类地行星形成过程中的真实碰撞输水：基于 N 体–SPH 混合代码的自洽建模

根据现有证据，地球（或许类似系外行星）的水库存是在行星形成混乱的最后阶段通过（巨）碰撞向内输送的。在动力学模拟中，水的输送几乎仍仅通过假设过度简化的完美并合（PM）来研究，尽管其尤其易于发生碰撞输运与损失。为弥补此差距，我们开发了一个框架，通过将长期 N 体计算与针对每次碰撞的专用 3D SPH 模拟直接结合来建模碰撞输水。碰撞后水库存被自洽地进一步追踪，无论处于吸积性或侵蚀性以及擦碰（hit-and-run）相遇中。后者在原行星间是频繁结果，除碰撞损失外，还必须考虑相遇天体间的水输运。该混合方法使我们首次能够追踪约 200 个天体在整个晚期吸积阶段（数亿年）的完整动力学与碰撞演化。作为首次应用，我们选取类太阳系架构，其中巨行星已形成且处于圆轨道或偏心轨道，碎片盘跨度 0.5–4 au。真实碰撞处理导致与 PM 相当不同的结果，行星质量更低且水库存减少至二分之一或更多。由于碰撞损失与吸积时间大幅延长共同作用，最终水含量尤其在巨行星处于圆轨道时强烈降低至更类地的值。对潜在宜居行星的输水由少数决定性碰撞主导，大多与胚胎尺度或更大天体相撞。擦碰的高频率（通常具有低水（与质量）输运效率）是此过程的关键部分，也是系统范围演化的关键部分。