气体巨行星对流混合中的原始组成梯度

将大气测量结果关联至行星整体组成并最终确定行星起源是行星科学的关键目标。本文我们识别了大气组成代表整体组成的情形。我们模拟了考虑广泛行星质量（$0.3-2~M_{\mathrm{J}}$）、初始熵值（$8-11~k_{\mathrm{B}} m_\mathrm{u}^{-1}$）以及原始重元素分布的巨行星演化。我们发现，对流混合在早期（年龄 $\lesssim 10^7$ 年）最为高效，原始组成梯度可被消除。在若干情况下，大气组成可能与行星整体组成存在巨大差异，具体结果取决于细节。我们表明，对流效率主要由底层熵值控制：对于初始熵值为 $8-9~k_\mathrm{B} m_\mathrm{u}^{-1}$ 的低熵情况，对流混合可被抑制，组成梯度可在数十亿年内保持。质量对混合效率的影响由原始熵值决定。相同原始熵值下，低质量行星混合效率高于高质量行星。然而若原始内部熵值随质量增加，则此趋势可能逆转。我们还提出了一种新型解析模型，用于预测在存在组成（及熵）梯度时的对流混合。我们的结果强调了对大气丰度测量解释的复杂性，表明更好的理解行星形成过程的必要性，因为其在决定行星演化与最终结构方面发挥关键作用。