泰坦大气甲烷逃逸研究

　　作为土星最大的一颗卫星，泰坦（土卫六）的大气组分与早期的地球大气非常相似，因此备受关注。其中，泰坦大气中的甲烷在光化学作用下会形成大量的有机分子，这些有机分子也被认为与生命的起源密切相关。因而关于泰坦大气甲烷逃逸的研究由来已久。

　　根据卡西尼质卫星质谱仪数据，科学家们推断出泰坦的甲烷总逃逸率在10²⁷每秒左右。后续的一系列关于泰坦甲烷热逃逸（金斯逃逸）的研究得到的甲烷逃逸率基本在10²⁰-10²⁴每秒的范围内。这一值于甲烷总逃逸率相差甚远，所以甲烷逃逸很有可能是由非热逃逸主导的。

图1、泰坦大气中氮气和甲烷的溅射率，包括有化学参与和无化学参与两种情况（摘至Gu et al. 2019）

图2、不同化学反应类型引起的泰坦大气含氮和含碳分子的逃逸率

　　基于以上的原因，我们分别研究了泰坦大气中甲烷最主要的两种非热逃逸机制：溅射逃逸和化学逃逸。结合了卡西尼卫星数据，泰坦大气化学模型以及蒙特卡洛粒子模拟，我们计算出来的甲烷溅射逃逸率和化学逃逸率都在10²⁵每秒以上。我们的研究确认了非热逃逸对于泰坦大气甲烷逃逸的主导作用，并基本解释了泰坦的总甲烷逃逸率的由来。上述工作均发表于Astronomy and Astrophysics上。

1. H. Gu, J. Cui, D.-D. Niu, et al., Monte Carlo calculations of the atmospheric sputtering yields on Titan. A&A, 2019, 623, A18
2. H. Gu, J. Cui, P. P. Lavvas, et al., Dayside nitrogen and carbon escape on Titan: the role of exothermic chemistry. A&A, 2019, 633, A10