الكلمات الرئيسية: الأقزام البنية، الأقزام T، الأقزام Y، التركيب الجوي، الكواكب الغازية الخارجية

تكون أجواء الكواكب الخارجية والأقزام البنية في الغالب جزيئية بسبب درجات حرارتها المنخفضة وضغوطها العالية. يتم تحديد التركيب الكيميائي لهذه الأجواء من خلال التفاعل بين التفاعلات الكيميائية المعتمدة على درجة الحرارة والضغط وعمليات الخلط الديناميكية الجوية. تتأثر معدلات التفاعلات الجزيئية بهيكل ضغط درجة الحرارة الجوي ومخزون العناصر الكيميائية في الغلاف الجوي. يُقال إن الغلاف الجوي في حالة توازن كيميائي إذا كانت كيميائه تحددها التفاعلات الحرارية الكيميائية بناءً على ظروف الضغط ودرجة الحرارة المحلية. ولكن العمليات مثل الخلط الديناميكي يمكن أن تتسبب في انحراف الأجواء الفرعية عن التوازن الكيميائي (فيغلي ولودرس 1996؛ نول وآخرون 1997؛ موسى وآخرون 2011؛ زاهنل ومارلي 2014؛ تسائي
وآخرون 2021؛ لي وآخرون 2023) إذا كانت أوقات الخلط أسرع من أوقات التفاعلات الكيميائية. ومع ذلك، لا يزال الخلط الديناميكي أحد أكثر الجوانب غير المؤكدة وغير المفهومة في الأجواء الفرعية.

يعد الخلط الديناميكي وتأثيراته على الكيمياء الجوية عملية مدروسة جيدًا في أجواء الكواكب في النظام الشمسي (على سبيل المثال، برين وبارشاي 1977؛ يونغ وآخرون 1988؛ بيوركر وآخرون 1986؛ زانغ وشومان 2018a؛ زانغ وآخرون 2012؛ ألين وآخرون 1981؛ ناير وآخرون 1994؛ موسى وآخرون 2005؛ لي وآخرون 2014؛ فيشر وآخرون 2010؛ فيشر وموسى 2011؛ وونغ وآخرون 2017). ومع ذلك، نظرًا لأن معظم الأقزام البنية والكواكب الخارجية المعرضة بشدة تنتمي إلى نظام ضغط-درجة حرارة مختلف تمامًا، لا تزال العمليات الديناميكية في أجوائها غير مفهومة جيدًا.
1.1. لماذا يعتبر تقييد مهمًا؟

يمكن أن تنقل الديناميات الجوية الغازات والجسيمات السحابية/الغبار عبر عدة مقاييس ضغط في الاتجاه الشعاعي للأجواء الفرعية (على سبيل المثال، بارمنتير وآخرون 2013؛ تان 2022؛ فريتاغ وآخرون 2010). تُسمى هذه العملية غالبًا بالخلط العمودي. تحت هذا الافتراض بأن هذا الخلط يمكن نمذجته كعملية انتشار، يتم عادةً وضعه في معلمات بواسطة معامل الانتشار العمودي يتأثر بمعدل دوران الغلاف الجوي ويمكن فهمه بشكل حدسي كمنتج لطول المقياس الذي يحدث فيه الخلط وسرعة الخلط (تشامبرلين وهونتن 1987). تمثل قيمة عالية من غلافًا جويًا نشطًا ديناميكيًا للغاية، بينما تمثل القيمة المنخفضة سيناريو بخلط بطيء وغير فعال. في الأجزاء الحملية من الغلاف الجوي، من المتوقع أن يرتبط معدل الخلط بتدفق الطاقة الحملية، وفي الواقع، توفر نظرية طول الخلط (MLT) تقديرات لـ (على سبيل المثال، جيراش وكونراث 1985؛ أكرمان ومارلي 2001). في الأجواء الإشعاعية، يمكن أن تتحكم عمليات ديناميكية أخرى، مثل كسر الموجات الجوية، في الخلط وبالتالي تؤثر على قيمة .

يتطلب الفهم الكامل للخلط الديناميكي الجوي قيودًا على في كل من الأجزاء الحملية والإشعاعية من الغلاف الجوي. حاليًا، في أجواء الأقزام البنية والكواكب الخارجية لا يزال غير مؤكد بأكثر من مليون مرة (لاسي وبيروز 2023؛ موكيرجي وآخرون 2022؛ كاراليدي وآخرون 2021؛ فيليبس وآخرون 2020؛ فورتني وآخرون 2020؛ زاهنل ومارلي 2014؛ هوبيني وبيروز 2007؛ بارمان وآخرون 2015). تُظهر التقديرات النظرية لملفات لسلسلة من أجواء الأقزام البنية مع تغير من موكيرجي وآخرون (2022) في الشكل 1، اللوحة اليسرى. تُظهر اللوحة اليمنى من الشكل 1 اعتماد ملفات النظرية على . تُظهر هذه التقديرات النظرية أن يمكن أن تتغير بأوامر من حيث الحجم بسبب التغيرات في كلا هذين المعاملين. علاوة على ذلك، في نفس الغلاف الجوي، يمكن أن يتغير بعدة أوامر من حيث الحجم اعتمادًا على ما إذا كانت جزء معين من الغلاف الجوي إشعاعي أو حمل حراري. يُرى مثل هذا التغير في عبر المناطق الإشعاعية أو الحملية أيضًا في النماذج النجمية (على سبيل المثال، فارغيس وآخرون 2023). يُظهر الشكل 1 أيضًا أن موقع المناطق الحملية والإشعاعية يمكن أن يكون أيضًا دالة قوية لكل من و .

