GJ 1214b上KCl与ZnS云的微物理研究

系外行星大气中的云会通过减弱、消除和扭曲分子丰度的光谱特征而妨碍表征工作。因此，系外行星光谱的解释强烈依赖于云模型的选择，其中许多模型高度简化且缺乏预测能力。本工作中，我们使用处理微物理过程的云模型，模拟超级地球GJ 1214b大气中氯化钾（KCl）与硫化锌（ZnS）云，以及它们随垂直混合强度与大气金属丰度的变化。微物理过程控制云颗粒的尺寸与空间分布，从而能比简单模型计算出更具物理性的云分布。我们发现KCl云的质量与不透明度随混合强度与金属丰度增加而增大，其颗粒尺寸与空间分布由成核、凝结、蒸发与输运时标决定。若无凝结核存在，ZnS云无法形成，而ZnS在KCl上的异质成核相比纯KCl情形减小了颗粒尺寸。为用均匀成核的KCl云解释GJ 1214b的平坦透射光谱，大气金属丰度须至少达太阳的1000 $\times$，且涡扩散系数须至少 10$^{10}$ cm$^2$ s$^{-1}$。我们预测JWST对GJ 1214b的观测可能揭示甲烷、一氧化碳与水的存在，从而可对大气金属丰度与C/O比施加约束。