辐射瑞利-泰勒不稳定性与行星大气中云的结构

鉴于可能凝结物质的巨大范围，系外行星大气中预期会在广泛条件下形成云。然而，这种多样性可能因不同热条件下的辐射传输而导致非常不同的小尺度动力学：我们旨在为这些动力学机制提供一些见解。我们对具有依赖于成分的加热源项的成分不连续性进行了分析性线性稳定性分析。我们还使用 ARK 代码在分层介质中对不透明度不连续性进行了理想化的二维（2D）模拟。我们采用双流灰模型进行辐射传输，并探索了棕矮星和类地 regime。我们揭示了当分层介质中存在不透明度不连续性时，会出现辐射瑞利-泰勒不稳定性（以下简称 RRTI，为非绝热瑞利-泰勒不稳定性的一种特例）。该不稳定性本质上类似于非绝热对流，且仅依赖于浮力以及辐射传输的加热与冷却。当大气中温度随高度下降时，高不透明度介质之上的低不透明度介质在动力学上是不稳定的，而低不透明度介质之下的高不透明度介质是稳定的。若温度随高度升高，则该稳定/不稳定行为相反。RRTI 的存在可能对广泛行星大气的云盖稳定性具有重要影响。在太阳系中，它有助于解释地球大气中乳房状云的形成以及金星云层deck的存在。同样，这表明在强辐照系外行星中稳定且大尺度的云盖可能普遍存在，但在弱辐照或孤立天体（如棕矮星和直接成像系外行星）中可能更为斑片状。