يعد تقييد أمرًا حيويًا لفهم الطبيعة الفيزيائية للديناميات الجوية التي تعمل في الأجواء العميقة للأقزام البنية والكواكب الخارجية، فضلاً عن الآثار المترتبة على الكيمياء الجوية والسحب، وكلاهما له بصمات كبيرة على الأطياف المرصودة لهذه الأجسام. يقوم الخلط الجوي بسحب الغازات من الغلاف الجوي العميق إلى الغلاف الجوي العلوي المرئي. إذا تم تدمير هذه الغازات كيميائيًا بشكل أسرع من المقياس الزمني النموذجي للخلط، فإن الغلاف الجوي يبقى في حالة توازن حراري كيميائي. ومع ذلك، إذا كانت عملية الخلط أسرع من أوقات التفاعلات الكيميائية، فإن الغلاف الجوي العلوي لم يعد يبقى في حالة توازن حراري كيميائي (موسى وآخرون 2011؛ تسائي وآخرون 2017، 2021؛ زاهنل ومارلي 2014؛ فيشر وفغلي 2005؛ فيشر وآخرون 2006؛ فيشر وموسى 2011). يتسبب ذلك في تغييرات كبيرة في التركيب الكيميائي وعمق البصريات للغلاف الضوئي القابل للرصد، مما يغير الطيف القابل للرصد للجسم (على سبيل المثال، فيليبس وآخرون 2020؛ تريمبلين وآخرون 2015؛ لاسي وبيروز 2023؛ كاراليدي وآخرون 2021؛ موكيرجي وآخرون 2022؛ هوبيني وبيروز

2007؛ لي وآخرون 2023).
يمكن أن ينقل الخلط العمودي أيضًا بخار الغاز من الغلاف الجوي الأعمق إلى الغلاف الجوي الأبرد حيث يمكن أن يتكثف ويشكل السحب (مثل سحب الماء في الأقزام Y، وسحب الحديد في الأقزام L) (مثل، أكرمان ومارلي 2001؛ مورلي وآخرون 2014أ، 2012؛ صومون ومارلي 2008؛ وويتكي وآخرون 2020؛ لايسي وبيروز 2023؛ فريتاغ وآخرون 2010؛ ألارد وآخرون 2012؛ هيلينغ وآخرون 2017؛ لي وآخرون 2016؛ قاو وبينيك 2018؛ تشارني وآخرون 2018؛ كوبر وآخرون 2003؛ هيلينغ وآخرون 2001). علاوة على ذلك، يمكن أن يحافظ الخلط على هذه الجسيمات السحابية مرتفعة في الفوتوسفير من خلال مقاومة استقرارها الجاذبي. هذه الجسيمات السحابية المرتفعة “تُحمر” طيف الأجسام تحت النجمين بفضل امتصاصها وشفافيتها المتناثرة، وتميل أيضًا إلى تسخين الغلاف الجوي الأعمق من خلال امتصاص إشعاع حراري إضافي (مثل، صومون ومارلي 2008؛ مورلي وآخرون 2012، 2014أ؛ لونا ومورلي 2021؛ قاو وآخرون 2020؛ مانغ وآخرون 2022؛ لي وآخرون 2016؛ تان 2022). على الرغم من أنه غير مؤكد للغاية، يلعب دورًا رئيسيًا في التأثير على المكونات الجوية الرئيسية للأجسام تحت النجمية مثل الكيمياء الجوية، والسحب، ودرجة الحرارة-الضغط ) الهيكل (على سبيل المثال، دروموند وآخرون 2016). مع أدوات حساسة ومستقرة للغاية مثل أظهرت الدراسات السابقة أن اعتماد الكيمياء الجوية والسحب على يمكن الاستفادة منه لتقييد نفسه (على سبيل المثال، مايلز وآخرون 2020؛ كاراليدي وآخرون 2021؛ موكيرجي وآخرون 2022؛ فيليبس وآخرون 2020).

