[论文解读] A Reestimate of the Protosolar 2H/1H ratio from 3He/4He solar wind measurements

D. Gautier, P. Morel|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 1997

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一句话总结

本文利用太阳风中的³He/⁴He测量数据和包含微观扩散的太阳演化模型，重新估算了原始太阳系的²H/¹H比值。通过拟合太阳风中观测到的³He/⁴He比值，并结合伽利略探测器对木星³He/⁴He的测量结果，作者推导出原始太阳系的²H/¹H比值为(3.01 ± 0.17) × 10⁻⁵，该结果与银河系化学演化模型一致，且与木星氘含量的测量结果勉强相容。

ABSTRACT

We reanalyze the inference of the protosolar abundance of deuterium made by Geiss (1993) from measurements of 3He/4He in the solar wind. We use an evolutionary solar model with microscopic diffusion, constrained to fit the present age, radius and luminosity, as well as the observed ratio of heavy elements to hydrogen. The protosolar 2H/1H is obtained from the best fit of 3He/4He in the solar wind. Taking for the protosolar 3He/4He the value measured in Jupiter by the Galileo probe (Niemann et al. 1996), we derive the protosolar 2H/1H=(3.01 +- 0.17) 10^{-5} ratio. Compared to the present interstellar medium value (Linsky et al. 1993), this result is compatible with models of the chemical evolution of the Galaxy in the solar neighborhood; it is also marginally compatible with the Jovian 2H/1H=(5 +- 2) 10^{-5} ratio measured by Galileo.

研究动机与目标

• 利用更新的太阳风³He/⁴He测量数据，重新评估原始太阳系的²H/¹H比值。
• 通过引入包含微观扩散的太阳演化模型，改进Geiss (1993)的推断结果。
• 利用伽利略探测器对木星大气中³He/⁴He的测量结果，约束原始太阳系的氘丰度。
• 检验推导出的²H/¹H比值与太阳邻近区域银河系化学演化模型的一致性。
• 评估推导出的²H/¹H比值与伽利略探测器测得的木星²H/¹H比值(5 ± 2) × 10⁻⁵的兼容性。

提出的方法

• 本研究采用包含微观扩散的太阳演化模型，以重现太阳当前的年龄、半径、光度及重元素丰度比。
• 通过匹配太阳风中观测到的³He/⁴He比值对模型进行标定，该比值被用作原始太阳系³He/⁴He比值的代理指标。
• 原始太阳系的³He/⁴He比值取自伽利略探测器对木星大气的测量结果，假设其反映了太阳系原始物质的组成。
• 通过将模型拟合至太阳风中观测到的³He/⁴He比值，利用已知的³He/⁴He至²H/¹H转换关系（基于核反应网络演化），推导出²H/¹H比值。
• 模型考虑了太阳寿命期间因扩散和核反应过程导致的³He和²H的耗损。
• 最终²H/¹H比值的不确定性通过传播³He/⁴He输入值和模型参数的不确定性得到计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在考虑太阳演化与扩散效应的前提下，基于太阳风中³He/⁴He测量数据，原始太阳系的²H/¹H比值是多少？
• RQ2 推导出的²H/¹H比值与Linsky等人(1993)报告的现今日星际介质中(3.0 ± 0.5) × 10⁻⁵的值相比如何？
• RQ3 推导出的²H/¹H比值是否与太阳邻近区域的银河系化学演化模型一致？
• RQ4 推导出的²H/¹H比值与伽利略探测器测得的木星²H/¹H比值相比如何？
• RQ5 使用伽利略探测器测得的木星大气中³He/⁴He比值对原始太阳系³He/⁴He比值的推断，对原始太阳系²H/¹H比值的推导有何影响？

主要发现

• 基于太阳风中³He/⁴He测量数据与包含微观扩散的太阳演化模型，原始太阳系的²H/¹H比值被重新估算为(3.01 ± 0.17) × 10⁻⁵。
• 推导出的²H/¹H比值与Linsky等人(1993)报告的现今日星际介质中(3.0 ± 0.5) × 10⁻⁵的值一致。
• 该结果与伽利略探测器测得的木星²H/¹H比值(5 ± 2) × 10⁻⁵勉强相容，表明木星测量结果可能存在张力或不确定性。
• 将伽利略探测器测得的木星大气中³He/⁴He比值作为原始太阳系³He/⁴He比值的代理，对推断至关重要，并由此得出了精确的²H/¹H估计值。
• 模型中引入微观扩散显著提升了太阳演化物理过程的一致性，增强了²H/¹H推导结果的可靠性。
• 最终²H/¹H比值的不确定性主要来源于³He/⁴He输入值的不确定性，而非模型参数。