Влияние облаков на границу атмосфера–мантия у суб-Нептунов

Суб-Нептуны относятся к наиболее распространённым типам ближних планет в нашей Галактике, однако их массовый состав остаётся во многом неясным: возможны конфигурации с H-обогащёнными оболочками над каменными ядрами, планеты, богатые летучими веществами, и углеродсодержащие интерьеры. Атмосферная характеристика предлагалась как способ различения этих сценариев, но накапливающиеся данные указывают на то, что у суб-Нептунов могут быть расплавленные границы атмосфера–мантия, способные изменять состав атмосферы. Мы используем одномерную климатическую модель PICASO, связанную с моделями внутренней структуры и химии магмы–атмосферы, чтобы количественно оценить, как облака меняют атмосферную и внутреннюю структуру суб-Нептунов. Для умеренных по температуре суб-Нептунов, таких как TOI-270 d, мы находим, что облака могут приводить к нагреву в глубине ≥1000 K (примерно при ~10^4 бар) и к охлаждению около ~600 K при малых давлениях (~1 бар). Этот нагрев сильно зависит от эффективности седиментации облаков и, в меньшей степени, от металличности. Большинство суб-Нептунов в нашей выборке, по-видимому, должны иметь расплавленную границу атмосфера–мантия, за исключением TOI-1231 b и GJ 1214 b. Для этих двух планет модели с облаками дают расплавленную границу, тогда как в прозрачных моделях возможна твёрдая граница. Облака могут повысить температуру границы атмосфера–мантия на величину от ~1400 до 2600 K для большинства суб-Нептунов в нашей выборке. Такое нагревание, вызванное облаками, может существенно изменить состав границы: концентрации O2, SiH4 и SiO демонстрируют увеличение ≥36% в сравнение моделей с облаками и без облаков для TOI-270 d. Мы обсуждаем последствия наших результатов для тепловой эволюции и для измерений внутреннего теплового потока у этой популяции.