لقد درست النماذج النظرية آثار على الكيمياء الجوية والطيف السابق للأقزام البنية والكواكب المصورة مباشرةً ذات التركيب الجوي الشمسي. قام كاراليدي وآخرون (2021) وهوبيني وبوروز (2007) بدراسة هذه التأثيرات باستخدام ثوابت غير معتمدة على الضغط. ملفات تعريف للغلاف الجوي تحت النجمي لتكوين الشمس، في حين أن فيليبس وآخرون (2020) قد درسوا هذه التأثيرات عند معدنية شمسية مع اعتماد الضغط ولكن اعتماد على الجاذبية. الملفات الشخصية. في المناطق الإشعاعية يمكن أن تختلف بشكل كبير عن في المناطق الحملية بسبب آليات الدوران المنفصلة تمامًا التي تعمل في كل نظام. استكشف موكيرجي وآخرون (2022) فضاء المعلمات لجو الأقزام البنية ذات التركيب الشمسي وحدد طرق القياس في الغلاف الجوي الإشعاعي وكذلك الحمل الحراري لهذه الأجسام مع استكشفت لاسي وبوروز (2023) معالجة ذاتية التناسق لكل من سحب الماء وكيمياء عدم التوازن بسبب الخلط لنجوم Y ذات المعادن الشمسية وأقل أو أكثر قليلاً من الشمس. باستخدام الملاحظات الطيفية الأرضية ونماذج الغلاف الجوي ذات التركيب الشمسي، قام مايلز وآخرون (2020) بقياس في سلسلة من الأقزام المتأخرة من النوع T – والأقزام المبكرة من النوع Y – لوحظت زيادة حادة في في تم الافتراض في دراسة مايلز وآخرون (2020) أن هذا الانتقال من المنخفض إلى المرتفع الانتقال ناتج عن وجود مناطق إشعاعية “مُحاطة” في الأجواء العميقة للأجسام التي تحتوي على بين ، والذي تم تأكيده لاحقًا نظريًا في موكيرجي وآخرون (2022). كانت هذه عرضًا رائعًا لكيفية تقييد عدم اليقين يمكن أن تساعدنا في الحصول على رؤى أساسية حول أجواء الأقزام البنية والكواكب. ومع ذلك، لا يُتوقع أن تكون جميع أجواء الأقزام البنية من تركيب شمسي (على سبيل المثال، لاين وآخرون 2017؛ زالسكي وآخرون 2019؛ زالسكي وآخرون 2022؛ ميسنر وآخرون 2023؛ بيلر وآخرون 2023؛ هوخ وآخرون 2023)، وأن الكيمياء الناتجة عن الاختلاط غير المتوازنة-

لم يتم استكشاف الكيمياء في الأجواء غير الشمسية بشكل كافٍ.

أظهرت دراسات الاسترجاع البايزية لسكان متزايد من الأقزام البنية أجواءً غير شمسية التركيب. تتراوح هذه الأجواء من أجواء فقيرة جداً بالمعادن (مثل، ميسنر وآخرون 2023؛ زانغ وآخرون 2021؛ لاين وآخرون 2017؛ زالسكي وآخرون 2019؛ زالسكي وآخرون 2022؛ بورغاسر وآخرون 2023) إلى أجسام ذات معدلات معدنية جوية مرتفعة (مثل، زانغ وآخرون 2021؛ لاين وآخرون 2017؛ زالسكي وآخرون 2022؛ زالسكي وآخرون 2019؛ زانغ وآخرون 2023). كما تم إثبات تباين كبير في نسبة الكربون إلى الأكسجين (C/O) من قيم دون الشمس إلى قيم فوق الشمس في الأدبيات (مثل، كالماري وآخرون 2022؛ زالسكي وآخرون 2022؛ زالسكي وآخرون 2019؛ لاين وآخرون 2017؛ هوش وآخرون 2023). تكشف الملاحظات المنشورة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي لأجسام مثل VHS 1256b و HD 19467b بالفعل عن توقيعات قوية لعدم التوازن الكيميائي (مايلز وآخرون 2022؛ غرينباوم وآخرون 2023؛ بيلر وآخرون 2023) بالإضافة إلى الملاحظات الأرضية والفضائية للأقزام البنية التي تم الحصول عليها في العقدين الماضيين (مثل، نول وآخرون 1997؛ أوبنهايمر وآخرون 1998؛ سوراهانا ويامامورا 2012؛ مايلز وآخرون 2020؛ مادورويتز وآخرون 2023). المتاحة والقادمة من المتوقع أن تُظهر البيانات من الأقزام البنية والكواكب الملتقطة مباشرة وجود كل من الكيمياء غير المتوازنة الناتجة عن الخلط العمودي والانحرافات عن الغلاف الجوي ذو التركيب الشمسي.

الخلط العمودي يؤدي إلى تغييرات كبيرة في وفرة الغازات في الطبقة الضوئية مثل ، ، و عن طريق إخماد وفرتها في الأجواء الأعمق. تتأثر هذه الغازات بشكل خاص بسبب الخلط العمودي لأنها تمتلك أوقات تفاعل كيميائي طويلة جدًا. على سبيل المثال، تحويل إلى أو CO إلى يتطلب الكسر
روابط جزيئية قوية. ومع ذلك، فإن وفرة جميع هذه الغازات حساسة أيضًا لوجود المعادن في الغلاف الجوي ونسبة الكربون إلى الأكسجين. يؤدي ارتفاع وجود المعادن في الغلاف الجوي إلى زيادة في جميع هذه الغازات في الغلاف الجوي بدرجات متفاوتة، وخاصة بالنسبة للجزيئات “المسيطرة على المعادن” مثل CO و . الـ نسبة تغير الوفرة النسبية لمختلف الغازات التي تحتوي على الكربون والأكسجين (على سبيل المثال، مادوسودان 2012؛ موسى وآخرون 2013). على سبيل المثال، نسبة عالية نسبة تزيد من الوفرة وتقلل من وفرة الغازات الحاملة للأكسجين مثل في الغلاف الجوي. بخلاف تغيير الكيمياء الجوية، فإن المعدنية، نسبة، و كما أن لها تأثيرات على الغلاف الجوي الملف بسبب الأعماق البصرية الجوية المعززة أو المنقوصة. لذلك، من أجل تقييد المعدنية، نسبة الكربون إلى الأكسجين، و في نفس الوقت من ملاحظات على الأقزام البنية والكواكب الخارجية التي تم تصويرها مباشرة، نماذج إشعاعية-حمل حراري “متسقة ذاتياً” نظرية تشمل التغيرات في المعدنية، و نسب مطلوبة. تعتبر هذه النماذج الجوية ضرورية لهذا الغرض حيث تؤثر هذه المعلمات الثلاثة على الغلاف الجوي. الملف الشخصي. يمكن التقاط ذلك فقط بواسطة نماذج جوية إشعاعية-حرارية متسقة ذاتيًا تحسب الكيمياء، والنقل الإشعاعي، و ملف تعريف الغلاف الجوي في الوقت نفسه من خلال أخذ جميع الروابط الفيزيائية بين هذه العمليات في الاعتبار (على سبيل المثال، موكيرجي وآخرون 2023؛ فيليبس وآخرون 2020؛ بارمان وآخرون 2001، 2011؛ هوبيني وبوروز 2007؛ لايسي وبوروز 2023).

