如何在氢主导大气中利用大气痕量组分识别系外行星表面
地球与行星天体物理
2021-06-23 v2
摘要
亚海王星（Rp~1.25-4 REarth）仍是迄今探测到的最常见系外行星。然而，观测仍难以判断这些中等大小系外行星是否具有表面以及其表面位于何处。本文我们提出，这些亚海王星可见大气中的痕量组分丰度可用作判定表面存在与否及近似表面条件的代理指标。作为一个例子，我们使用最先进的化学模型模拟了 K2-18b 的大气演化，并研究了其在位于不同压力层级（Psurf）的表面下的最终稳态组成。我们发现表面位置对痕量组分的大气丰度有显著影响，使其明显偏离热化学平衡及“无表面”条件。该结果主要源于：表面的压力-温度条件决定了光化学生成的组分能否被循环回其偏好的热化学平衡形态并输运回高层大气。对于 K2-18b 假定的富 H2 大气，我们确定了七个对表面存在最敏感的的化学物种：氨（NH3）、甲烷（CH4）、氢氰酸（HCN）、乙炔（C2H2）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）与二氧化碳（CO2）。这些物种的观测丰度与无表面丰度之比，有助于区分浅表面（Psurf < 10 bar）、中等表面（10 bar < Psurf < 100 bar）与深表面（Psurf > 100 bar）的存在。该框架可结合未来观测应用于其他感兴趣的亚海王星。
引用
@article{arxiv.2104.09843,
title = {How to identify exoplanet surfaces using atmospheric trace species in hydrogen-dominated atmospheres},
author = {Xinting Yu and Julianne I. Moses and Jonathan J. Fortney and Xi Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.09843},
year = {2021}
}
备注
32 pages, 13 figures, accepted in ApJ