带有简单热边界层的天王星演化模型
地球与行星天体物理
2016-05-03 v1
摘要
天王星极低的光度(Teff ~ Teq)对我们理解冰巨星构成了长期挑战。本文给出首批天王星结构与演化模型，其构建同时符合观测到的低光度与重力场数据。我们的模型在高压下对冰成分水、甲烷和氨使用了现代第一性原理状态方程。逐步推进，我们确认即便考虑冰岩比(I:R)的不确定性，绝热模型的冷却时间也过长。我们进而论证冰/岩富集内部与H/He富集外层包络之间的过渡应是稳定分层的。因此，我们引入一个简单的热边界并调整它以重现低光度。由于该热边界，天王星模型深部内部比绝热模型暖2--3倍，需要在深部内部存在岩石，可能的I:R为 solar。最后，我们允许在当前日期之前就开始的平衡演化(Teff ~ Teq)，从而不再需要将当前时代视为天王星演化中的“特殊时刻”。在此情景下，热边界导致外层包络更快速冷却。当达到Teff ~ Teq时，大气中开始发育浅的亚绝热区。其深度被调整以满足光度约束。本工作为未来的冰巨星结构与演化模型提供了简单基础，可通过恰当处理扩散区中的热流与粒子通量来改进。
引用
@article{arxiv.1605.00171,
title = {Uranus evolution models with simple thermal boundary layers},
author = {N. Nettelmann and K. Wang and J. J. Fortney and S. Hamel and S. Yellamilli and M. Bethkenhagen and R. Redmer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.00171},
year = {2016}
}
备注
13 pages, Accepted to Icarus