火星分子氢的非热逃逸

我们提出了火星分子氢因与火星日冕中的热原子氧碰撞而引发的非热逃逸的详细理论分析。为准确描述 O + H$_2(v,j)$ 碰撞中的能量转移，我们进行了广泛的量子力学计算，获得了态到态的弹性、非弹性和反应截面。利用火星大气的简化一维柱模型，结合低太阳活动条件下真实的大气气体密度和热氧产生率，评估了 H$_2$ 分子的逃逸通量。考虑 O$_{2}^{+}$ 离子解离复合产生的 energetic O 原子，得到 H$_2$ 的非热逃逸通量平均密度为 $1.9\times10^5$ cm$^{-2}$s$^{-1}$。预测的逃逸 H$_2$ 的振转分布包含显著比例的高转动激发态。虽然 H$_2$ 分子的非热逃逸率低于其 Jeans 逃逸率，但 HD 和 D$_2$ 的非热逃逸率显著高于它们各自的 Jeans 逃逸率。不同 H$_2$ 分子同位素的非热逃逸通量的精确值在分析火星大气演化中可能具有重要意义。所描述的分子抛射机制具有普遍性，预期会对行星、卫星和系外行星体上 H$_2$ 及其他轻分子的大气逃逸有所贡献。