面向温和亚海王星气体矮行星情景的自洽评估

近期 JWST 在宜居带亚海王星中探测到含碳分子，开启了低质量系外行星研究的新纪元。亚海王星范围跨越了太阳系中未曾见过的多样化的行星内部和大气，包括迷你海王星、超级地球和水世界。近期的工作研究了气体矮行星的可能性，其具有岩石内部和富含 H$_2$ 的厚大气层，以解释亚海王星族群的某些特征，包括半径谷。富含 H$_2$ 的包层与潜在岩浆洋之间的相互作用可能导致可观测的大气特征。我们报告了一个气体矮行星的内部-大气耦合建模框架，以研究此类行星上岩浆洋的合理性及其可观测诊断。我们发现，表面-大气相互作用和大气成分对广泛的参数很敏感，包括大气和内部结构、矿物成分、挥发性溶解度和大气化学。虽然岩浆洋通常与高温岩石行星相关，但我们评估了此类条件对于温和亚海王星是否可能存在且可观测。我们发现，为此需要一种整体建模方法，以避免非物理的模型解。我们使用我们的模型框架，并以宜居带亚海王星 K2-18 b 作为案例研究，发现其观测到的大气成分与岩浆洋情景不相容。我们确定了关键的大气分子和元素诊断，包括 CO$_2$、CO、NH$_3$ 以及潜在的含 S 物种的丰度。我们的研究还强调了准确对此类行星进行建模所需的基础材料特性的必要性。