HD 189733b上的动态矿物云 I. 具有动力学非平衡云形成的三维辐射流体力学

系外行星大气的观测已揭示其大气中存在云颗粒。将系外行星大气中的云形成与大气动力学耦合的3D建模一直是个挑战。我们研究了热木星系外行星大气中云形成过程的热流体动力学性质。我们用一个3D模型模拟了HD 189733b的动态大气，该模型将三维辐射流体动力学与为RHD/GCM系外行星大气模拟设计的动力学、微物理矿物云形成模块相耦合。我们的模拟包含了云平流和沉降的反馈效应、气相元素平流和耗尽/补充以及云不透明度的辐射效应。我们将云颗粒建模为矿物材料的混合物，这些材料在穿过大气热化学环境时大小和成分发生变化。所有局部云属性如数密度、颗粒大小和材料成分都按时间依赖计算。模型中包含了因云形成导致的气相元素耗尽。应用原位有效介质理论和米氏理论计算云组件与波长相关的不透明度。我们给出了热木星HD 189733b的化学复杂气态大气的3D云结构。在压力小于1 bar时，平均云颗粒尺寸通常为亚微米（0.01-0.5 $\mu$m），较热的赤道区域包含最小的颗粒。较密的云结构出现在终晨昏线区域和较深（$\sim$ 1 bar）的大气层。硅酸盐材料如MgSiO$_{3}$[s]在中高纬度丰富，而TiO$_{2}$[s]和SiO$_{2}$[s]主导赤道区域。