大气逃逸的双重本质

行星大气层无法在所有高度上保持静力学状态，因为其在无限半径处趋近于有限密度，蕴含无限质量。经典处理方法有两种方向：要么保留静力学结构，同时允许高速尾部的粒子脱离并以 Jeans 方式逃逸，要么将气体推广为连续外流，以获得洛克-帕克通解。通常准则将局部平均自由程与声速点半径进行比较。如果自由程较短，大气为静力学，施加 Jeans 逃逸通量；如果自由程较长，气体为流体动力学，忽略 Jeans 逃逸。本文表明，氢富集大气并不清晰地分为流体动力学和 Jeans 逃逸区域。在任意半径处，部分粒子仍发生碰撞并表现为流体行为，而另一些粒子已经历最后一次碰撞，沿着弹道轨道无碰撞运动。两种行为的相对重要性随半径平滑变化，而非在单个边界处切换。流体通道加速并穿过声速点，而无碰撞通道在重力作用下减速并随高度增大，从而从碰撞流中去除质量和动量。随着无碰撞分量增大， bulk 流速达到最大值后开始减速，从而产生类似洛克-帕克风暴解的轮廓，尽管逃逸是通过无碰撞通道实现的。这种双通道框架为建立涵盖 hydrodynamics 与动力学的大气损失模型的自洽处理提供了第一步。