行星平衡温度

行星平衡温度是一个理论上的温度,如果行星是一个仅由其母星加热的黑体,行星将达到该温度。 在这个模型中,大气层的存在与否是无关紧要的,因为平衡温度纯粹是根据与入射恒星能量的平衡来计算的。

其他作者对这个概念使用了不同的名称,例如行星的等效黑体温度,或行星的有效辐射发射温度。 行星平衡温度不同于全球平均温度和地表气温,后者是通过卫星或地面仪器观测测量的,并且可能由于温室效应而高于平衡温度。

平衡温度的计算

考虑一颗围绕其主恒星运行的行星。 恒星各向同性地发射辐射,并且部分辐射到达行星。 到达行星的辐射量称为入射太阳辐射 I o  。 这颗行星的反照率取决于其表面和大气的特性,因此只吸收一小部分辐射。 行星吸收未被反照率反射的辐射,并升温。 根据斯特凡-玻尔兹曼定律,人们可能会假设行星在某个温度下像黑体一样辐射能量。 当恒星提供的能量等于行星发出的能量时,就存在热平衡。 发生这种平衡的温度是行星平衡温度。

太阳系外行星的计算

对于围绕另一颗恒星的行星,I o不是一个容易测量的量。 为了找到这样一颗行星的平衡温度,将主恒星的辐射也近似为黑体可能是有用的,这样:

F s t a r = σ T s t a r 4

恒星的光度 ( L) 可以通过对恒星表观亮度的观测来测量,然后可以写成:

L = 4 π R s t a r 2 σ T s t a r 4 其中 通量已乘以恒星的表面积。

要找到行星上的入射恒星通量 I x ,在距恒星 a的某个轨道距离处,可以除以半径为球体的表面积 行星平衡温度

如果恒星的光度是通过光度观测获知的,那么必须确定的其他剩余变量是邦德反照率和行星的轨道距离。 系外行星的键合反照率可以通过凌日系外行星的通量测量来限制,并且将来可以从系外行星的直接成像和几何反照率的转换中获得。 行星的轨道特性可以通过径向速度和凌日周期测量来测量。

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