HAT-P-1b 大气中动力学驱动全球云形成微观物理的建模

深入了解系外行星大气中云颗粒的形成与全球分布，仍是进入 JWST 时代需解决的关键问题。在三维中理解微观物理云过程与大气反馈机制对系外行星研究者而言颇具挑战。为应对在三维模拟中耦合这些模型所带来的巨大计算负担，我们开发了一个开源、轻量且高效的系外行星大气微观物理云模型。‘Mini-cloud’是一个基于微观物理的系外行星凝聚云模型，可耦合到当代通用环流模型（GCMs）及其他时间依赖模拟中。我们将 mini-cloud 耦合到 Exo-FMS GCM，并以一颗重要的 JWST 目标——热木星 HAT-P-1b，作为云形成模块的测试用例。经过与 mini-cloud 集成 1000 多天后，我们的结果显示出复杂的 3D 云结构，其云特性与大气的动力学和温度特性密切相关。当前的透射与发射光谱数据最好以相较于标称模拟更低的云颗粒数密度来拟合，我们模拟的 JWST NIRISS SOSS 光谱显示出详细表征该大气的良好前景。总体而言，我们的研究是基于第一性原理的 3D 系外行星云形成微观物理建模的又一小步。我们建议，当前模型未包含的额外物理过程（如凝聚）是降低颗粒数密度至适当观测水平所必需的。