Habitable Planet Formation in Extreme Planetary Systems: Systems with Multiple Stars and/or Multiple Planets
了解太阳系外行星系统中可居住行星的形成和动力学演化是一项具有挑战性的任务。在这方面，有多颗巨行星和/或多颗恒星的系统会带来特殊的复杂性。在这些环境中，适居行星的形成受到其巨行星和/或其恒星同伴的动力学的强烈影响。这些天体对形成类地行星的星子和原行星天体盘的结构有着深远的影响。现有的行星形成理论在多大程度上适用于这种“极端”的行星系统取决于它们的行星和/或双星的动力学特征。在本文中，我提出的研究结果的可能性存在的类地物体的系统中的多个巨行星（即Uppermandromedae，47 UMa，GJ 876，和55 Cnc）和讨论的动力学新发现的海王星大小的对象在55 Cnc系统。我还将审查可居住的行星形成的双星系统，并提出了一个系统的搜索结果的参数空间，类地物体可以形成和维持长期稳定的轨道在宜居带的双星。
2007-12-15 astro-ph
The Galactic Habitable Zone I. Galactic Chemical Evolution
我们提出了“银河系宜居带“（GHZ）的概念。类似于星周宜居带（CHZ），GHZ是银河系中的一个区域，在那里，类地行星可以在其表面保留液态水，并为类动物有氧生命提供长期栖息地。在本文中，我们研究GHZ对银河系化学演化的依赖性。唯一最重要的因素可能是类地行星的质量取决于其诞生云的金属丰度。我们非常近似地估计，要建造一个可居住的类地行星，金属丰度至少需要太阳的一半。类地行星的质量对内部热损失、挥发性物质存量和大气损失有重要影响。一个关键问题是维持板块构造的行星的产生，这是一个关键的回收过程，可以提供反馈，以稳定具有海洋和大气层的行星上的大气温度。由于银河系早期强烈的恒星形成活动，星际介质中重要的放射性同位素$^{40}$ K，$^{235, 238}$ U，$^{232}$ Th的浓度相对于地球上丰富的元素Fe一直在下降。同样重要的可能是Si和Mg相对于Fe的相对丰度，这影响了类地行星内核相对于地幔的质量。所有这些元素和同位素都随时间和银河系中的位置而变化;因此，在银河系其他位置和时间形成的行星系统与太阳的金属丰度相同，不一定会形成可居住的类地行星。
2001-03-12 astro-ph
A decreased probability of habitable planet formation around low-mass stars
较小的类地行星（小于0.3个地球质量）不太可能保留维持生命所需的大量大气和持续的构造活动。确定是否有足够大的“可持续居住”行星可以形成的关键因素是固体行星形成材料的可用性。我们使用动力学模拟的地球行星形成从行星胚胎和简单的缩放参数，探索类地行星质量，磁盘质量和母星的质量之间的相关性的影响。我们假设原行星盘质量与恒星质量成比例关系为Mdisk ~ f Mstar^h，其中f测量相对盘质量，1/2 < h < 2，因此盘质量随恒星质量减小而减小。我们认为没有木星行星的系统，根据目前的模型和观测M星。我们假设在给定参数的圆盘的某个环中形成的行星的质量与该环中的圆盘质量成比例，并通过一系列后期吸积的模拟表明，所采用的处方是令人惊讶的准确。我们的研究结果表明，对于低质量恒星，对于每一个现实的参数组合，具有足够的盘质量以形成> 0.3地球质量的可居住行星的系统的比例都在减少。这个“可居住分数”对于质量在0.5到0.8太阳质量之间的恒星来说是很小的，这取决于盘的参数，这个间隔排除了大多数M星。在低质量恒星周围常见的低质量盘中，径向混合和水的输送效率低下，因此大多数低质量恒星的宜居带中的类地行星可能很小而且干燥。
2007-07-11 astro-ph
Microlensing Sensitivity to Earth-mass Planets in the Habitable Zone
微透镜是能够探测太阳系外行星的最有力的方法之一，建议今后进行高监测频率的天基调查，以探测大量地球质量的行星。在本文中，我们将研究未来微透镜巡天对位于宜居带的地球质量行星的敏感性。为此，我们估计地球质量的行星，将位于其母星的宜居带的比例进行详细的模拟微透镜事件的基础上的物理和动力学分布和质量函数的银河系物质的标准模型。从这次调查中，我们发现，在总的可探测的地球质量的行星调查，那些位于宜居带将包括不到1%，即使在不太保守的定义下的宜居带。我们发现灵敏度低的主要原因是，在大多数情况下，微透镜行星探测效率达到最大（透镜区）时的预计恒星-行星间距远大于宜居带的中值。我们发现，宜居带的中值半径与透镜带的平均半径之比大致表示为$d_{\rm HZ}/r_{\rm E}\sim 0.2(m/0.5 M_\odot)^{1/2}$。
