FastChem 2:一种用于确定任意元素分布下气相化学平衡组成的改进程序

复杂中性/电离化学平衡组成的计算对于获取如系外行星与冷星大气的科学见解极为宝贵。我们提出FastChem 2,即已确立的半解析热化学平衡代码FastChem的新版本。原版本限于含大量氢的大气,而FastChem 2亦适用于以任何其他物种(如CO$_2$或N$_2$)为主导的化学混合物。这一新的C++代码及可选Python模块在GPLv3许可下于 https://github.com/exoclime/FastChem 公开可用。该程序向后兼容,故可轻松替换先前版本。我们更新了热化学数据库,添加了HNC、FeH、TiH、Ca$^-$及若干有机分子。热力学数据库现共含523个物种,包括28种化学元素。用户可减少物种总数以提升计算性能,或在具备热化学数据时添加更多物种。该程序对照其前一版本进行了验证,并在扩展的压力-温度网格上广泛测试,压力范围从$10^{-13}\,\mathrm{bar}$至$10^3\,\mathrm{bar}$,温度介于$100\,\mathrm{K}$与$6000\,\mathrm{K}$之间。FastChem 2成功应用于多种场景,包括氮、碳与氧主导的大气,以及无氢与氦的测试用例。在扩展压力-温度网格上平均而言,FastChem 2比前一版本快至多50倍,且适用于版本1无法处理的情况。