低质量行星大气的蒸发：包含一致热化学的多维流体动力学

直接和统计观测证据表明，光蒸发在侵蚀亚海王星行星的大气中起着重要作用。我们构建了完整的流体动力学模拟，结合一致的热化学和光线追踪辐射转移，以理解由宿主恒星高能光子引起的大气光蒸发物理学。我们在参数空间中确定了一个区域，在该区域中，流体静力学大气无法被任何合理的行星际压力所平衡，因此该大气特别容易因Parker风而损失。该区域可能导致低质量（$M \sim 3 M_\earth$）行星缺乏丰富的大气（大量H/He）。对以往工作的改进在于，我们的模拟包含详细的微观物理和自洽的热化学网络。光蒸发外流的完整数值模拟表明，对于一个大气质量占其总质量1e-2的5 $M_\earth$ 基准模型岩核行星，其典型外流速度约为30 km/s，$\dot{M} \sim 4 \times 10^{-10} M_\earth$/yr。超音速外流不会被恒星风动压（高达基准模型跨音速点处总压力的5倍）淬灭。受恒星风调制的外流向行星的夜侧汇聚，而质量损失率仅比基准模型低约25%。通过探索参数空间，我们发现EUV光电离在驱动光蒸发风中最为重要。包括X射线在内的其他高能辐射是次要的。主导的冷却机制是分子的振转冷却和绝热膨胀，而不是复合或Ly $\alpha$ 冷却。在大多数情况下，风速远高于风基底的逃逸速度，因此质量损失率与EUV光球大小 $R_\mathrm{euv}$ 的二次方成正比，而非以往研究所建议的三次方……