桑間濮上網模擬顯示，被宿主恒星加熱到更深處的系外行星顯示出明顯不同的天氣模式
來自非常高分辨率模擬的不同時間且集中在行星晝側的渦度場。這些畫面顯示了在地球上移動的主恒大型風暴。來源:uux.cn/斯金納、星加系外行星顯示顯納蒂勒和喬。更深
（神秘的處的出明地球uux.cn）據美國物理學家組織網（英格里德·法德利）：多年來，大多數天體物理模型都假設太陽系以外的同的天氣行星（稱為系外行星）在其宿主恒星（即類似太陽的恒星，行星系統在其周圍形成）的模式相似深度被加熱。然而，模擬顯示通過使用不同望遠鏡的被宿幾次合作對最近觀測結果的分析表明，一些系外行星在大氣層中吸收熱量的主恒深度可能比最初想象的要深得多。這種系外行星可能顯示出與過去模型預測截然不同的星加系外行星顯示顯天氣模式。
加州理工學院、更深熨斗研究所和布蘭代斯大學的處的出明研究人員最近進行了一系列模擬，證實了這一假設。同的天氣他們發表在《物理評論快報》上的論文表明，由更深處的宿主恒星加熱的熱系外行星大氣導致了不同的持續天氣模式。
“最近對WASP-96b行星的JWST數據進行的分析促使我們研究這個問題，該分析顯示，來自其宿主恒星的熱量可能在大氣層深處被吸收，比我們之前想象的要多，”該論文的作者杰克·w·斯金納、喬納斯·納蒂勒和詹姆斯·趙告訴Phys.org。“這讓我們查看了過去對類似行星的分析，發現還有其他行星也以這種方式受熱。”
斯金納、納蒂勒和喬最近工作的主要目標是更好地了解行星被加熱的大氣深度如何影響它們的長期天氣模式。這將允許更準確地確定使用當前和未來的太空望遠鏡觀察行星時的外觀。它還將促進我們對氣候的了解，并最終促進系外行星的宜居性。
斯金納、納蒂勒和喬解釋說:“目前還不清楚系外行星上加熱的確切位置和分布，但過去的研究通常假設一個位置和分布。”“實際上，需要更完整的行星大氣圖像才能準確解釋觀測結果。”
作為研究的一部分，研究人員進行了數百次最先進的超級計算機模擬。他們的模擬解決了一組復雜的非線性方程，這些方程描述了可壓縮流體如何在旋轉球體上演化。同樣的方程也被用來預測地球和太陽系其他行星的天氣和氣候。
來自非常高分辨率模擬的不同時間且集中在行星晝側的渦度場。這些畫面顯示了在地球上移動的大型風暴。來源:uux.cn/斯金納、納蒂勒和喬。
斯金納說:“我們用相同的參數設置了這些模擬，就像兩個不同的熱木星具有不同的加熱類型一樣。”
“加熱是基于詹姆斯·韋伯和哈勃太空望遠鏡（后者已不再運行）對熱木星系外行星WASP-96b的檢索。與過去模擬工作的關鍵區別是，我們的工作使用了一種非常高效的算法，使我們的模擬能夠在強大的超級計算機上以極高的分辨率（實際上比通常為這些行星所做的分辨率高50倍左右）進行。”
Skinner、Nä ttilä和Cho采用的算法顯著增強了他們的模擬，使他們能夠捕捉小尺度的流動結構，如渦流、鋒面和波浪。總的來說，這些流動結構提供了關于系外行星上可能觀察到的天氣模式的重要信息，其細節和準確性達到了前所未有的水平。
“由于加熱及其產生的小規模結構驅動了流動，加熱的類型決定了這些行星上的流動行為，”納蒂勒說。“我們的模擬顯示，熱木星的大氣層是高度動態和動蕩的，強大的風暴從大到小的規模和強度不等。這些風暴的類型和行為取決于熱量和冷卻如何在行星上重新分配。”
該研究小組最近的工作為太陽系外行星的天氣狀況以及這些狀況如何受到宿主恒星熱量吸收深度的影響提供了有趣的見解。
作為這項研究的一部分進行的模擬是迄今為止進行的最詳細和最準確的模擬之一，可以為描述熱系外行星大氣的新模型的開發提供信息。
“模擬和理解系外行星上的氣流至關重要，因為這些氣流在行星周圍移動熱（和冷）空氣塊（包括化學物質和云），”Cho解釋說。“這產生了圍繞地球運動的亮點和暗點，并有可能被當前和未來的太空望遠鏡任務（如JWST和愛麗兒）觀測到。”
斯金納、納蒂勒和喬對他們迄今為止獲得的結果充滿熱情，因為他們最終證明了系外行星的大氣是高度動態和可變的，與地球沒有什么不同。此外，他們的工作表明，雖然系外行星可能具有非常相似的物理參數，并位于具有相似宿主恒星的行星系統中，但它們之間的細微差異可能會對它們的氣候、天氣和其他可觀測特征產生深刻影響。
斯金納、納蒂勒和喬補充說:“我們的工作揭示了許多關于系外行星的更令人興奮的問題，并證明現在迫切需要精確的模型來準確解釋當前的觀測結果并優化未來的觀測計劃。”
“隨著美國國家航空航天局的JWST和歐空局即將到來的ARIEL任務，我們的工作表明我們現在能夠開始現實地限制和測試基礎物理理論和復雜的計算機模型，并進一步堅定地確定哪些系外行星可能存在生命。”
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