Habitable Zones in Binary Star Systems: A Zoology
已经提出了几个概念，以确定在多恒星环境中哪些地方类地行星可能仍然适合居住。例如，基于等射线的宜居带依赖于日射几何来预测宜居性，而辐射宜居带则考虑了潜在宜居行星的轨道运动。动态信息宜居带包括行星轨道上的引力扰动，以及全尺寸的自洽模拟，这些模拟有望详细了解选定的陆地世界的演变。所有上述方法都同意恒星的多重性并不排除可居住性。在这样的环境中，对何处寻找可居住世界的预测可能因概念而异。本文的目的是提供一个概述目前的方法，并提出简单的分析估计的各种类型的宜居带的双星系统。
2020-09-04 astro-ph.EP
The Evolution of Stellar Rotation and the hydrogen atmospheres of habitable-zone Terrestrial Planets
在气态原行星盘内形成的类地行星可以积累大量的氢包层。由于XUV驱动的蒸发，这种大气的演变取决于宿主恒星的活动演变，而宿主恒星本身又敏感地取决于其旋转演变，因此也取决于其初始旋转速率。在这封信中，我们推导出一个简单适用的计算行星大气蒸发的方法，它结合了流体静力学低层大气和流体动力学高层大气的模型。我们发现，中心恒星的初始旋转速率是至关重要的行星大气的演变，可以确定如果一个行星保持或失去其原始的氢信封。我们的研究结果强调，需要一个详细的治疗恒星活动的演变时，研究行星大气的演变。
2015-11-11 astro-ph.EP
Ocean Dynamics and the Inner Edge of the Habitable Zone for Tidally Locked Terrestrial Planets
最近的研究表明，海洋动力学可以对永久性的夜晚产生显著的变暖效应，这些夜晚是1比1潮汐锁定的类地系外行星，在宜居带中间有类似地球的大气和海洋。然而，海洋动力学对宜居带边界（内缘和外缘）的影响仍然是未知的，这是我们对这类行星理解的一个主要空白。在这里，我们使用一个耦合的大气-海洋全球气候模式，以显示行星的热量传输从白天到黑夜的一面是由海洋在较低的恒星通量和大气附近的宜居带的内边缘。在高恒星通量下，海洋热传输（OHT）的减少主要是由于表面风应力的减弱和表面短波能量沉积的减少。我们进一步表明，海洋动力学几乎没有影响的观测热相位曲线的行星附近的内边缘的宜居带。对于行星在宜居带的中间范围，海洋动力学移动最热点的表面从亚恒星点向东。这些结果表明，未来对内缘的研究可能会将计算资源投入到仅限于大气的过程中，如云和辐射。然而，对于宜居带的中间范围和外缘的研究，将需要完全耦合的海洋-大气模拟。请注意，由于计算资源的限制，只有一个旋转周期（60个地球日）已在本研究中系统地检查;未来的工作，不同的旋转周期以及其他参数，如大气质量和成分是必要的。
2019-02-06 astro-ph.EP
Planetary Dynamics and Habitable Planet Formation In Binary Star Systems
双星系统是否可能拥有潜在的宜居行星取决于几个因素，包括双星系统的物理性质和轨道特征。前者决定了宜居带（HZ）的位置，后者影响了形成类地行星的物质的动力学（即，微行星和行星胚胎），并驱动行星组装的最终架构。为了在双星系统中形成一颗可居住的行星，这两个因素必须协调一致。也就是说，这两颗恒星的轨道动力学以及它们与行星形成物质的相互作用必须允许在宜居带内形成类地行星形成，并确保潜在宜居行星的轨道将长期稳定。我们按照同样的顺序组织了这一章。首先，我们对双星中行星的运动及其稳定性进行了一般性的讨论。然后，我们讨论了类地行星的稳定性，并形成潜在的宜居行星在一个双行星系。
2009-11-04 astro-ph.EP
Role of gaseous giants in the dynamical evolution of terrestrial planets and water delivery in the habitable zone
在目前的研究中，我们研究了一个巨大的行星在富水胚胎和星子的动力学演化的影响，位于雪线以外的系统围绕太阳的恒星，以确定什么样的类地行星可以形成在这些系统的宜居带（以下简称HZ）。为此，我们进行了行星吸积的N体模拟，考虑到气体已经从盘中消散，并且在系统的雪线之外形成了一颗巨大的行星，在3 au处。我们发现，一个质量值介于土星质量和木星质量之间的巨大行星，代表了一个极限，从雪线之外向内移动的富含水的胚胎的数量开始减少。从这一点来看，我们的研究表明，质量超过一个木星质量的巨行星成为向内迁移的富含水的胚胎的有效动力学障碍。此外，我们推断，在HZ中存活的这些胚胎的数量显着减少的系统，主机一个巨大的行星比一个更大的质量。这一结果具有重要的影响，关于形成的类地行星在HZ具有非常高的水含量，并可能提供一个选择标准，在寻找潜在的宜居系外行星的系统，主机周围的气态巨星太阳型恒星。