2006-01-31 astro-ph
Exotic Earths: Forming Habitable Worlds with Giant Planet Migration
近距离的巨行星（例如“热行星”）被认为是在远离它们的宿主恒星的地方形成的，并通过一个巨大的气体盘的扭矩，通过类地行星带向内迁移。在这里，我们模拟了类地行星在巨行星迁移期间和之后的生长。几颗地球质量的行星也形成在迁移的木星内部，类似于最近发现的“热地球”。富含水的地球质量行星是由巨行星轨道外的残存物质形成的，通常位于宜居带，轨道偏心率较低。超过三分之一的已知巨行星系统可能拥有类似地球的行星。
2006-09-08 astro-ph
Discovery and Study of Nearby Habitable Planets with Mesolensing
我们证明了引力透镜可以用来发现和研究附近矮星的宜居带中的行星。如果开发出合适的软件，新一代的监测程序将自动对矮星宜居带附近的行星进行普查。此外，个别附近的矮星可以在可预测的时间产生透镜事件;仔细监测这些事件可以发现位于可居住区的任何行星。由于透镜可以发现行星（1）在面对面的轨道上，（2）在最暗的恒星周围的轨道上，透镜技术将提供补充信息，通过多普勒和/或过境调查收集。最终的结果将是全面了解各种系统，这些系统的条件与地球上生命的产生条件相似。
2008-01-09 astro-ph
Toward detection of terrestrial planets in the habitable zone of our closest neighbor: Proxima Centauri
间接探测附近恒星的行星伴星的径向速度测量精度已经提高，能够发现海王星和超级地球质量范围内的太阳系外行星。通过地面RV计划发现类地行星将有助于确定参数Eta_Earth，即其他恒星周围潜在宜居行星的频率。为了寻找低质量的行星伴侣，我们监测了Proxima Centauri（M5 V）作为我们M矮星计划的一部分。在没有一个显着的检测，我们使用这些数据来证明RV方法在寻找类地行星的一般能力。对于晚M矮星，经典的液态表面水宜居带（HZ）位于恒星附近，在这种情况下RV方法是最有效的。我们想证明晚M矮星是用RV技术寻找类地行星的理想目标。我们在ESO VLT使用UVES光谱仪在7年的时间跨度内获得了Proxima Cen的差分RV测量值。我们确定上限的质量同伴在圆形轨道的数值模拟。Proxima Cen的RV数据的总均方根散射为3.1 m/s，周期搜索未显示任何显著信号。作为我们的同伴极限计算的结果，我们发现，我们成功地恢复了所有测试信号与RV振幅对应的行星与m sin i > 2 - 3 M_地球居住在近心星座的HZ内的统计显著性> 99%。在相同的周期范围内，我们可以恢复50%的质量为m sin i > 1.5 - 2.5 M_Earth的测试行星。基于我们的模拟，我们排除了任何行星在圆形轨道上的存在，其中m sin i > 1 M_海王星，间距< 1 AU。
2008-07-09 astro-ph
Early-type Stars: Most Favorable Targets for Astrometrically Detectable Planets in the Habitable Zone
早期类型的恒星似乎是一个很难在天体测量上寻找行星的地方。首先，它们相对较重，对于固定的行星质量，天体测量信号与恒星质量成反比。第二，它们相对稀少（因此往往更遥远），对于固定的轨道间隔，天体测量信号与距离成反比。然而，由于早型恒星相对更明亮，它们的宜居带在较大的半长轴上。由于天体测量信号直接与轨道大小成比例，这给了早期型恒星一个强大的优势，这超过了其他两个因素的补偿。使用依巴谷星表，我们表明，早期类型的恒星构成了大多数可行的天体测量搜索的行星在宜居带的目标。我们将这一特征与过境搜索进行对比，过境搜索主要对晚型恒星周围的可居住行星敏感。
2003-02-26 astro-ph
Habitable Planet Formation in Binary-Planetary Systems
