原木星对流包层的全局三维辐射流体动力学模拟

巨行星形成的核吸积模型受到行星包层与吸积盘之间循环流发现的挑战,后者可减缓或停滞包层吸积。我们采用更新后的不透明度汇编进行三维辐射流体动力学模拟,以建模原木星的包层。为隔离对流与循环的二维效应,我们模拟了孤立的球状包层以及嵌于吸积盘中的包层。包层以给定速率加热以达到稳态,从而能与一维模型比较。我们改变包层性质以获得辐射与对流两类解。利用被动标量,我们观测到在轨道时标上的显著质量循环。对于辐射包层,循环仅能从吸积盘表面穿透至约 0.1-0.2 个行星 Hill 半径,而对于对流包层,对流运动可“翻搅”包层更深层,使整个对流包层被高效循环。然而,此循环对包层的热结构影响有限。嵌于盘中的辐射包层与孤立包层结构相同。对流包层在嵌于盘中时密度略高。我们引入一种改进的一维方法,可完全复现我们的三维模拟。借助更新后的不透明度与一维模型,我们以 10 $M_{\oplus}$ 核重新计算木星包层吸积,其至失控吸积的时标与先前研究一致,短于盘寿命。最后,我们讨论了高效循环对行星大气观测化学丰度(尤其是超级地球与迷你海王星)的启示。