潮汐锁定岩质行星上的大气稳定性与坍缩
地球与行星天体物理
2020-07-01 v1
摘要
在漫长的时间尺度上，一颗类地行星可能被潮汐力驱动至自旋-轨道同步自转。在这种特殊构型下，行星呈现出永久的昼半球与夜半球，这可能引发强烈的昼夜温度梯度。夜半球温度取决于昼夜热量再分布的效率，并决定了大气抵抗坍缩的稳定性。为了更好地约束位于宿主恒星宜居带内岩质行星的大气稳定性、气候与表面条件，理解热量再分布的复杂机制至关重要。基于早期工作并假设干热力学，我们发展了一套解析模型层级，在慢自转行星情形下考虑了辐射传输、昼半球对流与大尺度大气环流之间的耦合。这些模型有两类：零维两层方法和双柱辐射-对流-下沉-上升（RCSU）模型。它们给出了表征坍缩压力对物理特征依赖关系的解析解与标度律，并与早期使用三维全球气候模型（GCMs）所得结果进行比较。该解析理论捕捉到：（i）温度对短波与长波中大气不透明度及散射的依赖性；（ii）在低恒星通量下 GCM 模拟中观测到的坍缩压力行为，其源于大气不透明度对行星表面长波光学厚度的非线性依赖；（iii）昼半球感热加热所产生的稳定性增加；（iv）行星尺寸增大所引起的稳定性降低。
引用
@article{arxiv.2004.07134,
title = {Atmospheric stability and collapse on tidally locked rocky planets},
author = {Pierre Auclair-Desrotour and Kevin Heng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.07134},
year = {2020}
}
备注
27 pages, 15 figures, accepted for publication in Astronomy & Astrophysics