最近的径向速度观测表明，类木行星可以存在于中等接近的双星系统中。对此类环境中的类地行星的动力学稳定性的数值模拟表明，除了它们的巨行星外，这些系统也可能存在类似地球的物体。本文研究了这类双星系统中类地行星形成的后期阶段，并给出了类地天体在其宜居带中形成的模拟结果。我们认为一个circumprimary磁盘的月球到火星大小的物体和数值积分的存在下，木星型行星的系统和不同的质量值，半长轴，和轨道偏心率的二级恒星这些机构的轨道。结果表明，在主星的宜居带中，可以形成含有大量水的类地天体。模拟还表明，通过将角动量从次级恒星转移到原行星物体，该系统的巨行星在这些物体的径向混合和最终类地行星的水含量方面发挥着关键作用。我们将讨论我们的模拟结果，并表明，在双星行星系统中形成宜居行星的可能性更大，在中等至大近日点的双星。
2007-02-27 astro-ph
Design Considerations for a Ground-based Transit Search for Habitable Planets Orbiting M dwarfs
通过瞄准附近的M矮星，使用普通设备的凌日搜索能够在其宿主恒星的宜居带中发现小至2个地球半径的行星。MEarth项目是一个未来的凌日搜索项目，旨在利用地面机器人望远镜网络以足够的精度和节奏监测北半球的M矮星，以探测此类行星。在这里，我们调查的MEarth项目的设计要求。我们评估的最佳带通，和必要的视野，望远镜孔径，和望远镜的时间分配上一颗恒星的基础上，是可能的，以及附近的M矮星的特点。通过这些考虑，1，976颗晚M矮星（R < 0.33 Rsun）成为凌日监测的有利目标。基于观测的节奏和总的望远镜时间分配量身定制，以恢复90%的过境信号从行星的宜居带轨道，我们发现，一个网络的10个30厘米的望远镜可以调查这些1,976 M矮星在不到3年。如果这次巡天的结果为零，那么在晚M矮星的宜居带中，大于2个地球半径的行星的出现率的上限（99%置信度）将为17%，而对于比宜居带更近的行星，则会有更强的限制。如果适居行星的真实出现率是10%，那么预期的产量将是2.6颗行星。
2008-01-18 astro-ph
Extreme Habitability: Formation of Habitable Planets in Systems with Close-in Giant Planets and/or Stellar Companions
到目前为止，已经发现了260多个太阳系外行星系统，寻找宜居行星已经找到了新的理由。与我们的太阳系不同，这些行星中的许多恒星都是偏心或接近的巨型天体的宿主。这些恒星中有几颗也是中等近距离（$<$ 40 AU）双星或多星系统的成员。在这些“极端”环境中形成的地球物体受到其巨行星和/或其恒星同伴的动力学的强烈影响。这些天体对微行星盘的化学结构和这些天体在其宿主恒星的陆地区域的径向混合有着深远的影响。多年来，人们认为这种影响将是如此具有破坏性，以至于双星和具有近距离巨行星的系统将无法形成和容纳可居住的天体。然而，最近的模拟结果证明并非如此。我将回顾在这种“极端”行星系统的宜居带中类地天体的形成和长期稳定性的模拟结果，并讨论在具有热彗星的系统中以及在中等偏心的近距离双星的主恒星周围形成具有大量水的类地行星的可能性。
2007-11-06 astro-ph
Habitable planets around the star Gl 581?
径向速度测量现在能够探测到距离M型恒星可居住距离的类地行星。最近，在M型恒星Gliese 581周围的三重系统中发现了两颗最小质量低于10个地球质量的行星。使用大气模型的结果和金星和火星的演变的限制，我们评估行星Gl 581 c和Gl 581 d的可居住性，我们讨论了影响宜居带（HZ）边界确定的不确定性。我们提供了简化的公式来估计的HZ限制，可用于评估的天体生物学潜力的类地系外行星，将有望在不久的将来被发现。行星Gl 581c和d在附近，但在外面，可以被认为是保守的HZ。行星“c”从其恒星接收的能量比金星从太阳接收的能量多30%，Gl 581的光谱能量分布导致了辐射强迫的增加。然而，由于影响云属性的不确定性，理论模型不能肯定排除其可居住性。行星d的辐射条件与早期火星相当。由于二氧化碳冰云的变暖效应，行星“d”可能是第一颗已知可能适合居住的系外行星的更好候选者。各种温室气体的混合物也可以维持这个星球上的可居住条件。
2007-11-21 astro-ph
Volatile-Rich Earth-Mass Planets in the Habitable Zone
小行星不一定是类地行星。在雪线之外形成的行星质量太小，无法快速产生气体吸积（<10个地球质量），应该富含挥发性冰，如水和氨。这些行星中的一些应该通过与拱星盘或其他行星的相互作用而向内迁移。这样的天体可以保留它们的挥发物数十亿年或更长的时间在~1 AU，因为它们的大气经历缓慢的流体动力学逃逸。这些物体可能会出现在未来的太阳系外地球类似物调查中。
