Hydrostatic equilibrium is an excellent approximation for the dense layers of planetary atmospheres where it has been canonically used to interpret transmission spectra of exoplanets. Here we exploit the ability of high-resolution spectrographs to probe tenuous layers of sodium and potassium gas due to their formidable absorption cross-sections. We present an atmosphere-exosphere degeneracy between optically thick and optically thin mediums, raising the question of whether hydrostatic equilibrium is appropriate for Na I lines observed at exoplanets. To this end we simulate three non-hydrostatic, evaporative, density profiles: (i) escaping, (ii) exomoon, and (iii) torus to examine their imprint on an alkaline exosphere in transmission. By analyzing an evaporative curve of growth we find that equivalent widths of $W_{\mathrm{Na D2}} \sim 1- 10$ mA are naturally driven by evaporation rates $\sim 10^3 - 10^5$ kg/s of pure atomic Na. To break the degeneracy between atmospheric and exospheric absorption, we suggest that if the line ratio is $\mathrm{D2/D1} \gtrsim 1.2$ the gas is optically thin on average and roughly indicating a non-hydrostatic structure of the atmosphere/exosphere. We show this is the case for Na I observations at hot Jupiters WASP-49b and HD189733b and also simulate their K I spectra. Lastly, motivated by the slew of metal detections at ultra-hot Jupiters, we suggest a toroidal atmosphere at WASP-76b and WASP-121b is consistent with the Na I data at present.

中文翻译：

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系外行星系统的碱性外逸层：蒸发透射光谱

流体静力平衡是行星大气致密层的极好近似值，它已被规范地用​​于解释系外行星的透射光谱。在这里，我们利用高分辨率光谱仪的能力来探测钠和钾气体的薄层，因为它们具有强大的吸收截面。我们提出了光学厚介质和光学薄介质之间的大气-外层简并，提出了流体静力平衡是否适用于在系外行星上观察到的 Na I 线的问题。为此，我们模拟了三种非静水、蒸发、密度分布：(i) 逃逸、(ii) 系外卫星和 (iii) 环面，以检查它们在传输过程中在碱性外逸层上的印记。通过分析增长的蒸发曲线，我们发现 $W_{\mathrm{Na D2}} \sim 1- 10$ mA 的等效宽度自然由蒸发率 $\sim 10^3 - 10^5$ kg/s 驱动纯原子 Na。为了打破大气和外层吸收之间的简并性，我们建议，如果线比为 $\mathrm{D2/D1} \gtrsim 1.2$，则气体平均光学稀薄，大致表明大气/外层的非流体静力结构. 我们证明了这是在热木星 WASP-49b 和 HD189733b 上观察到的 Na I 的情况，并且还模拟了它们的 KI 光谱。最后，受超热木星大量金属探测的推动，我们认为 WASP-76b 和 WASP-121b 的环形大气与目前的 Na I 数据一致。为了打破大气和外层吸收之间的简并性，我们建议，如果线比为 $\mathrm{D2/D1} \gtrsim 1.2$，则气体平均光学稀薄，大致表明大气/外层的非流体静力结构. 我们证明了这是在热木星 WASP-49b 和 HD189733b 上观察到的 Na I 的情况，并且还模拟了它们的 KI 光谱。最后，受超热木星大量金属探测的推动，我们认为 WASP-76b 和 WASP-121b 的环形大气与目前的 Na I 数据一致。为了打破大气和外层吸收之间的简并性，我们建议，如果线比为 $\mathrm{D2/D1} \gtrsim 1.2$，则气体平均光学稀薄，大致表明大气/外层的非流体静力结构. 我们证明了这是在热木星 WASP-49b 和 HD189733b 上观察到的 Na I 的情况，并且还模拟了它们的 KI 光谱。最后，受超热木星大量金属探测的推动，我们认为 WASP-76b 和 WASP-121b 的环形大气与目前的 Na I 数据一致。我们证明了这是在热木星 WASP-49b 和 HD189733b 上观察到的 Na I 的情况，并且还模拟了它们的 KI 光谱。最后，受超热木星大量金属探测的推动，我们认为 WASP-76b 和 WASP-121b 的环形大气与目前的 Na I 数据一致。我们证明了这是在热木星 WASP-49b 和 HD189733b 上观察到的 Na I 的情况，并且还模拟了它们的 KI 光谱。最后，受超热木星大量金属探测的推动，我们认为 WASP-76b 和 WASP-121b 的环形大气与目前的 Na I 数据一致。