MESA 中行星热演化与流体动力大气逃逸的耦合

亚海王星类行星的氢主导大气的长期演化主要由两个因素控制：形成时获得的引力能量的缓慢耗散（称为热演化）和大气质量损失。在此，我们使用 MESA 将低层大气的热演化模型与真实的流体动力大气蒸发描述自洽地耦合。为勾勒此种耦合的主要特征，我们模拟了具有一系列核质量 (5-20 Mearth) 和初始大气质量分数 (0.5-30%)、绕类太阳恒星在 0.1 au 处运行的行星。除我们计算的演化轨迹外，我们还研究了行星大气的稳定性，表明轻行星的大气可在 1 Gyr 内被完全移除，且致密大气具有更好的存活率。通过将我们的结果与上一代模型输出详细比较，我们表明热演化与大气逃逸的耦合显著影响了低质量行星大气的热状态，并因此改变了大气质量分数与行星参数之间的关系。因此我们得出结论，对热演化和大气逃逸的自洽考量对于演化建模和更好地刻画行星大气至关重要。从我们的模拟中，我们推导了不同年龄下行星半径与大气质量分数之间的解析表达式。特别地，我们发现，对于给定的观测行星半径，预测的大气质量分数随 age^0.11 变化。