في هذا العمل، استخدمنا برنامج PICASO مفتوح المصدر نموذج جوي (موخيرجي وآخرون 2022؛ باتالها وآخرون 2019) لمحاكاة شبكة بومة سونورا إلف من نماذج جوية خالية من السحب متسقة ذاتيًا مع اختلال كيميائي ناتج عن الخلط العمودي من أجل مباشرة…

الكواكب القديمة والأقزام البنية. بخلاف النطاق في و القيم الملتقطة ضمن الشبكة، تشمل التباين في عبر 7 أوامر من الحجم، التغير في المعدنية الجوية من الطاقة الشمسية إلى القيم الشمسية، وتنوع من نسبة من 0.22 إلى 1.14. نطاق التغير في القيم مدفوعة بالتغيير الكبير في تقديرات من النماذج النظرية بين المناطق الإشعاعية والمناطق الحملية في الغلاف الجوي وأيضًا التباين الكبير في النظريات تقديرات مع كليهما و (الشكل 1).

باستخدام هذه الشبكة من النماذج ومن خلال مقارنتها مع بيانات المراقبة الفضائية الموجودة من 9 مصادر، نتناول الأسئلة التالية في هذا العمل:

نصف نموذجنا في §2. نقدم النتائج الرئيسية من شبكة نموذجنا في §4 تليها تطبيق هذه الشبكة في §5. تُعرض استنتاجاتنا ومناقشاتنا في §6 و §7، على التوالي.

نستخدم نموذج الغلاف الجوي PICASO 3.0 المستند إلى بايثون والمفتوح المصدر (موكيرجي وآخرون 2023) لحساب شبكة نموذج بومة سونورا. لقد تم استخدام PICASO 3.0 على نطاق واسع لنمذجة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية والأقزام البنية (على سبيل المثال، راستامكولوف وآخرون 2022؛ ألديرسون وآخرون 2022؛ فاينشتاين وآخرون 2022؛ أهرر وآخرون 2022؛ مايلز وآخرون 2022؛ غرينباوم وآخرون 2023؛ موكيرجي وآخرون 2022؛ بييلر وآخرون 2023). هذا النموذج له إرث من نموذج EGP المعروف (مارلي وآخرون 1996؛ مارلي وماكاي 1999؛ مارلي وآخرون 2002؛ ساومون ومارلي 2008؛ فورتني وآخرون 2005، 2008، 2007؛ مورلي وآخرون 2014أ؛ كاراليدي وآخرون 2021). نحن نصف فقط التحديثات الأخيرة للنموذج التي تتعلق بهذا العمل هنا ونشير إلى القارئ إلى موكيرجي وآخرون (2023) للحصول على وصف مفصل للنموذج الجوي الذاتي المتسق الكامل.

شبكة بومة سونورا الجنية هي خمسة أبعاد مع متغيرات ، و نسب. يتم تقسيم كل نموذج جوي إلى 90 طبقة ضغط متوازية (أي 91 مستوى أو نقطة شبكة) لحساب الهيكل الجوي في نماذجنا. يتم توزيع الضغط المقابل لهذه الطبقات بشكل لوغاريتمي من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى للضغط في النموذج. يتم اختيار الحد الأقصى للضغط في كل نموذج بعناية بحيث يكون الغلاف الجوي غير شفاف. ) عند جميع الأطوال الموجية عند ضغوط أقل من الضغط الأقصى للنموذج. نظرًا لأن أعماق الغاز الجوي البصري تتناسب عكسيًا مع الجاذبية، فإن النماذج ذات الجاذبية الأعلى لديها قيم ضغط أقصى أعلى من النماذج ذات الجاذبية الأقل. لذلك، فإن الحدود العليا الدقيقة و
تختلف الحدود الدنيا للضغط الجوي عبر شبكتنا.

نستخدم تقريب زمن الإخماد لنمذجة تأثير في الكيمياء الجوية (برين وبارشاي 1977). يتم تحديد زمن الخلط في كل طبقة جوية بواسطة،

أين هو ارتفاع مقياس الضغط الجوي لتلك الطبقة الجوية التي يتم حسابها باستخدام درجة حرارة الطبقة، وضغط الطبقة، والوزن الجزيئي المتوسط، وجاذبية الجسم. نحن نعتبر إخماد ، ، و في نماذجنا. التفاعلات الكيميائية الصافية لهذه الغازات هي (Zahnle & Marley 2014؛ Mukherjee et al. 2022)،

