地球大小行星上巨碰撞形成富水大气的演化
地球与行星天体物理
2023-09-28 v1
摘要
一颗由次生气体补充大气的类地行星应当从其原行星盘中积累了富氢气体。尽管巨碰撞在形成晚期吹走了类地行星原初大气的很大一部分，但剩余大气可通过氢与汽化核物质的化学反应变得富水。我们发现，当假设为玄武岩或CI球粒陨石核时，会形成富水的碰撞后大气。相反，顽火辉石球粒陨石核几乎不产生碰撞后水。我们研究了具有碰撞诱发多组分H–He–HO大气的地球质量行星在数十亿年间的X射线与紫外驱动的质量损失。我们表明，当逃逸氢的低通量无法通过碰撞将水向上拖曳时，水会保留在地球质量行星的大气中。要形成水主导的大气，具有氧化性核的地球质量行星在巨碰撞后的大气质量分数必须小于0.1%的数倍。我们还发现，具有水主导大气的地球质量行星可存在于类太阳恒星周围从0.1 au的数倍到数个au的半长轴范围内，具体取决于质量损失效率。此类行星是JWST时代大气表征的重要目标。我们的结果表明，巨碰撞期间氢与岩石组分的高效混合可在地球质量行星的水生成中发挥作用。
引用
@article{arxiv.2309.15571,
title = {Evolution of a Water-rich Atmosphere Formed by a Giant Impact on an Earth-sized Planet},
author = {Kenji Kurosaki and Yasunori Hori and Masahiro Ogihara and Masanobu Kunitomo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.15571},
year = {2023}
}
备注
14 pages, 9 figures, accepted for publication in ApJ