Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Arxiv 1401.0948: модели атмосфер суперземель и мини-нептунов  (Прочитано 2398 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн vika vorobyevaАвтор темы

  • ASTRONOMY.RU
  • *****
  • Сообщений: 8 913
  • Благодарностей: 700
    • Сообщения от vika vorobyeva
    • Записки Вики Воробьевой
Некто Renyu Hu и Sara Seager построили довольно подробные трехслойные модели толстых атмосфер суперземель и мини-нептунов. Модель включает три слоя: самый нижний, где давление велико и состав газовой смеси определяется условием минимума свободной энергии Гиббса, средний, где доминирует вертикальный перенос, и верхний, где главными становятся фотохимические процессы (непосредственное взаимодействие молекул атмосферы с жесткими квантами). В качестве основных элементов были рассмотрены водород, углерод и кислород, но не азот (и на мой взгляд, это серьезный недостаток данной модели).
Авторы рассмотрели широкий диапазон изменений долей атомов H, C, O в своей смеси, захватив как атмосферы с преобладанием водорода, так и атмосферы из более тяжелых газов. Расчет производился для температур 770 K, 1000 K, 1200K, 1400 K, 2000 K и 2754 K (т.е. для очень теплых и горячих планет). В конце они применяют свою модель к атмосферам планет GJ 1214 b, HD 97658 b и 55 Cnc e.

http://arxiv.org/pdf/1401.0948v1.pdf

Что же у них получилось?
В зависимости от доли водорода и C/O атмосферы планет закономерно делятся на "водородные" (аналогичные атмосферам планет-гигантов), "воднопаровые" (с преобладанием H2O), углеводородные (метан, этилен, ацетилен и пр.), углекислотные и угарногазовые (CO, CO2) и кислородные, а посредине – дикая солянка из водорода, водяного пара, угарного и углекислого газов.

Атмосфера 55 Cnc e в широком диапазоне возможных параметров у них оказывается состоящей из угарного газа, также (при наличии некоторого количества водорода) возможна примесь ацетилена.

Как оказалось, атмосфера GJ 1214 b состоит из водяного пара только в достаточно узкой области диапазона параметров! Другие хорошие кандидаты - углекислый и угарный газы, и даже молекулярный кислород (если C/O < 0.2). Вот тут, кстати, авторов и подводит неучет азота. Азот там наверняка есть зуб даю. При количестве доли атомов водорода меньше 70% средняя молекулярная масса атмосферы GJ 1214 b превышает 15.

HD 97658 b. Тут может быть что угодно - в зависимости от долей элементов может получится как атмосфера из водяного пара и метана, так и атмосфера из углекислого газа, а еще - этилен-ацетиленовая атмосфера! :o

В статье много графиков и диаграмм, есть над чем помедитировать.
« Последнее редактирование: 10 Янв 2014 [13:47:43] от vika vorobyeva »
я не заметила момента
когда мой замок из песка
стал превращаться в криворожский
железорудный комбинат

Оффлайн L_Pt

  • *****
  • Сообщений: 2 216
  • Благодарностей: 18
    • Сообщения от L_Pt
Цитата
Though still debated (Fortney 2012; Nissen 2013), stellar obser-vations have shown that the C/O ratio of planet-hosting systems spreads over a wide range between 0.3 and 2.0 (Bond et al. 2010; Delgado Mena et al. 2010; Petigura & Marcy 2011; Teske et al. 2013).
Никто не может подсказать, где это обсуждалось, есть ли соответсвующие статьи?

Даже не мог себе представить, что в протопланетных туманностях такой диапазон соотношения C/O.


Оффлайн L_Pt

  • *****
  • Сообщений: 2 216
  • Благодарностей: 18
    • Сообщения от L_Pt
Спасибо, будет что изучать в ближайшие дни

Оффлайн ivanij

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 25 081
  • Благодарностей: 566
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ivanij
Цитата
Азот там наверняка есть
Наверное. Ведь в атмосфере реального Нептуна он присутствует.
Моя философия не дала мне совершенно никаких доходов, но она избавила меня от очень многих трат. А.Шопенгауэр.
   Лучше совсем не браться за дело, чем исполнить его дурно. А.П.Романов.