2018-08-27 astro-ph.EP
Swansong Biospheres II: The final signs of life on terrestrial planets near the end of their habitable lifetimes
地球上生命的生物特征并不是一成不变的，而是在地球的可居住寿命中发生了相当大的变化。地球未来的生物圈，很像早期的地球，将主要由单细胞微生物组成，这是由于太阳进入其主序演化的后期阶段时，造成的环境条件的敌意增加。在以往工作的基础上，对生物圈从现在起1 Gyr至2.8 Gyr的不同下降阶段的生物圈生产力进行了评估。一个简单的大气-生物圈相互作用模型被用来估计每个阶段的大气生物标志物气体丰度，并评估在低生产力的微生物生物圈中远程探测生命存在的可能性，为地球上可远程探测的生物特征的寿命设定上限。其他潜在的生物特征，如叶片反射率和云量进行了讨论。
2013-10-17 astro-ph.EP
Evolution of magnetic protection in potentially habitable terrestrial planets
我们提出了一个适合居住的类地行星的磁性演化模型，以及它们对保护行星大气免受恒星风侵蚀的影响。使用最新的热演化模型和发电机标度律，我们预测的行星偶极矩的演化作为行星质量和旋转速率的函数。结合这些结果与模型的演变的恒星风，恒星XUV通量和行星外逸层特性，我们确定的磁层和外底半径的属性，以估计大气质量损失的水平。我们使用这个模型来评估潜在的可居住的超级地球GJ 667 Cc，GI 581 d和HD 85512 b的磁保护。我们确认，类地行星，即使在最高可达到的磁场强度，将失去显着的一部分，他们的大气挥发物，如果他们是潮汐锁定在宜居带的dM恒星，或者即使有N/O丰富的大气，他们在宜居带接近$\sim$ 0.8 AU。在超级地球$M_p\gtrsim 3 M_\oplus$中也发现了类似的质量依赖的内部极限，在任何情况下，即使它们被潮汐锁定，似乎也有更好的机会保存它们的大气层。我们预测，GJ 667 Cc的大气层可能已经消失，目前不适合居住。另一方面，我们的模型预测，即使在恒星侵略的最坏预期条件下，GI 581 d和HD 85512 b的大气层也会受到内在磁场的良好保护。（Abstract）。
2012-04-01 astro-ph.EP
A revised estimate of the occurrence rate of terrestrial planets in the habitable zones around kepler m-dwarfs
Because of their large numbers, low mass stars may be the most abundant planet hosts in our Galaxy. Furthermore, terrestrial planets in the habitable zones (HZs) around M-dwarfs can potentially be characterized in the near future and hence may be the first such planets to be studied. Recently Dressing & Charbonneau(2013) used Kepler data and calculated the frequency of terrestrial planets in the HZ of cool stars to be 0.15^{+0.13}_{-0.06} per star for Earth-size planets (0.5-1.4 R_{Earth} ). However, this estimate was derived using the Kasting et al.(1993) HZ limits, which were not valid for s…
2013-03-11 astro-ph.EP
Habitable Moist Atmospheres On Terrestrial Planets Near the Inner Edge Of the Habitable Zone Around M-dwarfs
