氷小石成長に対する核形成の影響

原始惑星系円盤中の氷小石成長に対する核形成の影響
（2019年7月19日に提出された）
原始惑星系円盤の氷線の外側は、直接蒸着によって成長することができます。それにもかかわらず、利用可能な蒸気は、総表面積を支配する小さい粒子上に堆積されるので、微視的ケイ酸塩粒子の存在は、大きな小石への成長を妨げる可能性がある。火星大気中の氷雲を理解するために行われた不均一氷核形成に関する実験は、ケイ酸塩表面上の新しい氷層の形成が既存の氷表面上への水蒸気の堆積よりもかなり高い水蒸気圧を必要とすることを示す。本稿では、水氷上の蒸気の堆積に必要な分圧の違いとケイ酸塩粒子上の不均一氷の核形成が水氷線近くでの粒子成長にどのように影響するかを調べた。我々は、乱流原始惑星円盤における半径方向のドリフト、沈降および拡散を含む動的な1次元堆積および昇華モデルを開発し、テストします。アイスラインの外側の蒸気圧は裸のケイ酸塩粒子上の不均一核形成には低すぎるので、蒸気はすでに氷で覆われた粒子上に主に堆積することがわかった。このように、氷の粒子は氷の線の周りの狭い領域でセンチメートルサイズの小石に成長することができますが、珪酸塩粒子はほこりサイズのままでディスクの上に拡散します。不均一氷核形成の抑制は、我々が大きな氷の小石を見いだす氷線に近い微惑星に向かって成長するための優先的な領域をもたらす。
図1全体の水蒸気に対する飽和比S = Pv = Psat
シミュレーション領域黒は初期彩度比、青は青　蒸気と氷の間の平衡がとられた後の状態を示す
達しました。シミュレーション開始時のアイスラインの位置、ここでS団結に達すると、灰色の破線でマークされます。最初は、すべての粒子
薄い氷のマントルを持ち、残りの水は蒸気としてシミュレーション領域全体に分配され、急激にSが上昇します。の
利用可能な固体上に過剰の水が急速に堆積するため、S≈1　t = 10年で示されるように、氷線の外側のどこでも。


図2半主軸の関数としての臨界彩度比S crit　裸のケイ酸塩粒子について示された我々のシミュレーションの全範囲について
黒と水の氷の中の（不均一な氷核形成）は青の粒子を覆った（堆積氷の成長）。 アイスラインも表示されています
灰色の破線としてS = 1の場所。 上の水平軸は対応するディスク温度を示しています。
Ｔ ／ Ｋ ＝ ２８０×（ｒ ／ ＡＵ）−１／２。 160≦T≦179の温度範囲におけるケイ酸塩の臨界飽和比は、Iraciらによる実験データである。（2010）。


図3私たちのモデルに含まれる物理プロセスのスケッチ 氷で覆われた粒子（青）はある地域での蒸気（赤）の堆積によって成長する
ここで、彩度比は1です。 氷の粒子が地域に入る　彩度比が1よりも低い場合、昇華しています。
この地域では十分に長く、結局それらのケイ酸塩コアを後に残す
昇華した蒸気に加えて（灰色）。 飽和比が不均一核形成に必要な臨界飽和比に達しないので、裸ダスト粒子は新しいアイスマントルを獲得できない。 動的
プロセスは、左向きの矢印とともに、灰色の矢印で表されます。サイズに依存する半径方向のドリフト、およびを指す矢印
右は乱流拡散の外向きの部分を表します。 衝突はこのモデルに含まれていません。


図4.基準完全温度依存核形成モデルに対する粒子成長、ここで両方の堆積の影響を含める
けい酸塩ダスト上での成長と不均一核形成 上のパネルは、ｔ ＝ １０、１００および１００における半主軸の関数としての粒径を示す。
1000年 氷で覆われた粒子は、実際の粒子サイズに比例したサイズの青い円と、裸のミリメートルサイズで表示されます。
ケイ酸塩粒子は黒で示されている。 下のパネルは対応する時間の彩度比を示しています。ここで黒い線は平滑化された平均です
赤で表示されている各グリッドセルの彩度比の。 成長は、氷の線の外側の狭い地域で、≒2.6 auで、粒子があります。
1000年でセンチメートルに達する。 より大きいｒでの粒子成長はシミュレーションの開始時の蒸着の結果である。


図5全温度依存核形成モデルにおける時間の関数としての粒子成長。公称ランは黒で表示
ライン。 最大の粒子は数千の範囲内でセンチメートルサイズに達する
シミュレーションの間ずっと、センチメートルの大きさでいてください。 比較のために、低解像度の分析結果も示します（np = 10＾5）青で、そして低乱流（α＝ 10＾−4）で運転する
両方とも名目上の実行と一致しています。 より高い蒸気スケールの高さでの運転H　H 2 O = Hgは黄色で表示されます。