面向星际尘埃粒子上化学反应的矩方程

虽然大多数星际介质中的化学反应发生在气体相，但发生在尘埃表面的反应在星际化学中占据关键作用。基于包含气体相和尘埃表面反应的速率方程的化学模型已被用于模拟星际云中化学复杂性的形成。对于气体相和大颗粒上的反应，速率方程因其高效性，是模拟的理想工具。然而，在小颗粒且通量较低的情况下，某些可反应物种在颗粒表面的原子或分子数目可能降至个位或更低。这时，反应物种分布的离散性质及其波动性将占主导地位，基于速率方程的均匀场近似便不再适用。最近提出的一种基于主方程的模型能够很好地描述星际尘埃粒子上的化学反应。本文提出一种由主方程导出的矩方程方法。这一方法描述了各种化学物种在颗粒表面分布 populations 随时间演化的矩的数值。该方法的一个优势是，分子产生速率可直接以这些矩的形式表示。我们利用矩方程计算了小颗粒上分子氢形成的速率。结果表明，在仅涉及单一可反应物种的情况下，矩方程方法效果良好。本文还给出两种物种情况下的方程组，并讨论了在涉及多种物种的复杂反应网络中实施该方法的困难。