类地系外行星上的闪电化学
地球与行星天体物理
2017-06-28 v1
摘要
我们提出了一个闪电冲击波诱导化学的模型，该模型可应用于具有任意 H/C/N/O 化学组成的大气，因此适用于系外行星和棕矮星。该模型耦合了流体动力学与 STAND2015 动力学气相化学。对于一个与当代地球类似的系外行星，我们的模型预测的 NO 和 NO2 产额与观测一致。我们预测在闪电冲击后不久的风暴期间，高度依赖的混合比为：40 km 处 NO ~ 1e-3，40 km 以下 NO2 ~ 1e-4，而 O3 降至痕量（<< 1e-10）。对于一个以 CO2/N2 为主大气且全球范围内发生极强闪电风暴的地球类似系外行星，我们预测 NO、NO2、O3、H2O、H2 的量将发生显著变化，并预测 C2N 的显著丰度。我们发现，对于早期地球，O2 由闪电大量形成但被光化学迅速处理，这与先前关于闪电的工作一致。预测持续的全球闪电风暴效应显著，主要由于 NO2，最大的光谱特征出现在 ~3.4 {\mu}m 和 ~6.2 {\mu}m。透射光谱内的特征约为 1 ppm，因此不太可能被 JWST 探测到。根据其光谱性质，C2N 可能是类地系外行星中具有 N2/CO2 主体大气的闪电关键示踪物，除非被尚不知晓的化学反应破坏。
引用
@article{arxiv.1704.07917,
title = {Lightning Chemistry on Earth-like Exoplanets},
author = {Aleksandra Ardaseva and Paul B. Rimmer and Ingo Waldmann and Marco Rocchetto and Sergei N. Yurchenko and Christiane Helling and Jonathan Tennyson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.07917},
year = {2017}
}
备注
11 pages, 8+1 figures, 1+1 tables, accepted for publication in MNRAS