Оффлайн T101

  • *****
  • Сообщений: 4 693
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
В зависимости от доли водорода и C/O атмосферы планет закономерно делятся на "водородные" (аналогичные атмосферам планет-гигантов), "воднопаровые" (с преобладанием H2O), углеводородные (метан, этилен, ацетилен и пр.), углекислотные и угарногазовые (CO, CO2) и кислородные, а посредине – дикая солянка из водорода, водяного пара, угарного и углекислого газов.

Вика, а можно в двух словах про "кислородные" ? Кислород же должен связываться с чем-нибудь, свободный кислород долго не держится, он очень многое окисляет. Что там имеется в виду?
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

Оффлайн L_Pt

  • *****
  • Сообщений: 2 216
  • Благодарностей: 18
    • Сообщения от L_Pt
Вика, а можно в двух словах про "кислородные" ? Кислород же должен связываться с чем-нибудь, свободный кислород долго не держится, он очень многое окисляет. Что там имеется в виду?
Там моделировалось возможное состояние атмосферы при различном соотношении H:C:O и при разных температурах и давлении.
Вероятность некоторых крайних рассмотренных соотношений, как и взаимодействие с другими элементами, не рассматривалось.

Оффлайн Golossvyshe

  • *****
  • Сообщений: 8 539
  • Благодарностей: 528
    • Сообщения от Golossvyshe
    • Будущее будет светлым, или его не будет вовсе
Очень интересная статья.
Однако непонятно, что подвигло авторов исключить из рассмотрения азот.
Какие-то ведь были у них соображения?

vsevolodsоn

  • Гость
Может быть относительная инертность азота...

Оффлайн vika vorobyevaАвтор темы

  • ASTRONOMY.RU
  • *****
  • Сообщений: 8 913
  • Благодарностей: 700
    • Сообщения от vika vorobyeva
    • Записки Вики Воробьевой
Вика, а можно в двух словах про "кислородные" ? Кислород же должен связываться с чем-нибудь, свободный кислород долго не держится, он очень многое окисляет. Что там имеется в виду?
Там моделировалось возможное состояние атмосферы при различном соотношении H:C:O и при разных температурах и давлении.
Вероятность некоторых крайних рассмотренных соотношений, как и взаимодействие с другими элементами, не рассматривалось.

Именно так.
Посмотрите на рис. 4 на стр. 49 - они рассматривают отношение C/O в диапазоне от 0.1 до 10, т.е. далеко за пределами реально наблюдаемых отношений – от 0.3 до 2, в Солнечной системе около 0.5.
То есть если у нас, с одной стороны, в атмосфере почти нет водорода, а с другой - C/O < 0.2, то атомам кислорода просто деваться некуда, только связываться друг с другом в молекулу O2.
Абиогенный молекулярный кислород в атмосферах суперземель у авторов модели получается только при C/O < 0.2 при наблюдаемом отношении C/O > 0.3. Так что можно констатировать, что при разумных соотношениях между углеродом и кислородом молекулярный кислород (в количестве, большем нескольких процентов) в атмосфере экзопланеты означает жизнь.
я не заметила момента
когда мой замок из песка
стал превращаться в криворожский
железорудный комбинат

vsevolodsоn

  • Гость
Цитата: vika vorobyeva
Так что можно констатировать, что при разумных соотношениях между углеродом и кислородом молекулярный кислород (в количестве, большем нескольких процентов) в атмосфере экзопланеты означает жизнь.
Я бы не спешил с такими выводами. Мало ли что ещё возможно - фотодиссоциация водяных паров в атмосфере, либо метаморфическое разложение оксидов в недрах планеты с последующим извержением кислорода в атмосферу. А может быть и ещё что-нибудь.

