系外海王星上随高度与经度的化学变化：对 Ariel 相位曲线观测的预测

利用二维热结构模型与伪二维化学动力学模型，我们探究了在不同距宿主恒星距离上的近距凌星海王星级系外行星赤道区域内，大气温度与组成如何随高度和经度变化。我们的模型预测，昼夜平流层温度对比随行星有效温度 T_eff 增大而增强；大气组成也随 T_eff 显著改变。在我们模拟的系外海王星大气中，水平输运诱导的猝灭非常有效，在红外观测敏感的平流层压强处起到使物种丰度垂直廓线随经度均一化的作用。我们的模型对利用 Ariel 任务进行的作为轨道相位函数的行星发射观测具有重要意义。预测 T_eff = 500-700 K 的较冷太阳组成系外海王星具有较小的红外发射光谱轨道相位变化，使其成为 Ariel 较不稳健的相位曲线目标。T_eff > 1300 K 的热太阳组成系外海王星表现出强烈的红外发射轨道相位变化，但从大气化学角度看或许较无趣，其光谱特征由少数物种主导，这些物种的丰度预期不随经度变化且符合热化学平衡。T_eff = 900-1100 K 的太阳组成系外海王星处于有趣的中间 regime，其红外相位曲线变化同时受温度与组成变化影响。这一有趣的中间 regime 随大气金属度增大而移向更低温度，使得较冷的高金属度海王星级行星成为 Ariel 相位曲线观测的合适目标。