لكل من هذه التفاعلات الكيميائية الصافية، نستخدم نهج المقياس الزمني الكيميائي ( ) المقدمة في زاهنل ومارلي (2014). من أجل نستخدم تقريب المقياس الزمني الكيميائي من فيشر وفغلي (2005) وفيشر وآخرون (2006). ومع ذلك، نلاحظ أن هناك عدم يقين كبير في فهمنا لكيمياء الفوسفور لا يزال قائمًا اليوم، مما سيؤدي في النهاية إلى عدم اليقين بشأن أوقات تفاعلاته (على سبيل المثال، وانغ وآخرون 2016؛ فيشر 2020؛ باينز وآخرون 2023). نفترض أن هذه الأوقات التفاعلية مستقلة عن المعدنية و نسبة من أجل البساطة. نعتقد أن هذا افتراض صحيح لأن عدم اليقين في ضغوط التبريد للغازات المختلفة مدفوع بشكل رئيسي بعدم اليقين الكبير جداً في من المتوقع أن تكون تباينات الأوقات الكيميائية لهذه الغازات مع المعدنية ونسبة الكربون إلى الأكسجين التي تتراوح من قيم أقل قليلاً من الشمس إلى قيم أعلى من الشمس أصغر بكثير من هذه الشكوك الحالية.

ال من التفاعلات المذكورة أعلاه يتم مقارنتها بالطبقة لكل طبقة جوية. يُسمح لكميات جميع الغازات باتباع قيم التوازن الكيميائي لجميع طبقات الضغط العميق حيث . ومع ذلك، فإن وفرة الغازات المكونة “تُخفف” عند الضغوط الأقل من ضغط التخفيف ( ” ). الـ لكل تفاعل كيميائي صافي يُعرَّف بأنه الضغط الذي عنده رد الفعل المعني يساوي تظل وفرة الغازات المشاركة ثابتة عند القيمة المطفأة عند ضغوط أقل من غازات غير ، و يسمح بمتابعة التوازن الكيميائي في الغلاف الجوي في جميع النماذج.

نستخدم حسابات الكيمياء التوازنية المقدمة في لوبي وآخرون (2021) لحساب وفرة الغازات في التوازن الحراري الكيميائي. حسابات الكيمياء التوازنية عند قيم ، ، و +1.0 تم استخدامها لشبكتنا، حيث

الجدول 1

معلمات نموذج شبكة الغلاف الجوي لخفاش سونورا وأبعادها التي تم تغطيتها في هذا العمل.
يتوافق مع المعدنية الشمسية.
في كل توازن كيميائي للمعادن، جداول الكيمياء المقابلة لأربعة نسب ، و 1.14 – تم استخدامها كمدخلات في نماذجنا (يُفترض أن نسبة الكربون إلى الأكسجين في الشمس هي 0.458 (لودرز وآخرون 2009)). تم استخدام وفرة العناصر الشمسية من لودرز وآخرون (2009) كوفرة عناصر لجو التركيب الشمسي. نلاحظ أن وفرة العناصر الشمسية قد تم تحديثها منذ ذلك الحين بواسطة لودرز (2019). من أجل التناسق مع أعمالنا السابقة، نستمر في استخدام قيم لودرز وآخرون (2009) في الوقت الحالي. لتغيير نسبة الكربون إلى الأكسجين، نحتفظ بـ ثابت بينما تتغير نسبة الكربون والأكسجين بالنسبة لقيمهما الشمسية. ثم، لأخذ التغير في المعدنية بعين الاعتبار، يتم ضرب جميع وفورات العناصر بعامل المعدنية. هذا يضمن أن التغير في لا يغير أيضًا من المعدنية الجوية. كيمياء جميع الغازات عند الضغوط الأكبر من يتم استيفاؤها من جداول الكيمياء التوازنية المحسوبة مسبقًا.

نفترض خمسة مختلفين قيم تتراوح من إلى لنماذجنا. على عكس موكيرجي وآخرون (2022)، ولكن مشابه لكراليدي وآخرون (2021)، الملفات هنا لا تتغير مع الضغط الجوي. الشكل 1 يوضح أن هذه تبسيط للحالة الأكثر واقعية حيث يختلف بشكل كبير مع الضغط الجوي اعتمادًا على ما إذا كانت الغلاف الجوي إشعاعيًا محليًا أو حملًا. ولكن كما أن كل من الحمل والإشعاع غير مؤكدة للغاية، نحن نتبنى هذا التبسيط هنا لاستكشاف الاتجاهات في الاستجابة الجوية لـ نناقش أيضًا تأثير هذا الافتراض في §6.

للتقاط تأثير وفرة الغازات المطفأة على نقوم بملف تعريف ذاتي التناسق، حيث نخلط الشفافية المرتبطة الفردية لجميع غازات الغلاف الجوي “في الوقت الحقيقي” باستخدام تقنية إعادة التوزيع المفصلة في أموندسن وآخرون (2017). يتم وزن الشفافية المرتبطة للغازات التالية وفقًا لوفرتها في حالة التوازن/المخففة خلال تكرارات النموذج وتخلط “في الوقت الحقيقي”- ، ، وFeH. يتم تكرار كل نموذج جوي حتى يتم تحقيق معيار تقارب محدد مسبقًا كما هو موضح في موكرجي وآخرون (2023). مصادر الشفافية الغازية المختلفة المستخدمة في حساب الشبكة مدرجة في الجدول 2. تم حساب بيانات الشفافية المدمجة في هذه النماذج باستخدام أحدث التحديثات من الدراسات المخبرية والدراسات الأولية. تعتبر معاملات الحرارة والتوسيع ذات صلة بالأجسام قيد الدراسة. لمناقشة متعمقة حول دقة قوائم الخطوط هذه ومقارنتها بإصدارات أخرى، نوجه القارئ إلى غريب-نژاد وآخرون (2021a). الانبعاث الحراري
طيف بين 0.5 و يتم حسابها من النموذج الجوي المتقارب مع روتينات النقل الإشعاعي في PICASO (باتالها وآخرون 2019). يتم حساب هذه الأطياف بدقة طيفية (R) تبلغ 5000.

