TRAPPIST-1 行星的岩浆洋演化
地球与行星天体物理
2021-09-09 v3
摘要
对潜在宜居行星 TRAPPIST-1 e、f 和 g 的近期观测表明，它们拥有可能达数十 wt% 水的大水质量分数，尽管宿主恒星的活动应驱动快速大气逃逸。这些过程可光解水，产生自由氧并可能使行星干涸。行星形成后，其地幔很可能完全熔融，挥发分溶解并析出。为理解这些行星并为未来观测做准备，必须理解这些世界的岩浆洋阶段。为模拟这些行星，我们结合了已有的恒星演化、大气逃逸、潮汐加热、放射性生热、岩浆洋冷却、行星辐射以及水-氧-铁地球化学模型。我们提出 MagmOc，一个经过岩石超级地球 GJ 1132b 和早期地球验证的通用岩浆洋演化模型。我们对 TRAPPIST-1 e、f 和 g 在一系列潮汐与放射性生热率以及 1 至 100 个地球海洋的初始水含量下模拟了耦合的岩浆洋-大气演化。我们还重新分析了这些行星的结构，发现 e、f、g 行星的水质量分数分别为 0–0.23、0.01–0.21 和 0.11–0.24。我们的模型对 TRAPPIST-1 e 在地幔固化时大气的水和氧含量未作强预测。相反，模型预测 TRAPPIST-1 f 和 g 在该阶段将拥有厚的蒸汽大气及少量氧。对于所有研究的行星，我们发现岩浆洋固化后仅有 3–5% 的初始水被锁入地幔。
引用
@article{arxiv.2008.09599,
title = {Magma ocean evolution of the TRAPPIST-1 planets},
author = {Patrick Barth and Ludmila Carone and Rory Barnes and Lena Noack and Paul Mollière and Thomas Henning},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.09599},
year = {2021}
}
备注
Accepted for publication in Astrobiology, 24 pages, 9 figures, 7 tables