土卫六大气中的HCN生成：量子化学与非平衡大气建模的耦合

氰化氢（HCN）是构建与生命起源相关的关键生物分子的重要反应性氮源。然而，许多 HCN 反应仍未经实验和理论表征，行星大气中 HCN 生成的完整图景尚未被充分理解。为改善此状况，我们开发了一种利用计算量子化学、实验数据和大气数值模拟的新技术。首先，我们使用量子化学模拟探索 N2、CH4 和 H2 主导大气中一列主要物种所有可能反应的整个场。在此过程中，我们发现了 33 个此前未知速率系数的新反应。由此，我们构建了一致性约化大气混合化学网络（CRAHCN），在可用时包含实验值，否则包含我们计算的速率系数。接着，我们将 CRAHCN 耦合到一维化学动力学模型（ChemKM）以计算土卫六上随大气深度变化的 HCN 丰度。我们模拟的大气 HCN 剖面与卡西尼号观测非常吻合。CRAHCN 包含 104 个反应，但几乎所有模拟的大气 HCN 剖面都可用仅 19 个主导反应的缩减网络得到。由此，我们形成了土卫六大气中 HCN 化学的完整图景，从主要大气物种的解离，到沿 4 条主要通道直接生成 HCN。其中一条通道首次在 Pearce 等人（2019）及本工作中被发现和表征。