扩散原行星盘环境中粒子的驻留时间 I. 垂向运动

原行星盘中原始物质的化学和物理演化取决于它们所暴露的环境类型以及在每个环境中的驻留时间。本文开发了一种计算扩散原行星盘中物质代表性路径的方法，并将其应用于理解粒子所采取的垂向轨迹如何影响其整体演化。这些方法足够通用，可应用于具有均匀扩散率的盘，即所谓的“常数-α”情形，以及扩散率随空间变化的盘，例如在“分层盘”中所预期的。小粒子和气体分子的平均长期动力学演化与扩散率的具体形式无关，因为它们在盘内不同高度处消耗了其寿命中相当比例的时间。然而，单个粒子和分子所采取的路径强烈依赖于扩散率的形式，导致粒子在偏离平均值的表现上出现不同的行为范围。由于温度、气体密度、化学丰度和光子通量会随原行星盘的高度而变化，原始物质所采取的不同路径将导致其化学和物理演化的差异。本文探讨了气相化学和光化学差异的示例。这里概述的方法提供了一种将粒子动力学与化学模型相结合的手段，以理解在10^5-10^6年时间尺度上原行星盘中原始物质的形成和演化。