土卫六电离层中的尘埃-等离子体相互作用：对气相组成的反馈
地球与行星天体物理
2023-09-06 v2 等离子体物理
空间物理
摘要
土卫六的有机气溶胶形成于电离层，该层由太阳VUV光子与土星磁层高能粒子电离，形成天然的N2-CH4-H2等离子体。先前工作揭示了若干化学演化过程：VUV光子轻微改变气溶胶的腈基带，氢原子倾向于氢化其表面，含碳物种参与气溶胶生长。本工作研究其他等离子体物种（即N2-H2衍生的离子、自由基与激发态）的效应。工业等离子体常利用N2-H2放电制备氨基肥料、进行金属渗氮及侵蚀有机表面。因此，这些物种可能影响土卫六的有机气溶胶。我们由此开发了THETIS实验，以研究土卫大气溶胶类似物（索林）与土卫六电离层中侵蚀性N2-H2等离子体物种的相互作用。继首篇关于固相演化的扫描电子显微镜与红外透射光谱论文（Chatain et al., Icarus, 2020）之后，本文聚焦气相组成演化，采用中性与离子质谱分析。新生成的HCN、NH3-CN与C2N2从索林中被提取出来，连同其他一些含碳物种及其衍生离子。另一方面，氨的产量急剧下降，可能因H、NH与N自由基更用于索林表面生成HCN。研究提示异相过程：表面自由基诱导的化学过程会修改并削弱索林结构，而离子溅射会解吸小分子与高度不饱和离子。因此，等离子体侵蚀对土卫六电离层气溶胶的影响可能导致气溶胶结构中CN键的形成及气相中HCN或R-CN物种的产生。
引用
@article{arxiv.2303.00062,
title = {Interaction dust-plasma in Titan's ionosphere: feedbacks on the gas phase composition},
author = {Audrey Chatain and Nathalie Carrasco and Ludovic Vettier and Olivier Guaitella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.00062},
year = {2023}
}
备注
This paper has been published in Icarus (2023). The current version in arXiv is the accepted version