跳动城乡网多年来，大多数天体物理模型都假设太阳系以外的行星(称为系外行星)在相似的深度被它们的主恒星(即像太阳这样围绕其形成行星系统的恒星)加热。然而，最近几项合作使用不同望远镜进行的观测分析表明，一些系外行星可能比最初想象的更深入地吸收热量。这些系外行星可能会表现出与过去模型预期非常不同的天气模式。
加州理工学院、熨斗研究所和布兰迪斯大学的研究人员最近进行了一系列模拟，证实了这一假设。他们发表在《物理评论快报》上的论文表明，系外行星的热大气层被较深的宿主恒星加热，导致了不同的持续天气模式。
杰克·W·斯金纳(JackW.Skinner)表示：“最近对WASP-96b行星的JWST数据进行的分析表明，来自其主恒星的热量可能被大气层吸收得比我们之前想象的更深，因此我们开始研究这个问题。”、JoonasNättilä和JamesYK。该论文的作者Cho告诉Phys.org。“这让我们回顾了过去对类似行星的分析，发现还有其他行星以这种方式加热。”
Skinner、Nättilä和Cho最近工作的主要目标是更好地了解行星受热的大气深度如何影响其长期天气模式。这将能够更准确地确定使用当前和未来的太空望远镜观测时行星的外观。它还将增进我们对气候以及最终对系外行星宜居性的了解。
Skinner、Nättilä和Cho解释说：“系外行星上加热的确切位置和分布目前尚不清楚，但过去的研究通常假设一个位置和分布。”“实际上，需要更完整的行星大气层图才能准确解释观测结果。”
作为研究的一部分，研究人员进行了数百次最先进的超级计算机模拟。他们的模拟求解了一组复杂的非线性方程，这些方程描述了可压缩流体如何在旋转球体上演化。相同的方程用于预测地球和太阳系其他行星的天气和气候。
来自高分辨率模拟的不同时间的涡旋场，并且以行星的日面为中心。这些帧显示了围绕地球移动的大型风暴。图片来源：Skinner、Nättilä和Cho。
斯金纳说：“我们使用与具有不同加热类型的两个不同热木星相同的参数来设置这些模拟。”
“加热基于詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜(后者已不再运行)对热木星系外行星WASP-96b的检索。与过去模拟工作的主要区别在于，我们的工作使用了非常高效的算法这使得我们能够在强大的超级计算机上以极高的分辨率(实际上比通常对这些行星进行的分辨率高50倍)进行模拟。”
Skinner、Nättilä和Cho使用的算法显着增强了他们的模拟能力，使他们能够捕捉小规模的流动结构，例如涡流、锋面和波浪。总的来说，这些流动结构提供了有关系外行星上可观测到的天气模式的重要信息，其细节和准确性达到了前所未有的水平。
“由于加热及其产生的小规模结构驱动流动，加热的类型决定了这些行星上流动的行为，”纳蒂拉说。“我们的模拟显示，热木星的大气层是高度动态和动荡的，具有从大到小的规模和强度的强大风暴。这些风暴的类型和行为取决于加热和冷却在行星上的重新分配方式。”
该研究小组最近的工作提供了对太阳系外行星中可能发现的天气条件的有趣见解，以及这些条件如何受到主恒星吸收热量的深度的影响。
作为这项研究的一部分进行的模拟是迄今为止最详细和准确的模拟之一，可以为描述热系外行星大气的新模型的开发提供信息。
Cho解释说：“对系外行星上的流动进行建模和理解至关重要，因为这些流动会移动地球周围的热(和冷)空气(包括化学物质和云)。”“这会产生围绕地球移动的亮点和暗点，并且可以通过当前和未来的太空望远镜任务(例如JWST和Ariel)观测到。”
斯金纳、纳蒂拉和乔对他们迄今为止获得的结果充满热情，因为他们最终证明了系外行星的大气层是高度动态和多变的，与地球不同。此外，他们的工作表明，虽然系外行星可能具有非常相似的物理参数，并且位于具有相似主恒星的行星系统中，但它们之间的细微差异可能会对它们的气候、天气和其他可观测特征产生深远的影响。
斯金纳、纳蒂拉和乔补充道：“我们的工作提出了许多关于系外行星的更令人兴奋的问题，并表明现在迫切需要精确的模型来准确解释当前的观测结果并优化规划未来的观测结果。”
“随着NASA的JWST和ESA即将推出的ARIEL任务，我们的工作表明，我们现在能够开始现实地约束和测试基础物理理论和复杂的计算机模型，并且更接近于可靠地确定哪些系外行星可能存在生命。”
