Exploration of Interior Structure and Formation Process of super-Earths with Cloud Microphysics

利用云微物理探索超级地球的内部结构和形成过程

基本信息

批准号：
18J14557
负责人：
大野和正
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の系外惑星大気観測により、多くのスーパーアースは大気高層が雲に覆われていることが明らかとなった。このような天体は、観測から大気組成を直接制約することが困難である。本研究は、雲の形成機構を理解することで、これら曇ったスーパーアースの大気組成および形成過程に迫ることを目的としている。今年度は以下のような研究を主に行った。(1) スーパーアース大気における鉱物雲形成の際に起きると考えられる、雲粒の空隙率進化の理論モデリングを行った。その結果、雲粒の密度は物質密度より2--3桁減少し、従来の想定より遥かに上空まで雲が到達しうることを明らかにした。(2) 系外惑星の大気透過光スペクトルの理論モデルを構築した。その結果、高空隙率雲粒は、観測スペクトルに特徴的なスロープ構造を生成することを明らかにした。次世代宇宙望遠鏡JWSTによる模擬観測を行った結果、このスロープ構造は今後の中間赤外波長での観測によって発見可能であることを明らかにした。(3) 上述の雲構造計算と大気スペクトル計算を5つのスーパーアースに適用し、それらの大気組成を調べた。その結果、比較的大気吸収の見える惑星は太陽組成に近い大気を、大気吸収の殆ど見えない惑星は分厚い雲の形成に適した重元素に富んだ大気を保持している可能性が高いことを明らかにした。(4) (3)で得られた大気組成を元に惑星内部の構造計算を行った。その結果、太陽組成大気が示唆された惑星は、固体部分の大部分が岩石でないと大気散逸に対して安定でない可能性が示唆された。(5) 重元素大気を保持する惑星に対して、原始惑星系円盤が存在していた時期の原始大気降着量を見積もった。その結果、現在の軌道長半径で惑星が形成した場合、大気質量が高くなりすぎてしまうことが分かった。これは過去の形成場所や、円盤散逸後の大気組成進化を反映している可能性がある。

最近的系外球星大气观测表明，许多超级地球都被云层覆盖。很难将这种天体的大气组成直接从观察中限制。这项研究旨在通过理解云形成机制来仔细研究这些多云的超生物的大气组成和形成过程。今年，我们主要进行了以下研究：（1）我们对云颗粒孔隙率的演变进行了理论建模，这被认为是在超级地球大气中矿物云形成期间发生的。结果，据揭示了云颗粒的密度比物料密度小2-3个数量级，并且云可以到达远高于先前期望的天空。（2）我们构建了系外行星大气光谱的理论模型。结果，发现高孔隙率云晶粒会产生观察到的光谱的特征。在使用下一代空间望远镜JWST进行模拟观测值之后，可以发现这种斜率结构可以通过中红外波长的未来观察结果发现。（3）将上述云结构计算和大气光谱计算应用于五个超级地球，并检查了它们的大气组成。结果表明，相对可见的大气吸收的行星很可能使大气接近太阳成分，而几乎看不见的大气吸收的行星很可能会容纳适合形成厚云的重型元素气氛。（4）根据（3）中获得的大气组成进行行星内部的结构计算。结果表明，除非大多数固体部分都是岩石，否则提出的具有太阳成分大气的行星可能不会稳定在大气分散方面。（5）对于保留重元气氛的行星，我们估计存在原始空气磁盘存在原始空气的积聚量。结果表明，如果行星在当前的轨道半径处形成，则空气质量太高。这可能反映了过去的地层位置和椎间盘消散后的大气成分进化。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Atmospheric Dynamics on Eccentric-Tilted Exoplanets and Implications for Thermal Light Curves

偏心倾斜系外行星的大气动力学及其对热光曲线的影响

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazumasa Ohno;Xi Zhang
通讯作者：
Xi Zhang

Atmospheres on Nonsynchronized Eccentric-tilted Exoplanets. II. Thermal Light Curves

非同步偏心倾斜系外行星上的大气层。

DOI：
10.3847/1538-4357/ab06ca
发表时间：
2019
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
0
作者：
Ohno, Kazumasa;Zhang, Xi
通讯作者：
Zhang, Xi

Atmospheric Circulation and Thermal Light Curves of Eccentric-Tilted Exoplanets

偏心倾斜系外行星的大气环流和热光曲线

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazumasa Ohno;Xi Zhang
通讯作者：
Xi Zhang

Clouds of fluffy mineral aggregates in warm mini-Neptunes

温暖的迷你海王星中蓬松的矿物聚集体云

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazumasa Ohno;Satoshi Okuzumi;Ryo Tazaki
通讯作者：
Ryo Tazaki

Mineral clouds of fluffy aggregates: how they form in exoplanetary atmospheres and influence transmission spectra

蓬松聚集体的矿物云：它们如何在系外行星大气中形成并影响透射光谱

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
大野和正;奥住聡;田崎亮
通讯作者：
田崎亮

DOI：
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通讯作者：
中島王彦