Dust condensation in evolving discs and the composition of planetary building blocks
Dust condensation in evolving discs and the composition of planetary building blocks
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演化盘中的灰尘凝结和行星构件的组成
DOI：
10.1093/mnras/staa1149
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发表时间：
2020
影响因子：
4.8
通讯作者：
Steffen, Jason H
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Min;Huang, Shichun;Petaev, Michail I;Zhu, Zhaohuan;Steffen, Jason H
来自太阳星云的尘埃的部分凝结可能是造成内太阳系球粒陨石和岩石行星/星子的不同化学成分的原因。我们提出了一个原行星盘的正向物理化学模型，以预测可能从这样一个圆盘形成的行星构建块的化学成分。我们的模型包括星盘的物理演化、凝结、部分平流和星盘内尘埃的解耦。凝析液的化学成分随时间和半径的变化而变化。我们比较了两种尘埃冷凝模型的结果：其中一种模型中，当圆盘中的平面温度低于该元件的50%冷凝温度（）时，元件冷凝；另一种模型中，尘埃的冷凝是通过吉布斯自由能最小化技术计算的，假设在局部圆盘温度和压力下化学平衡。两个模型的结果大体上是一致的，根据径向距离和元件的冷凝温度，有10%的系统差异。如果尘埃的解耦时间尺度与圆盘的演化时间尺度相同或更长，那么这两种模型都预测了类似于CM、CO和CV球粒陨石的成分。如果解耦时间尺度太短，则组成与测量值有明显偏差。这些模型可能有助于我们了解球粒陨石的化学成分，并最终了解太阳系中的类地行星，并可能限制岩石系外行星的潜在化学成分。
Partial condensation of dust from the Solar nebula is likely responsible for the diverse chemical compositions of chondrites and rocky planets/planetesimals in the inner Solar system. We present a forward physical–chemical model of a protoplanetary disc to predict the chemical compositions of planetary building blocks that may form from such a disc. Our model includes the physical evolution of the disc and the condensation, partial advection, and decoupling of the dust within it. The chemical composition of the condensate changes with time and radius. We compare the results of two dust condensation models: one where an element condenses when the mid-plane temperature in the disc is lower than the 50 per cent condensation temperature () of that element and the other where the condensation of the dust is calculated by a Gibbs free energy minimization technique assuming chemical equilibrium at local disc temperature and pressure. The results of two models are generally consistent with some systematic differences of ∼10 per cent depending upon the radial distance and an element’s condensation temperature. Both models predict compositions similar to CM, CO, and CV chondrites provided that the decoupling time-scale of the dust is of the order of the evolution time-scale of the disc or longer. If the decoupling time-scale is too short, the composition deviates significantly from the measured values. These models may contribute to our understanding of the chemical compositions of chondrites, and ultimately the terrestrial planets in the Solar system, and may constrain the potential chemical compositions of rocky exoplanets.
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