褐矮星与直接成像巨行星的大气动力学

多种观测证据表明褐矮星和直接成像巨行星的大气中存在剧烈运动。受这些观测的启发，我们研究了这些物体大气和内部环流的动力学机制。褐矮星自转迅速，对于合理的风速而言，大尺度流动将由旋转主导。我们提出了内部对流的三维全局数值模拟，结果表明在大尺度上，对流沿平行于自转轴的方向排列。高纬度的对流效率高于低纬度，导致系统性的赤道至极地温度差异，在对流层顶部附近可能达到约 1 K。对流与上层稳定分层大气的相互作用将产生丰富的大气波动，我们认为，正如太阳系行星的平流层一样，这些波动与平均流的相互作用将在区域至全球尺度上引起显著的大气环流。在大尺度上，这应包括分层湍流（可能组织成涡旋和射流等相干结构）以及伴随的翻转环流。我们提出了这种环流的近似解析理论，预测特征水平温度变化为几到约 50 K，水平风速约为 10-300 m/s，垂直速度可在约$10^5$-$10^6$秒内平流空气跨越一个标高。这种垂直混合可能有助于解释在某些褐矮星上观测到的化学非平衡现象。此外，隐含的温度扰动和垂直速度的大尺度组织表明，在 L/T 过渡区附近，光球层附近可形成斑块状云，有助于解释近期观测到的褐矮星近红外变异性。