热巨行星与褐矮星的大气动力学

过去十年间,地基与空间望远镜观测结合密集的建模工作,极大增进了我们对热巨行星和褐矮星的理解。尽管这些天体皆为流体、以分层大气覆盖对流内部的氢世界,它们却展现出令人惊叹的大气行为多样性。热木星受强辐照,大量观测约束了昼夜温差、环流与云量。强烈的恒星辐照、假定潮汐锁定与缓慢自转导致了强昼夜辐射强迫的新奇 regime。环流模型预言巨大的昼夜温差、全球尺度涡旋、斑块状云,且在多数情况下赤道处存在快速向东急流——赤道超旋转。温木星可能展现广泛的自转速率、自转轴倾角和轨道偏心率,加之较弱辐照,导致其环流模式与可观测特征预期与热木星显著不同。褐矮星通常为孤立、快速自转的世界;它们向空间辐射巨大能流且内部剧烈对流。其大气在区域到全球尺度上展现云与温度的斑块性——此为大规模大气环流调制的结果。尽管缺乏辐照,此类环流可由内部对流与上层大气的相互作用驱动,以及云动力-辐射反馈导致的斑块自组织。最后,受辐照褐矮星有助于弥合这些天体类别间的鸿沟,既经历强烈外辐照又具剧烈内部对流。层次化建模途径已对这些现象背后的动力学带来重大新见解。