土星形成与演化仿真：包含成分梯度与氦不溶性
地球与行星天体物理
2025-04-25 v1
摘要
根据核心核化积累场景，对土星的形成进行详细数值仿真。增强模型以包括来自水冰、岩石和铁组成的计划体在气体包裹层中的溶解，导致深度呈非均匀成分分布。还考虑氦在金属氢层中的不溶性。计算从 0.5 个地球质量开始，延伸至当前时刻。于 4.57 Gyr 时，模型依次向外呈现以下结构：(i) 以 100% 重元素和分子构成的中心核心；(ii) 重元素质量分数逐渐下降至 0.1 的区域；(iii) 成分均匀的层，氦质量分数 Y 高于原始值；(iv) 氦雨区域，Y 有梯度；(v) 外层对流、绝热区域，Y 从原始值降低；(vi) 最外层区域，重元素发生云层凝结。将重元素随半径分布模型与来自卡西尼任务观测数据的拟合结果进行比较，呈现粗略的定性一致性。估计土星外层的氦质量分数约为 20%。找到若干模型，既能较好地拟合土星的固有发电量和半径，又符合观测要求。
引用
@article{arxiv.2504.17227,
title = {Formation and Evolution Simulations of Saturn, Including Composition Gradients and Helium Immiscibility},
author = {Peter Bodenheimer and David J. Stevenson and Jack J. Lissauer and Gennaro D'Angelo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.17227},
year = {2025}
}
备注
20 pages, 13 figures, 2 tables. Accepted for publication in The Planetary Science Journal