行星如何通过卵石吸积生长 IV：沉降尘埃与卵石带来的包层不透明度趋势

行星所能束缚的星云气体量受其冷却速率限制，而冷却速率由包层不透明度决定。吸积中的尘埃和卵石对包层不透明度有贡献，从而影响行星形成的结果。我们的目标是模拟行星包层内固体的尺寸演化及其不透明度贡献。随后我们利用所得的不透明度关系研究行星形成中涌现的趋势。我们设计了一个行星包层中固体不透明度模型，该模型考虑了卵石在沉降过程中的生长、碎裂和侵蚀。我们给出了卵石和尘埃不透明度的解析表达式，并描绘了它们随深度、行星质量、距离和吸积率变化的趋势。我们发现，吸积卵石而非星子可以产生完全对流的包层，但这仅发生在位于外盘的低质量行星或以高速率吸积卵石的行星中。在这些条件下，卵石尺寸受碎裂和侵蚀限制，使它们能在包层中堆积。在较高行星质量或较低吸积率下，适用另一种机制，其中沉降卵石的尺寸仅受其生长速率限制。这种生长受限机制中的不透明度低得多，随深度和行星质量急剧下降，但与卵石质量通量无关。我们的结果意味着，形成中行星包层的不透明度不能用随深度或行星质量恒定的值来近似。当应用于太阳系时，我们认为天王星和海王星除非都经历了足够快速的固体吸积并且形成较晚，否则无法维持足够高的不透明度以避免失控气体吸积。