非均匀性效应 I：非均匀的表面与大气加速行星冷却

我们提出一个一般性原则：在辐射-对流平衡下，行星表面和大气的空间与时间变化倾向于增强其冷却。该原则基于詹森不等式，以及表面温度和 outgoing 冷却通量对入射恒星通量和大气不透明度变化的响应函数的曲率。我们使用解析模型证明该原则适用于多种行星类型：（1）在无大气行星上，平均表面温度低于其平衡温度；（2）在有大气的类地行星上，入射恒星通量与大气不均匀性降低了平均表面温度；（3）在巨行星上，非均匀分布的恒星通量与大气不透明度增加了 outgoing 红外通量，冷却其内部。尽管可见不透明度的非均匀性有时可能加热大气，但该效应通常远小于红外不透明度的非均匀冷却效应。与均匀情形相比，非均匀类地行星的平均表面温度可降低20%以上，而巨行星的内部热通量可增加超过一个数量级。尽管我们的解析框架存在简化，恒星通量非均匀性的效应似乎是稳健的，但要充分理解更真实情形下不透明度非均匀性的效应，仍需进一步研究。该原则影响了我们使用可能此前忽视非均匀性作用的低分辨率和一维框架对行星宜居性以及巨行星演化的理解。