系外行星大气中燃烧-爆炸对大气成分的限制
地球与行星天体物理
2018-07-18 v1
摘要
本工作提出了结合燃烧与爆炸理论方面以及系外行星大气科学的理论研究。超级地球可能拥有大量分子氢，这取决于原行星盘、行星和恒星的性质。已有研究提出，环绕前主序 M 型恒星的超级地球可能拥有大量通过水光解随后氢逃逸而非生物产生的 O2。如果这两种组分同时存在，如此大量的 H2 和 O2 可通过光化学反应该形成多达约 10 个地球海洋量的水。在光化学移除缓慢以至于 O2 确实能非生物积累的情况下，大气可能达到燃烧爆炸极限。随后，H2 和 O2 极快地反应生成水以及少量的过氧化氢。这些过程对超级地球大气中的 H2 O2 大气成分构成了约束。我们对具有地球日照和约千分之一 H2 的温和条件下的气相氧化途径的初步研究表明，H2 主要通过 HOx 和混合 HOx NOx 催化循环被 O2 氧化为 H2O。关于其他大气物种对，我们发现，在平衡化学 regime 中，对于 C/O 比处于中等范围且压强 p 大于约 1 bar 的迷你气态行星，CO、O2 混合物可能达到爆炸性燃烧水平。关于 CH4、O2 混合物，少数假设为类地大气、环绕较冷恒星的岩石行星模型可能具有处于或接近爆炸性燃烧水平的成分，尽管需更多工作来研究此问题。
引用
@article{arxiv.1802.02923,
title = {Limitation of atmospheric composition by combustion-explosion in exoplanetary atmospheres},
author = {John Lee Grenfell and Stefanie Gebauer and Mareike Godolt and Barbara Stracke and Ralph Lehmann and Heike Rauer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1802.02923},
year = {2018}
}