HELIOS：一个开源、GPU 加速的系外行星大气自洽辐射传输代码

我们推出了名为 HELIOS 的开源辐射传输代码，旨在研究系外行星大气。在其初始版本中，HELIOS 的模型大气是一维且平面平行的，辐射传输方程在考虑非各向同性散射的双流近似下求解。代码采用了一小组主要红外吸收体，利用不透明度计算器 HELIOS-K 计算并通过关联 k 近似方法组合。分子丰度源自经过验证的化学平衡解析公式。我们使用 GJ 1214b 模型将 HELIOS 与 Miller-Ricci 和 Fortney 的工作进行了比较，并进行了多项测试，发现：具有单一温度层的模型大气难以收敛到辐射平衡；以不透明度函数中 ≳ 0.01 cm⁻¹ 的分辨率（每个波数区间 ≲ 10³ 个点）构建的 k 分布表可能导致合成光谱出现 ≳ 1–10% 的误差；在纯吸收极限下，扩散因子取 2 能很好地近似精确的辐射传输解。我们为 6 颗热木星构建了“零假设”模型（化学平衡、辐射平衡和太阳元素丰度）。我们发现 HD 189733b 和 WASP-43b 的昼侧发射光谱与零假设一致，而该假设始终低估了 WASP-8b、WASP-12b、WASP-14b 和 WASP-33b 的观测通量。我们证明，我们的结果对恒星模型（黑体、Kurucz 或 PHOENIX）和金属丰度的选择不太敏感，但受较高的碳氧比强烈影响。该代码作为系外气候模拟平台（ESP；exoclime.net）的一部分公开提供。