系外行星大气中基于非平衡气相的完全时变云形成
地球与行星天体物理
2023-11-07 v1 化学物理
摘要
近期观测表明系外行星大气中存在云，但也显示高层大气中的某些化学物种可能不在化学平衡中。本工作的目标是从非平衡气相一致地计算两个主要云形成过程——成核与体相生长，并进一步探索动力学气相与云微物理之间的相互作用。云形成采用矩量法与动力学成核建模，并与气相动力学速率网络耦合。具体而言，云凝结核的形成由包含 (TiO)（N = 1 至 15）热化学数据的团簇速率导出。9 种体相 Al/Fe/Mg/O/Si/S/Ti 结合材料的表面生长通过由动力学非平衡导出的凝结与表面反应考虑相应的气相物种。以系外行星 HD 209458 b 为例，研究了速率网络完备性以及云颗粒形成的时间演化。本文提出了一个关于成核、体相生长和气相的化学非平衡下一致的、完全时变的云形成模型，并研究了首批测试用例。该模型显示系外行星大气中的云形成是快速过程，这证实了先前关于云颗粒形成是局域过程的发现。对气态巨行星 HD 209458 b 大气中选定位置的测试表明，云颗粒数密度和体积在 1 秒内达到恒定值。TiO 的复杂动力学聚合物成核证实了经典成核模型的结果。SiO[s] 与 SiO[s] 的表面反应可形成催化循环使 H 解离为 2 H，导致 CH 数密度降低。
引用
@article{arxiv.2311.03244,
title = {Fully time-dependent cloud formation from a non-equilibrium gas-phase in exoplanetary atmospheres},
author = {Sven Kiefer and Helena Lecoq-Molinos and Christiane Helling and Nidhi Bangera and Leen Decin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.03244},
year = {2023}
}
备注
21 pages, 13 figures. Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics (A&A)