潮汐锁定系外行星上的气候不稳定性

在具有强昼夜表面温度对比的行星上，可能会出现破坏同步自转岩石行星气候稳定性的反馈机制。类地宜居带（HZ）行星在地质时间尺度上维持着稳定的表面液态水。这要求温室气体被风化消耗的速率（依赖于温度）与其他过程补充温室气体的速率之间达到平衡。已探测到的小半径系外行星，以及预期中的 M 矮星宜居带岩石行星，预计都处于潮汐锁定状态。我们研究了两种可能破坏潮汐锁定行星气候稳定性的反馈机制。(1) 如果压力的微小变化改变了行星表面的温度分布，使得当压力降低时风化速率增加，则会产生一种正反馈，涉及恒星点附近风化速率的增加、压力的降低以及恒星点表面温度的升高。(2) 当压力降低增加了高于熔点的表面积（通过减弱对恒星点的平流冷却实现），且相应的液体体积增加导致大气净溶解时，压力会进一步降低。我们使用一个理想化的能量平衡模型来描绘这些不稳定性可能发生的条件。风化失控可以缩小宜居带，并在宜居带内引起地质上快速的 $10^3$ 倍压力偏移。火星过去可能经历过风化失控。恒星点溶解通常是对压力变化的负反馈或弱正反馈。如果大气具有高辐射效率，这两种不稳定性都会被抑制。我们的结果最适用于稀薄且温室气体辐射效率低的大气。这些结果确定了一条新的途径，宜居带行星可以通过该途径经历快速气候偏移并变得不适宜居住。