泰坦卫星湖泊通过甲烷蒸发的分层动力学
地球与行星天体物理
2020-06-22 v1
摘要
土星的卫星泰坦（Titan）是已知唯一拥有稳定湖泊和水文循环的地球外天体。泰坦的湖泊主要包含液态甲烷、乙烷和氮，甲烷蒸发驱动其水文循环。这三种物质间的分子相互作用导致非理想行为，使泰坦的湖泊表现不同于地球湖泊。在此，我们数值研究甲烷蒸发与非理想相互作用如何影响泰坦浅湖的物理性质、结构、动力学与演化。我们发现，在特定温度区间内，富甲烷混合物的密度大于相对富乙烷混合物。这使得甲烷蒸发将泰坦湖泊分层为富乙烷的上层与富甲烷的下层，其间由强成分梯度分隔。在高于 86K 的温度下，湖泊保持充分混合且无分层。在 84 至 86K 之间，湖泊可 episodic 分层。低于 84K 时，湖泊永久分层，并发育极贫甲烷的表水层（epilimnia）。尽管典型表面温度的季节与昼夜偏差较小（<5K），泰坦的雨水填充暂时性湖泊与“幽灵湖”仍可能经历显著更大的温度波动，导致多态混合甚至永冻分层，并可能触发乙烷冰析出。
引用
@article{arxiv.2006.10896,
title = {Stratification Dynamics of Titan's Lakes via Methane Evaporation},
author = {Jordan K. Steckloff and Jason M. Soderblom and Kendra K. Farnsworth and Vincent F. Chevrier and Jennifer Hanley and Alejandro Soto and Jessica J. Groven and William M. Grundy and Logan A. Pearce and Stephen C. Tegler and Anna Engle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.10896},
year = {2020}
}