تشمل شبكة نموذجنا الجوي ذو الأبعاد الخمسة 43,200 نموذجًا متميزًا. جميع هذه النماذج متاحة للجمهور للتنزيل على مصحوبة بنماذج ونصوص تحليلية. تلخص الجدول 1 خمسة معلمات تم تغييرها في شبكة النموذج لدينا مع النطاقات والزيادات المستخدمة لكل معلمة. تم الحفاظ على النطاقات والزيادات المختارة في معظم المعلمات مشابهة لمجموعة شبكات سونورا السابقة (على سبيل المثال، مارلي وآخرون 2021؛ كاراليدي وآخرون 2021).

تم نشر عدة إصدارات من نماذج سونورا مثل سونورا بوبكات وسونورا تشولا سابقًا (مارلي وآخرون 2021؛ كاراليدي وآخرون 2021). افترضت نماذج سونورا بوبكات توازن هطول الأمطار الحرارية الكيميائية عبر الكل فضاء المعلمات من 200 كلفن إلى 2400 كلفن. كما شمل تحت الشمسي ( إلى معدنيات فوق شمسية و النسب. استنادًا إلى هذه النماذج، طور كاراليدي وآخرون (2021) نماذج سونورا تشولا التي تتضمن معالجة متسقة ذاتيًا لكيمياء عدم التوازن ولكن فقط لجو ذو تركيب شمسي. تضمنت هذه النماذج تباين في عبر عدة أوامر من الحجم وأيضًا غطت من تقدم نماذج بومة الجان تطورات إضافية في ثلاثة مجالات رئيسية –

حسناً، على عكس سونورا تشولا التي تتوقف عند .

فرق منهجي آخر بين نماذج تشولا ونماذج بومة الجان هو أن نماذج تشولا تم حسابها عن طريق خلط فقط الشفافية الغازية لـ ، و “في الوقت الحقيقي” على الرغم من أنه تضمن حسابات لعدم التوازن الكيميائي لـ ، و HCN. كما تم وصفه بالفعل في §2، تم حساب نماذج بومة إلف من خلال خلط الشفافية لجميع الغازات الجوية “في الوقت الحقيقي” مما يعزز بشكل أكبر التناسق الذاتي لهذه النماذج حيث لا يوجد شبكة شفافية مختلطة مفترضة مسبقًا. هذه التحسينات ضرورية حيث أنه من المهم جدًا خلط غاز مثل “في الوقت الحقيقي” عند معدلات معدنية تفوق الشمس أو غاز مثل HCN عند مستويات عالية النسب. بالإضافة إلى ذلك، تم حساب نماذج بومة الجان مع أحدث التعتيمات المحدثة التي تم تحسينها منذ الأجيال السابقة من نماذج سونورا.

تخفيض الغازات بسبب يمكن أن تؤدي إلى تغييرات بمقدار عدة مرات في وفرة العناصر في الغلاف الضوئي. توضح الشكل 2 تأثير التبريد على ملفات وفرة بعض الغازات الجوية الرئيسية مثل ، ، و لجسم بتكوين شمسي 700 ك . تتبع الخطوط الملونة الصلبة المختلفة وفرة مختلفة مرتبطة بـ قيم من إلى بينما كانت ملفات الوفرة المتوقعة من التوازن
تظهر الكيمياء مع الخطوط المتقطعة السوداء. النطاق في المختار هنا يعكس النموذج المعتاد عدم اليقين في أجواء الأقزام البنية والكواكب الخارجية. الضغط الفوتوسفيرى المتوسط هو الأشرطة ويظهر بخط أزرق متصل في الشكل 2. يوضح الشكل 2 أن التغير في يمكن أن تسبب تباينات في الطبقة الضوئية و CO بعامل . هذه التباينات مشابهة للنتائج في فيشر وموسى (2011). و يمكن أن تتفاوت الوفرة بمقدار عدة أوامر من حيث الحجم بسبب التغير في بينما تعتمد على وفرة على هو الحد الأدنى لهذه التركيبة المحددة من و . هذه التغيرات الكبيرة في كيمياء الفوتوسفير بسبب يمكن أن يكون له تأثير كبير ومعقد على الغلاف الجوي البنية والطيف المرئي. توضح الشكل 2 أيضًا أن الغازات المختلفة تتلاشى عند ضغوط مختلفة. على سبيل المثال، ، أول أكسيد الكربون ، و تروي عند ضغط أعلى من (انظر فيشر وآخرون 2010). هذا الاختلاف في ضغوط التبريد يرجع إلى اختلاف الأوقات الكيميائية المرتبطة بـ و ديناميكا التفاعل.

