探索冷巨行星反射光谱中 H$_2$O 的显著性
摘要
行星大气中的 H2O 丰度是形成条件的有力指示。由于冷凝使上层大气中的水蒸气耗尽，推断太阳系巨行星中的 H2O 具有挑战性。温度明显更高的热木星系外行星可通过透射光谱轻松探测 H2O，但此类特征常因其他物质构成的云的存在而减弱。相反，高散射的 H2O 云可在反射光中增亮行星，增强分子特征。在此，我们对冷（Teff<400K）巨系外行星大气反射光谱中 H2O 吸收特征的显著性进行了广泛的参数空间研究。探讨了有效温度、引力、金属度和沉降效率的影响。我们在约 0.94um、0.83um 以及 0.4-0.73um 的宽光谱区域内发现了显著的 H2O 特征。0.94um 特征仅在高空水云增亮行星时可探测到：T~150K、g>~20m/s^2、fsed>~3、m<~10倍太阳。相比之下，g<~20m/s^2 且 T>~180K 的行星在 0.4-0.73um 的瑞利斜率中显示出显著的 H2O 特征。高 fsed 增强了约 0.94um 处的 H2O 特征，并使其能在更低温度下被探测到。高 m 导致 H2O 吸收特征减弱，原因是 H2O 蒸气冷凝形成明亮的光学厚云，主导了连续谱。我们通过低引力系外行星 HD 192310c 的自洽建模验证了这些趋势，揭示其反射光谱在 m<~10倍太阳时预期由 0.4-0.73um 的 H2O 吸收主导。我们的结果表明，H2O 在仅比木星略暖的冷巨行星的反射光谱中明显可探测，为直接约束迄今未探索的系外行星大气群的 C/O 和 O/H 比提供了途径。
引用
@article{arxiv.1804.00662,
title = {Exploring H$_2$O Prominence in Reflection Spectra of Cool Giant Planets},
author = {Ryan J. MacDonald and Mark S. Marley and Jonathan J. Fortney and Nikole K. Lewis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1804.00662},
year = {2018}
}
备注
21 pages, 11 figures. Accepted for publication in ApJ. Reflection spectra repository and animated figures: https://doi.org/10.5281/zenodo.1210305