2003-08-28 astro-ph
Survival of Terrestrial Planets in the Presence of Giant Planet Migration
“热彗星”，木星质量的行星，轨道周期很短，围绕着附近的主序星运行，被认为主要是由于行星的轨道迁移，这些行星最初形成在离母星更远的轨道上。巨行星的迁移将对这些系统中的类地行星的演化产生深远的影响，以前的分析假设在迁移发生后没有类地行星幸存下来。我们目前的数值模拟表明，相当一部分类地行星可以生存的迁移过程中，最终返回到圆形轨道相对接近其原始位置。最终轨道的一小部分位于宜居带，这表明拥有近距离巨行星的行星系统是在其他恒星周围寻找类地宜居行星的可行目标。
2003-11-10 astro-ph
Expanding and Improving the Search for Habitable Worlds
这篇评论的重点是最近的结果，在推进我们的理解的位置和分布的可居住的地球外环境。我们首先回顾定义可居住的行星/月球环境的质量。我们将这些概念扩展到我们太阳系中潜在的可居住环境，以及目前和未来对那里生物标志物的搜索，重点关注未来探索任务的主要目标：火星，欧罗巴和土卫二。我们研究了我们目前对适合形成宜居行星的行星系统类型的了解，并回顾了目前对太阳系外宜居行星的搜索状况，以及预期未来在灵敏度方面的改进和对太阳系外生命特征的远程探测的准备。
2007-12-17 astro-ph
The Stability of the Orbits of Earth-mass Planets in and near the Habitable Zones of Known Exoplanetary Systems
在2003年5月确认的93个主序星系外行星系统中，我们已经证明了9个样本中的大多数的宜居带（HZ）的各种限制区域中，地球质量的行星可以生存。在将我们的结果初步外推到其他系统时，我们估计93个系统中大约有三分之一可能在其HZ的某个地方拥有地球质量的行星。显然，这些系统应该在类地行星探索的目标清单上名列前茅。我们已经得出了这一结论，通过发射假定的地球质量的行星在不同的轨道，并遵循他们的命运与混合变量辛积分。
2003-05-27 astro-ph
Planets Formed in Habitable Zones of M Dwarf Stars Probably are Deficient in Volatiles
动力学的考虑，通过分析缩放和数值实验，这里提出的，意味着地球质量的行星吸积的区域，成为宜居带的M矮星形成在几百万年内。在行星吸积期间，这些区域的温度高于形成地球的物质所遇到的温度。碰撞速度期间和之后的主要吸积时代是大于地球。这些因素表明，围绕低质量主序星运行的行星可能太遥远（因此太冷），其表面不适合碳/水基生命，或者具有比地球少得多的挥发物。
2007-03-22 astro-ph
Extrasolar Trojan Planets close to Habitable Zones
我们研究了一些太阳系外行星系统中拉格朗日平衡点L4和L5附近类地行星的稳定区域。它们的稳定性问题可以在限制性三体问题的框架中处理，其中主恒星和一个大质量的类星体行星是主要天体，类地行星被认为是无质量的。从这些理论研究中，人们不能确定平衡点周围稳定区的范围。使用数值实验，我们确定了他们的largeness从已知的太阳系外行星表中选择的三个测试系统，其中一个巨大的行星是移动接近所谓的宜居带围绕主恒星在低偏心轨道。结果显示了该区域的大小和结构的依赖性，该区域随着已知气体巨星的偏心率显著收缩。
2004-08-04 astro-ph
SIM PlanetQuest: The Most Promising Near-Term Technique to Detect, Find Masses, and Determine Three-Dimensional Orbits of Nearby Habitable Planets
过去两次天文学和天体物理学十年巡天建议完成一项天基干涉测量任务，即今天所称的SIM PlanetQuest，因为它具有探测和确定附近岩石行星特征的独特能力（Bahcall 1991年，McKee & Taylor 2001年），并对天体物理学中的一系列广泛问题作出了贡献。美国国家研究委员会的许多委员会以及NASA路线图也同样强调SIM是一项可以检测和表征附近恒星周围岩石行星的技术，并且在技术上已经准备就绪。迄今为止，SIM仍然是唯一有能力探测和确认附近太阳型恒星宜居带中岩石行星的方案。此外，SIM测量了附近恒星（25 pc以内）周围适居行星的质量和三维轨道;这些恒星是唯一可以用其他技术跟踪的恒星，例如天基光谱学，地基干涉测量，当然还有TPF。