نظرًا لأن وفرة الغازات المروية تؤثر على عمق الطبقة بالطبقة في الغلاف الجوي، فإنها تؤثر على التدفقات الإشعاعية في كل طبقة جوية. كما أن التدفقات الإشعاعية المتأثرة تؤدي أيضًا إلى تغيير في الغلاف الجوي. الملف الشخصي بالنسبة لـ الملف المحسوب من خلال افتراض التوازن الحراري الكيميائي. لقد تم دراسة هذا التأثير سابقًا في الأجواء ذات التركيب الشمسي بواسطة

موكيرجي وآخرون (2022)؛ كاراليدي وآخرون (2021)؛ فيليبس وآخرون (2020)؛ هوبيني وبوروز (2007)؛ لايسي وبوروز (2023). لقد أثبتت هذه الدراسات أن هذه التأثيرات يمكن أن تحدث تغييرات في ملف تعريف الطلب لـ عند المعدل الشمسي نسبة (على سبيل المثال، موكيرجي وآخرون 2023؛ كاراليدي وآخرون 2021؛ موكيرجي وآخرون 2022). ومع ذلك، ستحتوي الأجواء الغنية بالمعادن (بالنسبة للشمس) على نسب خلط أعلى من ، ، إلخ. جميعها حساسة للغاية لـ . لذلك، اعتمادًا على و يمكن أن يكون لتبريد هذه الغازات في الأجواء ذات المعدنية الفائقة للشمس تأثير أكثر أهمية على الغلاف الجوي الملف الشخصي مقارنة بالتأثير الموجود في الأجواء ذات التركيب الشمسي. من ناحية أخرى، ستحتوي الأجواء ذات المعدنية دون الشمسية على كمية أقل من هذه الغازات، واعتماد الملف الشخصي على من المتوقع أن تكون أقل أهمية نسبيًا من الأجواء ذات التركيب الشمسي.

تظهر الشكل 3 تأثير على الجوي الملف من خلال المقارنة الملفات التي تم الحصول عليها من التوازن الكيميائي مع الملفات الشخصية المحسوبة باستخدام عند ثلاث معدنيات مختلفة لجسم مع و . هذا الاختيار للجاذبية يمثل نسخة شابة من كوكب مشابه للمشتري. تُظهر اللوحة اليسرى في الشكل 3 المقارنة لكائن فقير بالمعادن مع يظهر الخط المنقط الأسود الملف المحسوب باستخدام التوازن الحراري الكيميائي في حين أن الخط الأخضر الصلب يظهر الملف الشخصي المحسوب بـ تظهر الخريطة الملونة في الخلفية الكمية ، الذي يقارن بين الطول الموجي والعمق البصري المعتمد على الضغط في التوازن الكيميائي الحراري و قيمة أكبر من 0 تشير إلى أن نموذج التوازن الحراري الكيميائي أكثر غموضًا من نموذج عند تلك الطول الموجي والضغط المحددين. على النقيض من ذلك، تعكس القيمة السلبية السيناريو المعاكس.

لـ الحالة الموضحة في اللوحة اليسرى من الشكل 3، فإن معظم أعماق الضوء متشابهة بين التوازن الحراري الكيميائي و الحالات ونتيجة لذلك، هو ضمن ترتيب من حيث الحجم يساوي 0 في معظم الأطوال الموجية عبر جميع الضغوط. هذا يتسبب في التوازن الحراري الكيميائي وعدم التوازن. الملفات لتكون قريبة جدًا من بعضها البعض في الشريط الأزرق بين في جميع الألواح الثلاثة من الشكل 3 يعود ذلك إلى زيادة وفرة CO بسبب التبريد، في حين أن الاختلافات بين 0.6-1 تعود المنطقة إلى امتصاص الصوديوم والبوتاسيوم الموسع بسبب الضغط. يتسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون في جعل الأجواء ذات عدم التوازن الكيميائي أكثر تعتيمًا من الأجواء في حالة التوازن الكيميائي في هذه الأطوال الموجية.

ومع ذلك، عند المعدل الشمسي للمعادن (اللوحة الوسطى)، يكون نموذج التوازن الحراري الكيميائي أكثر تعتيمًا مقارنةً بـ نموذج، خاصة فوق 1 بار. وذلك بسبب القيمة العالية لـ في نموذج كيمياء عدم التوازن يسبب لتُروى في الغلاف الجوي الأعمق والأكثر حرارة مما يؤدي إلى انخفاض وفرة في الغلاف الجوي العلوي مما يجعل الغلاف الجوي أكثر شفافية من توازن كيميائي غني
الغلاف الجوي. منذ يمتص عبر الأشعة تحت الحمراء القريبة، فإن الوفرة المنخفضة للغاز تسمح بتبريد إشعاعي أكثر كفاءة من أعماق الغلاف الجوي. ملف تعريف الـ النموذج بالتالي أبرد بمقدار من نموذج التوازن الكيميائي عند المعدنية الشمسية. يتم تضخيم نفس التأثير إلى درجة أكبر عند الموضح في اللوحة اليمنى في الشكل 3. هذا يتسبب في النموذج ليكون أبرد بحوالي من نموذج التوازن الكيميائي في التركيز المعدني الشمسي. ضغوط التوقف لـ ، و في الأجواء التي تحتوي على خلط عمودي يتم الإشارة إليها بخطوط أفقية حمراء في جميع الألواح الثلاثة من الشكل 3.

