[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究发现，尽管白天受 irradiation 不同，热木星的夜晚侧温度普遍约为 1000 K，这是由于厚厚云层抑制了热变异性并产生了无特征光谱。这种均匀的夜晚侧温度更应归因于云层引起的热均质化，而非大气波驱动的热量输送。

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.

研究动机与目标

• 利用红外相位曲线确定热木星的经向亮度分布。
• 估算夜晚侧有效温度并评估其与 irradiation 的依赖关系。
• 探究大气波驱动热量输送或云层消光是否能解释观测到的热均匀性。
• 评估能量平衡模型与云层引起的热均质化哪种更符合观测到的相位曲线数据。

提出的方法

• 将完整轨道的红外相位曲线反演为经向分辨的亮度分布。
• 从 12 颗热木星的相位曲线数据中计算夜晚侧有效温度。
• 将观测到的温度与假设波传播可忽略的能量平衡模型预测值进行比较。
• 评估具有大颗粒尺寸的矿物或硫化物云模型，以解释热均匀性与无特征光谱。
• 评估云层消光对热辐射与热量输送效率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何尽管白天受 irradiation 不同，热木星的夜晚侧温度仍近乎普遍为 ~1000 K？
• RQ2 大气波传播在热木星热量输送中起到多大作用？
• RQ3 厚云层若含大颗粒，能否解释观测到的热均匀性与无特征夜晚侧光谱？
• RQ4 假设波传播可忽略的能量平衡模型与观测到的相位曲线数据拟合程度如何？

主要发现

• 典型热木星的夜晚侧有效温度始终约为 1000 K，与白天受 irradiation 水平无关。
• 三颗超热木星——WASP-12b、WASP-33b 和 WASP-103b——表现出不同行为，其白天温度高到足以解离分子氢。
• 假设波传播可忽略的能量平衡模型比包含显著波驱动热量输送的模型更符合观测结果。
• 由矿物或硫化物构成、颗粒尺寸较大的厚云层可同时解释夜晚侧温度的均匀性与无特征夜晚侧光谱。
• 观测到的热均匀性与预测夜晚侧温度存在显著变化的模型不一致。