Оффлайн Golossvyshe

  • *****
  • Сообщений: 8 539
  • Благодарностей: 528
    • Сообщения от Golossvyshe
    • Будущее будет светлым, или его не будет вовсе
Может быть относительная инертность азота...
Это не есть весомый аргумент. Азот - безусловно обязательная составляющая таких атмосфер, и оказывает немалое влияние на общий парниковый эффект.
В общем, исходя из сказанного уважаемой Викой Воробьёвой, авторы статьи рассмотрели довольно искусственные модели. Свободного кислорода уж точно быть не может.

Жаль, честно. :) Я надеялся, что статья прояснит место суперземель в ранжире планет, пригодных для жизни. :)
Остаётся надеяться, что модель будет доработана.

Оффлайн vika vorobyevaАвтор темы

  • ASTRONOMY.RU
  • *****
  • Сообщений: 8 913
  • Благодарностей: 700
    • Сообщения от vika vorobyeva
    • Записки Вики Воробьевой
Цитата: vika vorobyeva
Так что можно констатировать, что при разумных соотношениях между углеродом и кислородом молекулярный кислород (в количестве, большем нескольких процентов) в атмосфере экзопланеты означает жизнь.
Я бы не спешил с такими выводами. Мало ли что ещё возможно - фотодиссоциация водяных паров в атмосфере, либо метаморфическое разложение оксидов в недрах планеты с последующим извержением кислорода в атмосферу. А может быть и ещё что-нибудь.

Фотодиссоциация водяных паров - это и есть недостаток водорода при избытке кислорода, в представленной модели этот вариант рассматривается. Но при разумном количестве углерода этот кислород будет связан в углекислый газ. И только при отсутствии И водорода, И углерода мы получаем абиогенную кислородную атмосферу. Но для этого нужно отношение C/O, не наблюдаемое в природе.

Понятно, что любую подходящую планету с кислородом в атмосфере будут крутить со всех сторон и моделировать так и сяк. И моделирование это будет объектно-ориентированное, а не абстрактное. И если окажется, что кислорода больше 0.1% там быть не должно, а его там 10% - как это еще интерпретировать?
я не заметила момента
когда мой замок из песка
стал превращаться в криворожский
железорудный комбинат

vsevolodsоn

  • Гость
А обязан ли углерод связываться с кислородом лишь? Может быть он может быть связан и "похоронен" иным способом...

Оффлайн Golossvyshe

  • *****
  • Сообщений: 8 539
  • Благодарностей: 528
    • Сообщения от Golossvyshe
    • Будущее будет светлым, или его не будет вовсе
А обязан ли углерод связываться с кислородом лишь? Может быть он может быть связан и "похоронен" иным способом...
Вот как раз кислород может быть связан множеством способов.

Собственно, из всех возможных веществ только инертные газы да ещё фтор не связывают его.
Если ещё учесть, что многие в-ва при избытке кислорода образуют не просто оксиды, а пероксиды или даже супероксиды (КО2, например), то для появления абиогенной кислородной атмосферы общее кол-во атомов О должно кратно превышать общее кол-во атомов прочих элементов.


Оффлайн L_Pt

  • *****
  • Сообщений: 2 216
  • Благодарностей: 18
    • Сообщения от L_Pt
Вот как раз кислород может быть связан множеством способов.

Собственно, из всех возможных веществ только инертные газы да ещё фтор не связывают его.
Если ещё учесть, что многие в-ва при избытке кислорода образуют не просто оксиды, а пероксиды или даже супероксиды (КО2, например), то для появления абиогенной кислородной атмосферы общее кол-во атомов О должно кратно превышать общее кол-во атомов прочих элементов.
Фтор связывает кислород гораздо лучше чем тот же азот.

Пероксиды в кислородной атмосфере образуют только натрий, калий и более тяжелые щелочные металлы, такие как рубидий и цезий. Это далеко не "многие".

А так да, кислород реагирует с большинством других элементов. Если в протопланетном облаке очень мало углерода, а также магния, кремния, железа и т.д., то все что осталось все равно прореагирует с водородом, которого в любом случаи намного больше.

