卵石动力学及向岩质行星的吸积 I. 绝热与对流模型

我们展示了火星至地球质量行星胚胎附近气体与颗粒动力学的高分辨率嵌套网格流体动力学模拟。模拟范围从胚胎表面延伸至数个垂直盘标高，空间动态范围约为 $\sim\! 1.4\times 10^5$。我们的结果证实，“卵石”尺寸的颗粒很容易被吸积，对于 10\% MMSN 表面密度模型，吸积率持续增加直至米级“巨砾”。希尔球内外的气体质量通量与希尔率 $\Sigma\Omega R_\mathrm{H}^2 = 4\, 10^{-3}$ M$_\oplus$ yr$^{-1}$ 一致。较小尺寸颗粒主要随气体运动，而对于 0.3–1 cm 颗粒，尽管有显著部分再次离开希尔球，净吸积率仍达到 $\approx 2\,10^{-5}$ M$_\oplus$ yr$^{-1}$。实际上所有穿过邦迪球的卵石尺寸颗粒均被吸积。这些模拟的分辨率足以分辨吸积驱动的对流。由标称吸积率 $10^{-6}$ M$_\oplus$ yr$^{-1}$ 驱动的对流并未显著改变卵石吸积率。我们发现，由于抵消效应，卵石尺寸颗粒的吸积率几乎与盘表面密度无关。因此，我们可估算特定颗粒尺寸的生长时间。对于 0.3–1 cm 尺寸颗粒，从微小种子生长至地球质量行星（1 AU 处）需约 0.15 百万年，至火星质量行星（1.5 AU 处）需约 0.1 百万年。