类地行星的高层大气：二氧化碳冷却与地球热层演化
地球与行星天体物理
2018-09-26 v1
摘要
背景：行星高层大气的热与化学结构对向太空的逃逸损失具有关键影响，必须加以理解以限定损失对大气演化的效应。目的：我们开发了一个一维第一性原理流体动力学大气模型，可计算任意行星参数、化学组成和恒星输入下的大气热与化学结构。我们将该模型应用于研究地球高层大气对 CO 丰度大幅变化以及因太阳活动从过去 3~Gyr 到未来 2.5~Gyr 演化导致的入射太阳 XUV 场变化的响应。方法：对于大气热结构，我们考虑恒星 X 射线、UV 和 IR 辐射吸收产生的加热、放热化学反应加热、与非热光电子碰撞产生的电子加热、焦耳加热、多种物种 IR 发射冷却、热传导以及中性、离子与电子气体间的能量交换。对于化学结构，我们考虑约 500 个化学反应（包括 56 个光反应）、涡旋与分子扩散以及平流。此外，我们通过求解流体动力学方程计算大气结构。为求解模型中的方程，我们开发了 Kompot 代码，并在附录中提供了所用数值方法的详细描述。结果：我们通过计算现代地球和金星高层大气的结构验证了模型。通过改变地球模型下边界（65~km）处的 CO 丰度，我们表明大气热结构被显著改变。[摘要截断]
引用
@article{arxiv.1806.06897,
title = {The Upper Atmospheres of Terrestrial Planets: Carbon Dioxide Cooling and the Earth's Thermospheric Evolution},
author = {Colin P. Johnstone and Manuel Güdel and Helmut Lammer and Kristina G. Kislyakova},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.06897},
year = {2018}
}
备注
37 pages, 14 figures, to be published in A&A