巨行星包层中星子烧蚀的效率
地球与行星天体物理
2016-09-09 v1
摘要
对系外行星光谱的观测正对其大气元素丰度（特别是 O/H、C/H 和 C/O 比值）带来前所未有的约束。最近的研究表明，元素比值可以为巨系外行星的形成和迁移机制提供重要约束。此类研究中的一个基本假设是，行星包层的化学成分代表了行星形成历史中吸积气体和固体成分的总和。我们研究了吸积星子在巨行星包层中烧蚀的效率，从而探讨其如何贡献于包层成分而非沉入核心。基于引起“摩擦烧蚀”的空气动力学阻力和引起“热烧蚀”的包层温度结构，我们在球对称假设下计算了半径为 30 米至 1 公里、不同成分（冰到铁）、广泛速度和撞击角度范围的撞击星子的质量烧蚀。对于广泛的参数范围，冰质撞击体在包层外层被完全烧蚀。即使对于铁质撞击体，在广泛的尺寸和速度范围内，包层中也会发生大量烧蚀。例如，发现尺寸小于约 0.5 公里且速度高于约 30 km/s 的铁质撞击体，仅由于摩擦烧蚀，在压力低于 10^3 bar 的外层包层中就会烧蚀约 60-80%。对于更深的压力（约 10^7 bar），大量烧蚀在更广泛的参数范围内发生。因此，我们的探索性研究表明，巨行星中挥发元素的大气丰度反映了它们形成期间的吸积历史。
引用
@article{arxiv.1609.02143,
title = {Efficiency of Planetesimal Ablation in Giant Planetary Envelopes},
author = {Arazi Pinhas and Nikku Madhusudhan and Cathie Clarke},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.02143},
year = {2016}
}
备注
17 pages, 11 figures; Accepted for publication in MNRAS