由氦相分离看木星与土星内部结构的二分性证据
地球与行星天体物理
2020-02-05 v2
摘要
我们应用近期关于氦在流体金属氢中不相溶的理论结果，考察木星与土星的对比热演化。氦在其内部的重新分布对两颗行星而言过程截然不同。我们确认，基于伽利略进入探测器就位观测到的木星大气氦耗尽，木星内部氦发生了温和的分层，并给出了在太阳年龄下调和木星氦耗尽、半径与热流的模型。木星近期修订的邦德反照率意味着行星固有热流更低，可容纳更多来自氦分层的光度，从而使得温和超绝热内部能满足所有约束。将同一相图应用于质量较小的土星，预测出剧烈的氦分层，以至于土星不可避免地形成富氦壳层或核，这一结果此前由 Stevenson & Salpeter 等人提出。土星氦分层的光度足以将其冷却时间延长至太阳年龄，即便对于绝热内部也是如此。该模型预测土星大气氦耗尽至 Y=0.07+/-0.01，对应于 He/H_2 混合比 0.036+/-0.006。我们还表明氖的分层可能在过去对两颗行星的光度均有贡献。这些结果表明，木星与土星的热演化可用单一物理模型自洽解释，并强调在未来土星内部结构及发电机模型中应考虑非平庸的氦分布。
引用
@article{arxiv.1912.01009,
title = {Evidence for a Dichotomy in the Interior Structures of Jupiter and Saturn from Helium Phase Separation},
author = {Christopher R. Mankovich and Jonathan J. Fortney},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.01009},
year = {2020}
}
备注
Accepted for publication in ApJ