氦雨作用下木星与土星的演化

高压高温下氢和氦的相分离导致木星和土星深层内部的氦沉降。这一过程，也称为“氦雨”，影响着它们的长期演化。因此，模拟木星和土星（以及巨系外行星）的演化和内部结构依赖于氢和氦的相图。在这项工作中，我们通过应用不同的氢氦相图来模拟木星和土星在氦雨作用下的演化。我们发现，只有对现有相图进行温度偏移（根据所用相图的不同，偏移量为 -1250 K、+350 K 或 -3850 K），才能使木星的演化与伽利略号对其大气氦丰度的测量结果一致。接下来，我们使用偏移后的相图来模拟土星的演化，并找到了两颗行星的一致解。我们确认，木星内部的脱混过程是适度的，而在土星内部，氦雨过程则很显著。我们发现土星具有很大的氦梯度和一个氦海洋。土星的大气氦质量分数估计在 0.13 到 0.16 之间。我们还研究了所使用的氢氦状态方程和大气模型如何影响行星演化，发现预测的冷却时间可能变化数亿年。约束木星和土星中形成的氦梯度的超绝热程度仍然具有挑战性，应在未来的研究中进行详细探讨。我们得出结论，进一步探索氢和氦的不混溶性是有价值的，因为这些知识直接影响木星和土星的演化及当前状态结构。最后，我们认为测量土星的大气氦含量对于约束土星的演化以及氢氦相图至关重要。