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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.15854v1 (astro-ph)
[提交于 2025年7月21日 ]

标题: 多云的早晨和晴朗的夜晚在热木星系外行星大气中

标题: Overcast mornings and clear evenings in hot Jupiter exoplanet atmospheres

Authors:Guangwei Fu, Sagnick Mukherjee, Kevin B. Stevenson, David K. Sing, Reza Ashtari, Nathan Mayne, Joshua D. Lothringer, Maria Zamyatina, Stephen P. Schmidt, Carlos Gascón, Natalie H. Allen, Katherine A. Bennett, Mercedes López-Morales
摘要: 气溶胶是系外行星大气这一年轻领域中的一个古老话题。 理解它们是什么,如何形成,以及它们去向何处,长期以来为理论家提供了一个丰富的研究领域。 然而,对于观测者来说,气溶胶多年来一直是个令人头痛的问题,因为它们的持续存在掩盖了大气特征。 对于热木星而言,昼夜之间巨大的温度差异驱动了不均匀的热结构和气溶胶分布,导致通过凌日光谱探测到的不同边缘特性。 我们展示了九颗气体巨行星的JWST NIRISS/SOSS光谱,其平衡温度约为800-1700 K。通过测量两个边缘的1.4$\mu$m水带特征大小,我们发现三颗行星(WASP-39 b、WASP-94 Ab和WASP-17 b)显示出显著的($>$5$\sigma$)边缘-边缘大气消光差异,其中早晨边缘较弱,而傍晚边缘清晰。 早晨边缘上强烈的水特征表明高海拔(0.1至0.01 mbar)气溶胶。 要同时拥有清晰的傍晚边缘,需要时间尺度($\sim$天)与平流相当的过程来移除这些悬浮颗粒,我们发现下沉流动和白天云层蒸发都可能是可行的机制。 我们假设了一个经验边界——称为“不对称地平线”——在温度-重力空间中,标志着不均匀气溶胶覆盖开始出现的过渡区域。 热木星中异质气溶胶覆盖很常见。 如果未被识别,边缘平均会抑制光谱特征,模仿高平均分子量的大气,使推断的金属量增加高达2个数量级,并低估边缘温度多达一半。 最后,我们引入了边缘光谱度量(LSM),根据行星参数预测边缘光谱特征大小。
摘要: Aerosols is an old topic in the young field of exoplanet atmospheres. Understanding what they are, how they form, and where they go has long provided a fertile playground for theorists. For observers, however, aerosols have been a multi-decade migraine, as their chronic presence hides atmospheric features. For hot Jupiters, the large day-night temperature contrast drives inhomogeneous thermal structures and aerosol distribution, leading to different limb properties probed by transit spectra. We present JWST NIRISS/SOSS spectra of morning and evening limbs for nine gas giants with equilibrium temperatures of ~800-1700 K. By measuring feature size of the 1.4 $\mu$m water band for both limbs, we found three planets (WASP-39 b, WASP-94 Ab, and WASP-17 b) show prominent ($>$5$\sigma$) limb-limb atmospheric opacity difference with muted morning and clear evening limbs. The heavily muted water features on morning limbs indicate high-altitude (0.1 to 0.01 mbar) aerosols. To simultaneously have clear evening limbs requires processes with timescales ($\sim$day) comparable to advection to remove these lofted grains, and we found that both downwelling flow and dayside cloud evaporation could be plausible mechanisms. We hypothesize an empirical boundary--termed the "asymmetry horizon"--in temperature-gravity space that marks the transition where inhomogeneous aerosol coverage begins to emerge. Heterogeneous aerosol coverage is common among hot Jupiters. If unrecognized, limb averaging suppresses spectral features, mimicking high-mean-molecular-weight atmospheres, inflating inferred metallicity by up to 2 dex, and underestimating limb temperatures by as much as half. Finally, we introduce the Limb Spectroscopy Metric (LSM) to predict limb spectral feature size based on planet parameters.
评论: 被《天体物理杂志通讯》接受,詹姆斯·韦布太空望远镜正处在火热的(木星)阶段!
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.15854 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.15854v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.15854
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来自: Guangwei Fu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 21 日 17:59:25 UTC (19,977 KB)
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