巨行星红外光谱中的氢二聚体

尽管是自然界中最弱的二聚体之一，低光谱分辨率的 Voyager/IRIS 观测在 1980 年代揭示了木星和土星上 (H$_2$)$_2$ 二聚体的存在。然而，行星科学中广泛使用的碰撞诱导 H$_2$-H$_2$ 不透明度数据库（Borysow 等，1985；Orton 等，2007；Richard 等，2012）迄今仅包含自由-自由跃迁，而忽略了二聚体的贡献。二聚体光谱在 S$(0)$ 和 S$(1)$ 四极线（分别位于 354 和 587 cm$^{-1}$）附近具有精细结构，并在距线中心 ±50 cm$^{-1}$ 范围内有宽的连续吸收贡献。我们针对一系列温度（40–400 K）和仲氢比例（0.25–1.0）开发了氢二聚体自由-束缚、束缚-自由和束缚-束缚跃迁的新 ab initio 模型。该模型针对低温实验室实验进行了验证，并用于模拟巨行星的光谱。这一新的碰撞诱导不透明度数据库首次允许在木星和土星的 Cassini 复合红外光谱仪（CIRS）观测以及 Uranus 和 Neptune 的 Spitzer 红外光谱仪（IRS）观测中，对 S$(0)$ 和 S$(1)$ 附近的二聚体光谱进行高分辨率（0.5–1.0 cm$^{-1}$）光谱建模。此外，该模型再现了木星和土星上 Voyager/IRIS 数据中 S$(0)$ 附近观测到的二聚体特征（McKellar 等，1984），并普遍降低了重现 IRIS 观测所需的仲-H$_2$ 量（以及非平衡程度）。