2007-04-06 astro-ph
Sensitivity of Transit Searches to Habitable Planets
V波段的光子限制凌日巡天对M星周围宜居带中固定大小行星的探测灵敏度原则上比G星高20倍左右。在I波段，该比值约为400。宜居带更近，恒星更小（再加上M星的数量优势），这些优势足以弥补后一类恒星光度较低所造成的信号减弱。也就是说，M星可以在比G星更暗的视星等上产生可靠的凌日探测。然而，为了达到这种更高的灵敏度，后一类恒星必须被监测到这些相应较暗的星等，这可能会产生一些实际问题。我们表明，通过适当的修改，开普勒任务可以将其有效灵敏度从目前的M_V=6扩展到M_V=9。这不会捕获整个M矮峰，但会使其对宜居带中类地行星的敏感度大约增加两倍。然而，为了利用M_V=12时灵敏度函数中的巨大凸起，需要进行重大改变。
2002-11-25 astro-ph
Planet formation in the habitable zone of alpha Centauri B
最近的研究表明，从观测的角度来看，半人马座阿尔法星B可能是在其宜居带（0.5- 0.9天文单位）内或附近探测类地行星的理想候选者。我们在这里研究，如果这样的宜居行星可以形成，通过数值研究的行星形成阶段，这可能是最敏感的二元效应：公里大小的微行星的相互吸积。使用一个国家的最先进的算法计算的影响速度在一个测试的星子人口，我们发现，星子的增长是唯一可能的，虽然微不足道，在最里面的一部分的HZ约0.5AU。超过这一点后，双星伴星的长期扰动和气体阻力的组合驱动相互速度超过侵蚀极限。在气体清除阶段，撞击速度可能会在以后降低，但这可能发生得太晚，无法阻止大多数公里大小的物体通过向内漂移而被清除，从而防止重新开始吸积。一个更有希望的假设是，这对双星形成于一个拥挤的星团中，在行星形成的初始阶段，它可能更宽。我们探索这种情况下，发现一个开始分离大约15 AU宽，或偏心率比目前的2.5倍，需要有一个吸积友好的环境，在整个HZ。
2008-11-05 astro-ph
Constraints on the mass of a habitable planet with water of nebular origin
从天体生物学的角度来看，人们特别关注太阳系外系统中存在可居住行星的可能性。这项研究的目的是限制类地行星可以获得水的质量的可能范围。我们专注于通过大气氢的氧化产生水的过程-星云气体被引力吸引-通过行星表面的氧化物。为了在行星上生产水，需要足够的氢和足够高的温度来融化行星表面。我们模拟了与原行星状星云相连的大气结构，得到了大范围的热通量、不透明度和星云气体密度。我们已经发现，对于一个地球质量的行星，这两个要求在很宽的参数范围内都得到了满足。我们还发现，质量小于0.3地球的行星的表面温度低于硅酸盐的熔化温度（~ 1500 K）。另一方面，一颗质量超过几个地球的行星会通过星云气体的失控吸积而成为一颗气体巨行星。
2006-06-06 astro-ph
Habitable Climates: The Influence of Obliquity
太阳系外的类地行星有可能孕育生命，它们可能有很大的相似度，或者有很强的相似度变化。我们重新考虑斜行行星的可居住性与能量平衡气候模型（EBM）允许动态过渡到冰覆盖的雪球状态作为冰的反馈的结果。尽管我们的EBM非常简单，但它相当好地捕捉了地球表面全球能量通量的季节性循环。它也表现出令人满意的全物理气候模型的高度倾斜的类地行星，在一个不寻常的制度，从两极到赤道的热传输为主的流通。倾斜类地行星上的气候可能会在其大部分季节循环中破坏全球辐射平衡，这限制了简单辐射平衡论点的有用性。高密度行星的气候恶劣，季节变化幅度大，但它们不一定比低密度行星更容易发生全球性的雪球转变。我们发现，类地行星与大量的二氧化碳大气，通常预计在外部地区的宜居带，也可以受到这种动态雪球过渡。一些雪球气候调查的二氧化碳丰富的大气经历部分大气崩溃。由于长期的二氧化碳大气积累对宜居行星起着气候恒温器的作用，部分二氧化碳崩溃可能会限制这些行星的宜居性。因此，类地行星的可居住性可能敏感地取决于其短期的气候稳定性。
2008-09-11 astro-ph physics.ao-ph
