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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14557/
• 关键词: 系外惑星; 惑星大気; スーパーアース; 大気観測; 惑星形成; 雲; 大気; 大気透過光スペクトル観測

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。

Recent の extrasolar planet big 気 観 measuring に よ り, multiple く の ス ー パ ー ア ー ス は top big 気 が に cloud cover わ れ て い る こ と が Ming ら か と な っ た. The <s:1> ような and 観 of celestial bodies, as well as the measurement of <s:1> ら atmospheric composition を, directly restrict the difficulty of する とが とが とが である である. This study は, cloud の form institutions を understand す る こ と で, こ れ ら haze っ た ス ー パ ー ア ー ス の of big 気 お よ び formation に forced る こ と を purpose と し て い る. This year, the following ような ような research を mainly focuses on に lines った. (1) ス ー パ ー ア ー ス big 気 に お け る 鉱 clouds to form since the event の に き る と exam え ら れ る, cloud grains の の porosity evolution theory モ デ リ ン グ を line っ た. そ の result, the density of cloud grains の は material density よ り 2 -- 3 girder reduce し, 従 の scenarios よ り remote か に over ま で clouds arrive が し う る こ と を Ming ら か に し た. (2) Exoplanet <s:1> is likely to be constructed by light スペ, ト, <s:1>, モデ, を and た. そ の results, high void fraction cloud grain は, 観 ス ペ ク ト ル に of 徴 な ス ロ ー プ tectonic を generated す る こ と を Ming ら か に し た. Next generation space telescope JWST に よ を 観 る simulation test line っ た results, こ の ス ロ ー は プ structure among the future の outside the red wavelength で の 観 measuring に よ っ て 発 may see で あ る こ と を Ming ら か に し た. (3) the above の structure of cloud computing と big 気 ス ペ ク ト ル computing を 5 つ の ス ー パ ー ア ー ス に し, そ れ ら の of big 気 を adjustable べ た. そ の, comparing the results of the big suction 収 気 の see え る planet は sun grand 気 に nearly い を, big 気 収 の perilous ど see え な の thick い い and confused star は points cloud formation に optimum し に た heavy elements rich ん だ big 気 を keep し て い likely が る い こ と を Ming ら か に し た. (4) (3)で we obtain られた, which is composed of を elements and に. The calculation of the internal <s:1> structure of the asteroid is を rows and った. そ の results, the sun of the big 気 が in stopping さ れ た planet は, solid part の most が rock で な い と big 気 dissipative に し seaborne て settle で な が い possibility in stopping さ れ た. (5) the heavy elements 気 を keep す る planet に し seaborne て exist, original and confused galaxy has drifted back towards &yen; disk が し て い た period original の large 気 drop the を see product も っ た. そ の result, now long の orbit radius で planet が form し た occasions, big 気 high quality が く な り す ぎ て し ま う こ と が points か っ た. The past formation site of <s:1> や and the evolution of the <s:1> after the dissipation of the yen plate を reflect the possibility of <s:1> て る る る がある がある.

项目成果

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

• 发表时间: 2019
• 作者: Kazumasa Ohno;Xi Zhang
• 通讯作者: Xi Zhang

University of St. Andrews(英国)

圣安德鲁斯大学（英国）

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

• 发表时间: 2019
• 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
• 作者: Ohno, Kazumasa;Zhang, Xi
• 通讯作者: Zhang, Xi

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

• 发表时间: 2019
• 作者: Kazumasa Ohno;Satoshi Okuzumi;Ryo Tazaki
• 通讯作者: Ryo Tazaki