Оффлайн Golossvyshe

  • *****
  • Сообщений: 8 539
  • Благодарностей: 528
    • Сообщения от Golossvyshe
    • Будущее будет светлым, или его не будет вовсе
Вот как раз кислород может быть связан множеством способов.

Собственно, из всех возможных веществ только инертные газы да ещё фтор не связывают его.
Если ещё учесть, что многие в-ва при избытке кислорода образуют не просто оксиды, а пероксиды или даже супероксиды (КО2, например), то для появления абиогенной кислородной атмосферы общее кол-во атомов О должно кратно превышать общее кол-во атомов прочих элементов.
Фтор связывает кислород гораздо лучше чем тот же азот.
Нет
http://chemistryanalysis.info/index.php?/Galogeny/Kislorodnye-soedineniya-ftora.html

Фтор непосредственно не реагирует с кислородом в интервале температур 100—1000 К. Термодинамический расчет указывает на практически полный сдвиг равновесия в сторону продуктов диссоциации фторидов кислорода. Например, концентрация ОF2 в смеси |Т] : [О] = 1:1 при оптимальных условиях синтеза (700—1000 К) составляет только 0,0015%

Цитата
Пероксиды в кислородной атмосфере образуют только натрий, калий и более тяжелые щелочные металлы, такие как рубидий и цезий. Это далеко не "многие"..
Нет.
Но кучу ссылок искать лень :)

Да и не хотелось бы офтопить в НП. Это ж не ВЖР, где уже терять нечего. :)

Оффлайн L_Pt

  • *****
  • Сообщений: 2 216
  • Благодарностей: 18
    • Сообщения от L_Pt
Нет
http://chemistryanalysis.info/index.php?/Galogeny/Kislorodnye-soedineniya-ftora.html

Фтор непосредственно не реагирует с кислородом в интервале температур 100—1000 К. Термодинамический расчет указывает на практически полный сдвиг равновесия в сторону продуктов диссоциации фторидов кислорода. Например, концентрация ОF2 в смеси |Т] : [О] = 1:1 при оптимальных условиях синтеза (700—1000 К) составляет только 0,0015%
dG у оксида азота NO вообще +86.579 кДж/моль. Так что таки да.

И это не офтоп, так как тут многие задавали вопрос про азот в атмосфере суперземель..
В водородной атмосфере под давлением последний будет переходить в аммиак NH3, но при отсутсвия избытка водорода азот будет только в форме N2, никаких других соединений не образуя, даже при большом избытке кислорода.

Оффлайн T101

  • *****
  • Сообщений: 4 693
  • Благодарностей: 71
  • Михаил
    • Сообщения от T101
Вике и L_Pt спасибо, теперь понятно.
Фёдор Михайлович Достоевский:
— Ежели русский вам скажет, что не любит Родину, не верьте ему, он не русский.

Оффлайн vika vorobyevaАвтор темы

  • ASTRONOMY.RU
  • *****
  • Сообщений: 8 913
  • Благодарностей: 700
    • Сообщения от vika vorobyeva
    • Записки Вики Воробьевой
[В водородной атмосфере под давлением последний будет переходить в аммиак NH3, но при отсутствия избытка водорода азот будет только в форме N2, никаких других соединений не образуя, даже при большом избытке кислорода.

Зато при недостатке кислорода азот будет вступать в многочисленные и разнообразные реакции с углеводородами, образуя широчайший спектр азотсодержащих углеводородов типа циановодорода, дициана, и пр. вплоть до толинов. Хорошим примером такой химии может служить атмосфера Титана.
Правда, не знаю, как оно все будет при рассмотренных температурах свыше 770К.
Так что азот в модели непременно надо добавлять. А в идеале еще и серу.

Конечно, это многократно увеличит трудоемкость вычислений, ведь авторы модели учитывали спектры большого количества соединений, состоящих из атомов H, C, O. А мы им предлагаем еще два элемента учесть! :)
я не заметила момента
когда мой замок из песка
стал превращаться в криворожский
железорудный комбинат