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title: "一个光点怎样露出行星的白天与夜晚"
description: "行星只是一个光点，怎样从红外亮度变化看出明亮白天与温暖夜晚。"
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last_modified: "2026-10-28"
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[系外行星的白天与夜晚](https://sandboxphysics.com/zh/stories/planet-phase-curves/)

AC21 · L1

# 一个光点怎样露出行星的白天与夜晚

Sandbox Physics · 2026-10-28

行星远得只剩一个光点，白天和夜晚仍会留下不同的光。它绕恒星运行时，朝向我们的经度不断改变，红外亮度也随之起伏。顺着这份变化，可以追问白天吸收的热去了哪里。

## 开始前需要什么

只需知道热物体会发光。下一章开始计算行星怎样吸热、散热。

## 夜晚转向我们的时候

想象一颗发热的球绕着一盏更亮的灯转动。相机把两者的光加在一起：热的一面朝来，总亮度稍高；冷的一面朝来，总亮度稍低。这样随绕行位置重复变化的亮度，叫作相位曲线。“相位”在这里说的是行星走到了轨道的哪一段。

WASP-43b 绕一圈只需约十九个半小时。它的自转预计与公转同步，同一半球长期朝向恒星，另一半球长期背光。可是地球并不在恒星表面。行星走过一圈时，我们仍会依次看到它的白天与夜晚。

2022 年 12 月，JWST 的中红外仪器连续看了这个系统约二十六个半小时。期间行星从恒星前方经过一次，又藏到恒星后方两次。藏到后面称为二次食。少掉的那一点红外光，正好告诉我们：行星刚才给系统添了多少光。

对应阅读：Taylor J. Bell et al., Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b · Taylor James Bell and the 17 other named Zenodo creators, Products and Models for Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b

## 气体过了傍晚还没有冷下来

一团气体停在黑暗里，会不断向外辐射。如果没有热送来，它就会逐渐变冷。大气提供了一条从白天通向夜晚的路：气体先吸收恒星光，再流过傍晚的晨昏线。到了背光处，它还来不及散尽热量，仍然发出红外光。

这段旅程能走多远，取决于两种快慢。风更快，同一段冷却时间内就能走得更远；气层每升高一度能储存更多热，温度降下来也更慢。最亮的区域于是可能偏离恒星直射点。简单的向东气流模型中，明亮区域会在二次食之前更早转向我们。

人们常把偏开的明亮区域叫作热斑。不过，总亮度来自可见半球的许多地方。它达到最高的时刻，未必正好对应最热那团气体面朝我们。先看懂这次加权相加，才容易读懂相位曲线里的偏移。

对应阅读：Nicolas B. Cowan and Eric Agol, A Model for Thermal Phase Variations of Circular and Eccentric Exoplanets · Nicolas B. Cowan and Eric Agol, Inverting Phase Functions to Map Exoplanets

## 红外光量到的是哪一种温度

WASP-43b 的光谱给出白天平均亮度温度 $1524\pm35\,\mathrm K$，夜晚为 $863\pm23\,\mathrm K$。亮度温度的意思是：如果用黑体来发出这一段波长中同样强的光，它应当有多热。这是一种描述光的温度，必须连着波段一起说。

真实大气的不同波长可以从不同深度逃出来。云层挡住更深处的热气以后，我们看到的辐射会改变。研究者把 WASP-43b 的曲线与光谱，同包含夜侧云的模型等一组大气计算比较。要理解白天和夜晚的差别，既要看总光怎样起伏，也要看哪些波长比较明亮。

夜晚仍在发光，说明那里有能量可供散出。要从一条红外曲线继续读出风速，还得知道气体冷得多快。较快的风与冷得较慢的气层，可以留下相似的亮度分布。接下来可以亲手算一遍：热怎样进入、怎样移动，最后怎样变成我们收到的光。

对应阅读：Taylor J. Bell et al., Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b · Nicolas B. Cowan and Eric Agol, The Statistics of Albedo and Heat Recirculation on Hot Exoplanets

## 从一束星光一直算到望远镜

先找出截获恒星光的面积，扣掉反射的部分，再跟随流动气体计算加热与冷却。得到每块表面的温度以后，把可见半球的辐射加起来；越正对我们的一块，投影面积越大，贡献也越多。

二次食改变的是最后一步：恒星挡住了通向我们的光，行星受到的照明仍在继续。把轨道、气体流动与这次遮挡分别放好，温度图和亮度曲线就能接在一起。后面三章依次从面积、气团和投影积分开始。

对应阅读：Nicolas B. Cowan and Eric Agol, A Model for Thermal Phase Variations of Circular and Eccentric Exoplanets · Rodrigo Luger et al., STARRY: Analytic Occultation Light Curves

## 练习与解释性答案

1. 同一面永远朝向恒星，为什么夜晚还有热气？

   展开解释

   同步自转固定的是星体朝向，大气仍能相对星体流动。气体在冷却之前，把内部的热带过了晨昏线。

## 动手检验预测

### [跟着观察方向转一圈](https://sandboxphysics.com/zh/labs/exoplanet-thermal-phase-curve/)

1. 从“热量向东走”开始，跟随绿色观察方向绕行。
2. 在二次食附近切换观察者视角，比较球面与橙色曲线。
3. 回到气流视角，解释为什么看不到光时，气层仍在受热。

[下一篇：决定行星温度的两个面积](https://sandboxphysics.com/zh/stories/planet-phase-curves/areas-and-temperatures/)

## 来源与计算范围

1. [Nicolas B. Cowan and Eric Agol, A Model for Thermal Phase Variations of Circular and Eccentric Exoplanets](https://arxiv.org/pdf/1011.0428v1)

   2010 年 11 月 1 日第一版。第 2–4 节、第 1–10 与 13 式，图 1 与图 6；第 6 节讨论近似。使用给定平流与辐射冷却，不求解风的动量。

2. [Nicolas B. Cowan and Eric Agol, Inverting Phase Functions to Map Exoplanets](https://arxiv.org/pdf/0803.3622v1)

   2008 年 3 月 25 日第一版。第 2 节第 1–4 式，第 3.2 节第 7 式与图 1。侧视、各向同性、无食时的经度卷积与 Fourier 零空间。

3. [Nicolas B. Cowan and Eric Agol, The Statistics of Albedo and Heat Recirculation on Hot Exoplanets](https://arxiv.org/pdf/1001.0012v2)

   2010 年 12 月 20 日第二版。第 1 节、第 2.1–2.2 节与第 3 式。有限波段亮度温度、全波段能量与反照率的关系。

4. [Taylor J. Bell et al., Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b](https://arxiv.org/pdf/2401.13027v1)

   2024 年 1 月 23 日预印本第一版；另核读 2024 年 4 月 30 日正式发表版。主图 1–4；观测、裁切、阴影区与 Eureka v1 拟合方法及数据来源。公开产品固定为 Zenodo v1。

5. [Rodrigo Luger et al., STARRY: Analytic Occultation Light Curves](https://arxiv.org/pdf/1810.06559v1)

   2018 年 10 月 15 日第一版。第 2.4 节第 16 式，第 3.1 节第 17–20 式，第 3.2–3.3 节与第 4.2 节图 5。旋转、投影及不同遮挡轨迹的地图敏感性。

6. [Taylor James Bell and the 17 other named Zenodo creators, Products and Models for Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b](https://zenodo.org/records/10525170)

   第 10525170 号记录第一版，2024 年 4 月 30 日发布。核读原 API 许可与十八位创建者、实际 HDF5 数组属性和处理配置，保留选定原文件字节及逐文件 SHA-256。