位素在蒸气与凝聚固体和/或液体间的分配——深刻影响着关于陨石/彗星成分如何关乎行星的讨论。凝聚计算已应用于年轻恒星周围的原行星盘、冷矮星大气中预期形成的矿物“雨”、巨星膨胀包层、行星撞击中形成的蒸气羽流,以及计算并观测到存在于超新星中的化学与同位素迥异的“壳层”。与所有复杂计算一样,其存在固有的注意事项、微妙之处与计算困难。局部化学尚未一致地整合进天体物理动力学模拟,以使诸如尘埃对辐射的阻挡、尘埃对光的吸收与再发射、以及尘埃蒸发/凝聚对热量的缓冲等效应随时间反馈到网格化计算的每个节点物理中。将热化学与物理模型更深地整合,使通用原行星盘模型的前景正如1970年代初全球气候通用环流模型般令人期待。