干燥 M 型矮星系外行星上 CO2 大气的稳定性
地球与行星天体物理
2015-05-22 v2
摘要
我们利用一维光化学模型研究了干燥 M 型矮星类地系外行星以 CO2 为主的大气的化学稳定性。在类太阳恒星周围，Far-UV (FUV) 辐射引起的 CO2 光解与依赖水丰度的复合反应相平衡。绕 M 型矮星运行的行星经历更多的 FUV 辐射，且由于 M 型矮星漫长的高光度前主序阶段 (Luger & Barnes 2015)，其水含量可能耗尽。我们表明，对于缺水 M 型矮星类地行星，依赖 H2O2 光解的催化循环可维持 CO2 大气。然而，当大气氢混合比 <1 ppm 时，该循环失效，导致约 40% 的大气 CO2 在 1 Myr 的时间尺度上转化为 CO 和 O2。O2 丰度的增加导致高浓度 O3，其光解形成另一个再生 CO2 的催化循环。对于氢含量 <0.1 ppm 的大气，CO2 直接由 CO 和 O 的复合产生。这些催化循环对可通过光解破坏的 CO2 量设定了约 50% 的上限，这足以产生类地球丰度的（非生物）O2 和 O3。导致如此高氧水平的条件可能在 M 型矮星宜居带行星上广泛存在。在此情况下，区分生物与非生物 O2 和 O3 或许可以通过注意这些行星反射和发射光谱中缺水特征来实现，这需要波长大于 0.95 微米的观测。
引用
@article{arxiv.1501.06876,
title = {Stability of CO2 Atmospheres on Desiccated M Dwarf Exoplanets},
author = {Peter Gao and Renyu Hu and Tyler D. Robinson and Cheng Li and Yuk L. Yung},
journal= {arXiv preprint arXiv:1501.06876},
year = {2015}
}
备注
39 pages, 9 figures, 2 tables, accepted for publication in Astrophysical Journal