潮汐锁定 M 矮星行星上的臭氧化学
地球与行星天体物理
2020-01-15 v1 太阳与恒星天体物理
摘要
我们使用 Met Office Unified Model 探索一颗潮汐锁定的 M 矮星行星（名义上为 Proxima Centauri b，受其宿主恒星宁静版本辐照）维持大气臭氧层的潜力。我们假设一个 slab ocean 表面层，以及由氮和氧组成、含微量臭氧和水汽的类地大气。我们使用 Chapman 机制以及氢氧化物（HO，表示 OH 与 HO 之和）催化循环来描述臭氧化学。我们发现 Proxima Centauri 辐射出足够的紫外能量以启动 Chapman 机制。结果是一个稀薄但稳定的臭氧层，在 25 km 处达到峰值，为百万分之 0.75。大气臭氧的准定常分布由入射恒星辐射驱动的光解以及大气输送决定。在亚恒星点大气最低 15 km 处臭氧摩尔分数最小，而在夜侧涡旋中最大。在 15 km 以上，臭氧分布由一个环绕行星的赤道急流主导。夜侧臭氧分布由两个气旋式 Rossby 涡旋主导，导致局地臭氧热点。在昼侧，大气寿命由 HO 催化循环和向表面的沉降决定，而夜侧由化学决定的寿命远长于与大气输送相关的时间尺度。表面紫外值在亚恒星点达到峰值，为 0.01 W/m，被上方大气臭氧层屏蔽，但更重要的是被水汽云屏蔽。
引用
@article{arxiv.1912.08743,
title = {Ozone chemistry on tidally locked M dwarf planets},
author = {Jack S. Yates and Paul I. Palmer and James Manners and Ian Boutle and Krisztian Kohary and Nathan Mayne and Luke Abraham},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.08743},
year = {2020}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS. 25 pages, 17 figures