具有成分梯度的木星与土星演化及内部结构

气态巨行星的内部结构可能比通常假设的具有绝热温度分布的核-包层结构更为复杂。不同的原始内部结构以及各种物理过程可导致非均匀的成分分布。非均匀的内部结构对行星的热演化和最终结构有显著影响。本文中，我们提出了木星和土星的替代结构与演化模型，允许非绝热的原始结构以及随着这些行星演化由对流引起的重元素混合。我们给出了考虑各种初始成分梯度的行星演化，并在土星的情形中纳入了因氦雨而形成的富氦区。我们研究了具有成分梯度的区域对流稳定性，发现土星中的氦壳层保持稳定，不与包层的其余部分混合。在其他情形中，尽管存在成分梯度，对流仍混合了行星内部，导致包层富集重元素。我们表明，木星和土星的非绝热结构（及冷却历史）是可能的。在此情形下，内部温度远高于标准绝热模型。我们得出结论，内部结构与行星的形成和演化历史直接相关。在解读即将到来的朱诺号和卡西尼号数据时，应考虑木星和土星的这些替代内部结构。