由强昼夜化学非均匀性引起的大气成分反演强偏差
地球与行星天体物理
2020-04-29 v1
摘要
当前大多数可进行透射光谱观测的行星离其宿主恒星足够近,从而呈现出相对较强的昼至夜温度梯度。对热行星而言,这导致两半球间出现化学组成二分性。在超热木星的极端情形下,一些物种(如分子氢和水)在昼侧强烈解离,而另一些(如一氧化碳)则不会。然而,当前大多数反演算法依赖一维前向模型,无法模拟该效应。因此我们研究大气的 3D 结构如何使用常用算法反演出的丰度产生偏差。我们以 Wasp-121b 这一典型超热木星为例。我们使用 SPARC/MIT 全球气候模型(GCM)对该行星的模拟,并用 Pytmopsh3R 生成完全考虑大气 3D 结构的透射光谱。随后使用 \taurex 反演代码分析这些光谱。我们发现此类超热木星的透射光谱呈现出减弱的 HO 特征,其源于夜侧——此处温度及因此的标高均小于昼侧。然而,昼侧存在的分子光谱特征因其高温和低平均分子量而被增强。结果,反演参数相比真实值存在强烈偏差。特别是 [CO]/[HO] 被高估一至三个数量级。在使用此类反演分析推断行星大气 C/O 比时必须牢记这一点。我们还讨论了是否有指示量可让我们推断所观测大气的 3D 结构。最后我们表明,Wasp-121b 的 HST/WFC3 透射数据与模型预测的昼夜热与组成二分性相符。
引用
@article{arxiv.2003.05943,
title = {Strong biases in retrieved atmospheric composition caused by strong day-night chemical heterogeneities},
author = {William Pluriel and Tiziano Zingales and Jérémy Leconte and Vivien Parmentier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.05943},
year = {2020}
}
备注
13 pages, 10 figures, accepted on March 12 2020 in Astronomy & Astrophysics, section 10. Planets and planetary systems