褐矮星与自发光巨行星中的甲烷、一氧化碳和氨

我们利用基于动力学的 1D 大气化学模型，研究了太阳成分褐矮星和自发光系外巨行星大气中一些简单分子的非平衡丰度。我们的方法是使用完整动力学模型调查有效温度在 500 K 到 1100 K 之间的参数空间。在这些世界中，平衡化学在可从地球观测的大气部分倾向于 CH4 而非 CO，但在大多数非平衡情况下倾向于 CO。与otherwise 可比的褐矮星相比，行星较小的表面重力强烈不利于 CH4。如果垂直混合类似于木星，行星中从甲烷到 CO 的转变发生在 500 K。缓慢的垂直混合可将此温度提高到 600 K；但云层或更剧烈的垂直混合可将其降低至 400 K。褐矮星中的相应阈值为 $1100\pm100$ K。氨也对重力敏感，但与 CH4/CO 不同，NH3/N2 比对混合不敏感，这使得 NH3 成为重力的潜在代理指标。HCN 可能在具有非常强垂直混合的高重力褐矮星中变得有趣。对 CO-CH4 反应网络的详细分析表明，CO 氢化的瓶颈经过甲醇，这与之前的工作部分一致。通过对完整模型集合的完整化学拟合，导出了简单易用的猝灭关系。这些关系适用于确定我们研究范围内的自发光世界中 CO、CH4、NH3、HCN 和 CO2 的丰度，但如果大气高层受到此处未考虑的过程（例如波破碎）强烈加热，则可能不适用。