欧罗巴气体羽流的三维直接模拟蒙特卡罗研究

通过空间和地面望远镜以及对 Galileo 数据的重新分析，观测到欧罗巴存在水排气活动 (Roth et al. 2014; Sparks et al. 2016, 2017; Paganini et al. 2020; Jia et al. 2018; Arnold et al. 2019)。然而，这些观测仅提供了关于羽流动力学的有限信息，而羽流动力学对于理解喷发机制和准备未来探索至关重要。我们采用三维 DSMC 模型，假设源自地下喷口的超声速膨胀，以研究欧罗巴的羽流特征。主要目标是理解欧罗巴水蒸气羽流的物理过程和结构，这对于探测其地下喷口条件和排气机制具有关键作用。通过对总气体产率和初始气体体速度进行参数化研究，得出了各种情形下排气羽流的气体数密度、温度和速度信息。结果表明，羽流气体在离开表面并膨胀时，通过相互碰撞和绝热冷却经历了加速。研究发现，在具有相对较大气体产率（1029 和 1030 H2O s-1）的羽流中心部分，能够维持热平衡和近连续介质状态。我们展示了沿两个不同视角积分的柱密度图，以证明投影效应对遥感诊断的重要性。最后，提供了不同高度的密度剖面，为包括即将到来的 JUICE 和 Europa Clipper 航天器任务在内的欧罗巴羽流观测做准备。