地球型惑星の大気形成:惑星形成過程における混合大気の寄与

类地行星的大气形成：混合大气对行星形成过程的贡献

• 批准号: 04J04281
• 负责人: 玄田 英典
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J04281/
• 关键词: 惑星初期進化; 大気の起源; 大気の進化; 脱ガス大気; 太陽組成大気

地球型惑星は原始太陽系星雲ガス(ネビュラガス)の中で形成した可能性が高いことが惑星形成理論および観測からわかっている。微惑星の衝突合体によって惑星が現在の月サイズよりも大きくなると、周囲のネビュラガスを重力的に捕獲し始める。また、微惑星に含まれている揮発性成分が脱ガスするのも惑星が月サイズ以上になってからである。脱ガスは地表面付近で起こるため、大気の混合を考慮しなければ、脱ガス成分の大気を下層、ネビュラガス成分の大気を上層とした2層大気が惑星の初期には形成されたはずである。原始太陽系星雲ガスが散逸するときに、上層のネビュラガス成分の大気は散逸し、下層の脱ガス成分の大気が生き残ることが定性的にわかるが、2層の混合によってネビュラガス成分が生き残ってしまう可能性もある。混合を考慮し、大気の構造を数値的に解くプログラムを作成した。その結果、惑星が火星サイズ程度の場合、対流は地表面付近で起こっており、その領域は薄く、脱ガス大気とネビュラ大気の混合があまり起こらないことがわかった。一方、惑星が地球サイズ程に成長すると、対流層が厚くなり、必然的に2層の混合が大規模に起こることがわかった。ネビュラガスには、大量の希ガスが含まれており、量的にも同位体組成的にも、現在の地球大気のものとは異なっている。そのため、地球サイズの惑星では、混合によって混ざってしまったネビュラガス成分が、何らかのメカニズムで失われる必要がある。そのメカニズムとして、太陽UVによる大気の散逸を考えた。惑星形成時の太陽EUVが現在の100倍程度強いことと、惑星大気が分子量の小さな水素大気を主体とすることから、大規模な水素大気の散逸が起こる。そして散逸する水素分子に引きずられて分子量の大きな希ガスも散逸し、現在の地球大気中の希ガス量まで減少させることが可能であることがわかった。

行星形成理论和观察结果表明，陆地行星可能在原始的太阳星云气体（星云气体）内形成。当行星的碰撞由于行星的碰撞而大于当前的月球大小时，它开始重力捕获周围的星云。此外，只有当行星大于月球大小时，行星中包含的挥发性成分才脱气。由于脱气是在地面附近发生的，因此如果不考虑大气混合，则在下层和星云气氛大气中，具有脱气成分大气的两层大气，因为在行星开始时，上层将形成上层。从质量上看，当原始太阳星云气体消散时，上层星云气体的大气将消散，并且下部脱水组件的大气将存活，但也有可能通过混合两层层来存活星云的可能性。考虑到混合，创建了一个程序来数字解决大气的结构。结果表明，当行星大约是火星大小时，对流发生在表面附近，并且该区域很薄，几乎没有脱胶和星云大气的混合。另一方面，发现当行星生长到地球的大小时，对流层变得更厚，并且不可避免地会大规模发生两层的混合。星云气体含有大量贵重气体，在定量和同位素组成方面与当前地球大气的不同。因此，在地球大小的行星上，必须通过某种机制丢失彼此混合的星云成分。作为一种机制，我们考虑了由于太阳紫外线引起的大气耗散。行星形成时的太阳能EUV比现在强100倍，并且行星气氛主要由具有小分子量的氢气大气组成，导致氢气大气的大规模耗散。已经发现，可以将具有较大分子量的贵重气体的量减少到地球大气中的当前贵重气体的量，从而通过消散的氢分子拖动它。

项目成果

Enhanced atmospheric loss on protoplanets at the giant impact phase in the presence of oceans

• DOI: 10.1038/nature03360
• 发表时间: 2005-02-24
• 期刊: NATURE
• 影响因子: 64.8
• 作者: Genda, H;Abe, Y
• 通讯作者: Abe, Y

地球型惑星の大気形成における巨大天体衝突の影響

巨型天体碰撞对类地行星大气层形成的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: 遊星人 13
• 作者: 玄田 英典;阿部 豊
• 通讯作者: 阿部 豊