关于受辐照行星大气的辐射平衡

恒星和行星的演化主要受其大气性质控制。对于靠近恒星的系外行星尤其如此，必须同时考虑（通常强烈的）辐照通量和导致行星内部热量逐渐散失的内禀通量。本文旨在帮助理解系外行星大气中辐射传输与平流之间的耦合，并为深层大气温度提供约束。这对于评估修改假定不透明度源和/或热传输是否能够解释迄今发现的大量巨行星的膨胀尺寸至关重要。我采用受爱丁顿恒星大气近似启发的简单解析方法，推导出温度与光学深度之间的关系，该关系适用于同时传输内禀热通量并接收外部辐射通量的平行平面静态灰大气。模型分别以平均可见光不透明度和热不透明度为参数进行参数化。结果表明，该模型能较好地再现由更复杂的系外行星大气辐射传输计算得到的温度廓线。它自然地解释了当光学波段的不透明度相对于红外波段变得显著时，为何会出现温度反转（平流层）。我进一步证明，在恒定光学深度层上存在水平平流时，平均等效通量（与 T^4 成正比）是守恒的。这意味着在这些假设下，用作演化模型外边界的深层大气温度应基于整个行星大气（而非仅白天侧或星下点）的模型计算。在此条件下，当前模型给出的深层温度比解释行星 HD 209458b 当前尺寸所需的温度低约 1000K。需要将红外与可见光不透明度之比提高十倍，才能足够减缓行星冷却和收缩以解释其尺寸。然而，当存在不透明度变化或非辐射垂直能量传输时，平均等效通量不再守恒：夜间侧云层的存在，或动能向下传输并在深层耗散，将有助于使深层大气变热，并可能解释巨行星的膨胀尺寸。