[論文レビュー] A Universal Nightside Temperature on Hot Jupiters due to Nocturnal Clouds

Dylan Keating, Nicolas B. Cowan|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 4

ひとこと要約

この研究では、厚い雲が熱的変動を抑制し、特徴のないスペクトルを生じさせることで、日光照射量が異なるにもかかわらず、熱いジュピターが約1000 Kの普遍的な夜側温度を示すことが判明した。均一な夜側温度は、大気波駆動による熱輸送よりも、雲に起因する熱的均質化によってよりよく説明される。

ABSTRACT

The nightsides of synchronously rotating planets are sensitive probes of atmospheric heat transport; detecting thermal flux from the nightside of such a planet means that energy has been transported there from its dayside. We invert orbital phase curves into longitudinally resolved brightness distributions in order to estimate the nightside effective temperatures for twelve hot Jupiters with full-orbit infrared phase curves. We find that, although dayside temperatures on hot Jupiters are proportional to their irradiation temperatures, nightside temperatures of typical hot Jupiters are approximately 1000K. The three exceptions, WASP-12b, WASP-33b, and WASP-103b, are ultra-hot Jupiters: planets with dayside temperatures hot enough to dissociate molecular hydrogen. Models predict much more varied nightside temperatures than we observe. Energy balance models provide a better fit to the observations if wave propagation is negligible for heat transport. Alternatively, the relatively uniform nightside temperatures of hot Jupiters could be due to thick clouds. Mineral or sulfide clouds, if they had sufficiently large particles, could explain the uniform nightside temperature, as well as the relatively featureless nightside spectra of these planets.

研究の動機と目的

• 赤外位相曲線を用いて、熱いジュピターの経度方向の明るさ分布を特定すること。
• 夜側効果温度を推定し、その照射量依存性を評価すること。
• 大気波駆動による熱輸送か、雲の光学的厚さが観測された熱的均質性をどのように説明するかを調査すること。
• エネルギー収支モデルと雲に起因する熱的均質化のどちらが観測された位相曲線データにより適切に適合するかを評価すること。

提案手法

• 全軌道の赤外位相曲線を逆問題解法により経度に依存する明るさ分布に変換すること。
• 12個の熱いジュピターについて、位相曲線データから夜側効果温度を計算すること。
• 波の伝播が無視できると仮定したエネルギー収支モデルの予測と観測温度を比較すること。
• 熱的均質性および特徴のないスペクトルを説明するための、大きな粒子サイズの鉱物または硫化物雲モデルの評価。
• 雲の光学的厚さが熱放射および熱輸送効率に与える影響の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ熱いジュピターは日光照射量が異なるにもかかわらず、ほぼ普遍的な夜側温度約1000 Kを示すのか？
• RQ2 大気波の伝播が熱いジュピターの熱輸送にどの程度寄与しているのか？
• RQ3 大きな粒子を有する厚い雲が、観測された熱的均質性および特徴のない夜側スペクトルを説明できるか？
• RQ4 波の伝播を無視できると仮定したエネルギー収支モデルは、観測された位相曲線データにどの程度適合するか？

主な発見

• 一般的な熱いジュピターの夜側効果温度は、日光照射量にかかわらず一貫して約1000 Kである。
• 超高温のジュピター3例（WASP-12b、WASP-33b、WASP-103b）は特異な挙動を示し、分子状水素が解離するほど高い日側温度を示している。
• 波の伝播を無視できると仮定したエネルギー収支モデルは、波駆動による熱輸送を含むモデルよりも観測データに適切に適合する。
• 鉱物または硫化物からなる大きな粒子サイズの厚い雲は、均一な夜側温度および特徴のない夜側スペクトルの両方を説明できる。
• 観測された熱的均質性は、夜側温度に強い変動を予測するモデルとは整合しない。