基于大气环流模型对类地系外行星气候与宜居性的限制
地球与行星天体物理
2017-03-15 v1
摘要
宜居性的传统定义要求丰富的液态表面水在地质时间尺度上持续存在。水的每种热力学相都与太阳和热能辐射相互作用，并导致强烈的气候反馈。因此，对宜居带的评估需要模型包含地质时间内水循环的完整处理。在此，我们使用国家大气研究中心的社区大气模型，在恒定CO2下，研究围绕F、G和K型矮主序星广泛恒星辐射流范围内类地行星的气候演化。围绕每颗恒星，我们发现四个由互斥的全球平均表面温度（Ts）定义的稳定气候状态：雪球（Ts < 235 K）、水带（235 K < Ts < 250 K）、温带（275 K < Ts < 315 K）和湿润温室（Ts > 330 K）。每个状态之间由突变气候转变分隔。水带、温带和较冷的湿润温室气候可分别对抗海冰反照率和氢逃逸过程维持开阔海洋，从而构成宜居世界。我们认为最温暖的可能宜居行星的Ts ~ 355 K，此时扩散限制的水损失可在~1 Gyr内移除地球海洋。若无对地球类似温度和压强下非冷凝温室气体（如CO2）的长尺度调节，由于主序增亮，围绕F、G和K型矮星的宜居性可分别维持上限约2.2、约2.4和约4.7 Gyr。
引用
@article{arxiv.1702.03315,
title = {Constraints on Climate and Habitability for Earth-like Exoplanets Determined from a General Circulation Model},
author = {Eric T. Wolf and Aomawa L. Shields and Ravi K. Kopparapu and Jacob Haqq-Misra and Owen B. Toon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1702.03315},
year = {2017}
}
备注
accepted at Astrophysical Journal, 3 tables, 6 figures, 43 pages