يمكن أن يؤثر نسبة الكربون إلى الأكسجين في الغلاف الجوي أيضًا على كيفية يؤثر على الغلاف الجوي الملف الشخصي. لنفس المعدل الجوي للمعادن، النسبة تتحكم في الوفرة النسبية للغازات المحتوية على الكربون والغازات المحتوية على الأكسجين مثل ، أول أكسيد الكربون، إلخ. تحت التوازن الكيميائي، الغازات مثل ، و وفيرة في الأجواء الغنية بالأكسجين (منخفضة ). ومع ذلك، إذا أصبحت الغلاف الجوي غنيًا بالكربون، فإن الغازات الحاملة للكربون مثل و تصبح HCN وفيرة، وغازات تحمل الأكسجين مثل و تقل وفرتها.

تظهر الشكل 4 تأثير الغلاف الجوي نسبة على ملف تعريف لـ كائن مع عند المعدل الشمسي للمعادن. تُظهر اللوحة اليسرى الفرق في الملفات بين النموذج الحراري الكيميائي و نموذج في جو غني بالأكسجين مع مثل الشكل 3، ضغوط التبريد لـ ، و في الأجواء التي تحتوي على خلط عمودي، يتم الإشارة إليها بخطوط أفقية حمراء في الشكل 4 أيضًا. عند ضغوط أقل من الشريط، يوضح الشكل 4 في اللوحة اليسرى أن كل من أعماق الطيف القصير والطويل في الأجواء الكيميائية المتوازنة أكبر من الغلاف الجوي. هذا يسبب التوازن الكيميائي الملف الشخصي ليكون أكثر جاذبية من الغلاف الجوي عند جميع الضغوط.

تظهر اللوحة الوسطى الفرق عند الغلاف الجوي في حالة التوازن الكيميائي أكثر تعتيمًا من نموذج عند الأطوال الموجية القصيرة ( )، ومع ذلك فإن الفرق في شفافية النموذجين عند الأطوال الموجية الأطول ( ) أصغر مما يُرى في نموذج C/O المنخفض في اللوحة اليسرى. الغلاف الجوي الأعمق والأكثر سخونة يشع عند أطوال موجية أقصر بينما الغلاف الجوي العلوي الأكثر برودة يشع عند أطوال موجية أطول. مع نموذج التوازن الكيميائي أكثر غموضًا من نموذج عدم التوازن الكيميائي عند الأطوال الموجية القصيرة، مما يتسبب في اختلافات أكبر بين ملف النماذج في الغلاف الجوي العميق. ولكن نظرًا لأن الفرق في أعماق الطول الموجي الطويلة أصغر نسبيًا بين النموذجين، فإن الملف في غلافهم الجوي العلوي مشابه أيضًا لبعضه البعض. عند (الشكل 4 اللوحة اليمنى)، تصبح الغلاف الجوي هيمنت بسبب انخفاض وفرة الغازات الحاملة للأكسجين مثل و . هذا يسبب الفرق في الأعماق البصرية بين التوازن الكيميائي و النماذج التي يُعزى سببها بشكل رئيسي إلى التبريد لـ فقط. تُظهر اللوحة اليمنى من الشكل 4 أن الفروق بين أعماق الضوء للنموذجين عند الأطوال الموجية الأطول أصغر مقارنة باللوحات الوسطى واليسرى. هذا يتسبب في ملفات النماذج الاثنين لتكون متطابقة تقريبًا عند ضغوط أقل من البارات. ومع ذلك، بسبب
إلى الفروق المتبقية بين شفافية الأجواء عند الأطوال الموجية الأقصر، تظهر الملفات عند الضغوط الأعمق اختلافات ملحوظة. الشكل 3 و 4 يوضحان تأثير بسعر ثابت و . لكن كيمياء الغلاف الجوي تتغير بشكل كبير مع و أيضًا.

و تؤدي إلى تغييرات كبيرة في كيمياء الغلاف الجوي. على سبيل المثال، الأجسام من النوع L مع أكبر من من المتوقع أن تكون فقير بالغازات مثل CO التي تحمل معظم ذرات الكربون تحت التوازن الكيميائي. ولكن هناك انتقال سريع من هيمنة CO إلى تحدث الأجواء المهيمنة كـ يهدأ تحت . انتقال مشابه من الجو المسيطر (أعلى ) إلى الجو المسيطر (أدنى ) من المتوقع أيضًا أن يحدث تحت التوازن الكيميائي. من ناحية أخرى، يؤدي جاذبية الجسم إلى تغييرات كبيرة في ملف الأجواء أيضًا لأن الأعماق البصرية الجوية تتناسب عكسيًا مع الجاذبية. لذلك، كما أن كلا و يؤثر بشكل كبير على كيمياء الغلاف الجوي، من خلال دراسة كيفية يؤثر على ملف تعريف في مختلف و هو أمر حاسم.

تظهر الشكل 5 كيف يؤثر على الملف الشخصي في قيم تتراوح من 300 ك إلى 2400 ك. كل عمود يتوافق مع القيمة مع العمود الأيسر الذي يظهر النماذج في العمود الأوسط يعرض النماذج في ، والعمود الأيمن يعرض النماذج في الصف العلوي في الشكل 5 يظهر هذا التأثير في بينما الصف الأوسط والسفلي يظهران التأثير في و ، على التوالي. المنطقة المظللة حول ملف شخصي لكل القيمة تمثل التغير في الملف الشخصي بسبب يتراوح من إلى أعلى يؤدي إلى الملفات لتكون أبرد من الأدنى حالات.