原行星星云与系外行星大气中聚集颗粒的实用不透明度模型

当微小固体颗粒在原行星星云或系外行星多云大气中生长为较大颗粒时，它们通常形成多孔聚集体而非实心球体。此前许多研究采用了高度复杂的方案来计算波长远大于不规则多孔颗粒尺寸的不透明度模型。然而，一旦聚集颗粒尺寸超过相关波长，仅颗粒生长本身对介质不透明度的影响，就远大于颗粒组分间详细的成分和/或结构差异所带来的影响。这一物理现象并非新知；本文旨在提供一个模型，该模型既能提供物理洞察，又易于应用于近年来日益增多的原行星星云演化和系外行星大气模型中，同时能定量捕捉任意尺寸、孔隙率和成分的颗粒混合物的主要辐射特性。该模型是有效介质理论与小颗粒闭式表达式的简单结合，并辅以适当选择的向几何光学行为的过渡。文中展示了波长依赖的发射率和 Rosseland 平均不透明度的计算结果，并与 Mie 理论进行了比较。除涉及纯金属颗粒或尺寸与波长相当的实心颗粒的单色不透明度情况外，该模型在所有比较中均表现出极高的保真度。