结合热力学与流体动力学约束的木星增长模型

[删节版] 我们通过核吸积增长过程模拟木星的形成，并应用盘-行星相互作用产生的流体动力学过程施加约束。我们使用Henyey型恒星演化程序计算行星的内部结构。行星与原行星盘的相互作用通过三维流体动力学模拟进行计算。先前的木星增长模型将行星半径取为约一个希尔球半径R_hill。然而，三维流体动力学模拟表明，只有0.25R_hill以内的气体能束缚于行星，更远的气体最终会参与原行星盘的剪切流。因此，在我们的新模拟中，行星的外边界设定在气体具有足够热能到达非束缚于行星的流区域的位置。我们发现，较小的半径使行星增长所需时间增加约5%。对于质量小于地球几十倍的行星，热压力限制了其从原行星盘吸积气体的速率；而对于质量更大的行星，流体动力学则调控其增长速率。在中等黏滞的盘中，当行星质量约等于土星质量时，吸积率达到峰值。在黏滞较小的盘中，流体动力学对吸积的限制较小，吸积率在更低质量处达到峰值。为考虑盘耗散，我们部分模拟了木星在表面气体密度以3 Myr时标衰减的盘中的增长过程。根据我们的模拟，原木星膨胀且受热支撑的包层太小，无法如Pollack等人(1979)所主张的那样捕获行星当前的不规则卫星群。