熔岩行星的热力学演化

岩石行星被认为在形成时伴随一层熔岩海洋，这一层随后迅速结晶固化。该熔岩海洋的水平与垂直范围取决于行星内部的热力学演化，可能还受到行星迁移等外源过程的影响。我们构建了一个用于模拟潮汐锁定熔岩行星热力学历史的模型。模型以完全熔融的地幔开始，演化100亿年。我们采用固定的日侧表面温度为3000 K，但允许夜侧温度随其底层物质一起演化。我们模拟了半径为1.0$R_{\oplus}$和1.5$R_{\oplus}$的行星，考虑不同的核心质量比例，尽管后者对热力学演化影响不大。我们确认，日侧熔岩海洋的深度随行星半径而变化。相比之下，夜侧熔岩海洋在数千年内开始结晶，且在缺乏显著潮汐加热或日夜热传递的情况下，8亿年内完全固化。我们指出，如果至少有20%的吸收恒星能量通过熔岩流动从日侧传递到夜侧，熔岩海洋即可维持夜侧。这种日夜热传递若以熔岩黏度为$10^{-3}$ Pa s（在这些温度下是合理的）的话可持续。或者，若黏土层以$8 \times 10^{-4}$ W/kg的潮汐加热速率持续加热（这在轨道偏心率$e > 7 \times 10^{-3}$时是合理的），夜侧也可保持熔螋状态。然而，夜侧冷却是一个不可逆过程：熔岩黏度增加，黏土层结晶，导致日夜热传递和潮汐加热均减弱。因此，夜侧温度的测量是判断熔岩行星热力学历史的敏感探针。