位于低质量恒星和冷矮星的宜居带（HZ）中的类地行星最近受到了广泛关注，因为与G矮星周围的行星相比，它们较短的轨道周期增加了它们被发现和定性的机会。由于这些行星可能是潮汐锁定的，因此需要改进这种行星大气的3D数值模拟来指导目标选择。在这里，我们使用一个3-D气候系统模型，更新与新的水蒸气吸收系数来自HITRAN 2012数据库，研究海洋覆盖的行星在HZ的内边缘周围晚M到中K恒星（$2600$ K <= Teff <= 4500 K）。我们的研究结果表明，这些更新的水蒸气系数导致显着变暖相比，以前的研究，所以M-矮星周围的内部HZ是不接近早期的工作建议。假设背景为1 bar N2大气的行星同步旋转，我们发现Teff> 3000 K的恒星内部HZ的行星在我们的3-D气候模型中经历了经典的"温室效应"（平流层中H2O混合比> 10 - 3），其地面温度（~280 K）明显低于1-D气候模型（~340 K）。这意味着低质量恒星周围的一些行星可以同时经历水分流失并保持可居住性。然而，对于Teff <= 3000K的恒星，在内部HZ的行星可能直接过渡到失控状态，而完全绕过潮湿的温室失水。我们分析了行星的透射光谱在一个潮湿的温室制度，并发现有几个突出的H2O功能在JWST仪器范围内。因此，只依赖于标准的地球模拟光谱与24小时旋转周期周围的M-矮星的可居住性研究将错过强H2O功能，人们会期望看到同步…
2017-07-04 astro-ph.EP
Gliese 581d is the first discovered terrestrial-mass exoplanet in the habitable zone
最近发现的系外行星GJ 581 d可能能够支持液态水，因为它的质量和轨道距离相对较低。然而，GJ 581 d接收到的恒星能量比火星少35%，可能被锁定在潮汐共振中，两极的日照极低，可能是永久的黑夜。在这种情况下，我们不知道地球上是否有任何适宜居住的气候能够承受全球冰川和/或大气层崩溃。在这里，我们提出了三维气候模拟，证明GJ 581 d将有一个稳定的大气和表面液态水的广泛的合理的情况下，使其成为第一个确认的超级地球（2-10地球质量的系外行星）在宜居带。我们发现，超过10巴的二氧化碳和不同量的背景气体（例如，N2）产生的全球平均温度高于0摄氏度的陆地和海洋覆盖的表面。基于该模型计算的红外辐射，我们提出了观测测试，将允许这些情况下，从其他可能的情况下，在未来区分。
2011-05-05 astro-ph.EP
Search for a habitable terrestrial planet transiting the nearby red dwarf GJ 1214
高精度的食分光光度法过境类地系外行星代表了一个有前途的途径，为第一个大气特征的可居住的世界和寻找生命以外的我们的太阳系。探测到类地行星经过附近的晚型M矮星，可以使这种方法在未来十年内得到应用，很快就会有通用的设施。在这种情况下，我们之前将GJ 1214确定为过境搜索的高优先级目标，因为围绕这颗附近的M4.5矮星运行的可居住行星的过境概率将大大提高GJ 1214 b的过境性质，这颗超级地球已经知道围绕恒星运行。基于这一观测，我们用斯皮策太空望远镜对GJ 1214进行了雄心勃勃的高精度光度监测，以探测其宜居带的内部，寻找像火星一样小的凌日行星。我们在这里介绍这次过境搜索的结果。不幸的是，我们没有发现任何其他过境行星。假设GJ 1214拥有一颗比火星更大的可居住行星，其轨道周期小于20.9天，我们对整个斯皮策数据集的全球分析导致后验不过境概率约为98%。我们的分析使我们能够显着改善GJ 1214 b的特性，测量其掩星深度为70+-35 ppm（4.5微米），并限制其小于205 ppm（3-sigma上限）在3.6微米。与迄今为止发表的GJ 1214 b的许多透射测量结果一致，这些发射测量结果与富金属和多云富氢大气一致。
2014-01-13 astro-ph.EP
Repercussions of thermal atmospheric tides on the rotation of terrestrial planets in the habitable zone
半日大气热潮汐对于位于主星宜居带的类地系外行星是非常重要的。在固体潮汐的作用下，它们扭转这些行星，从而有助于确定它们的旋转状态和气候。鉴于热潮汐的复杂动力学，分析模型对于理解其对行星大气的结构和旋转以及潮汐频率的依赖性至关重要。在这种情况下，由Lindzen和Chapman在60年代提出的最新模型很好地解释了类地快速旋转体渐近状态下热潮汐的性质，但预测了自旋轨道同步附近的非物理发散潮汐扭矩。在这项工作中，我们提出了一个新的模型，通过考虑耗散过程，通过牛顿冷却来解决这个问题。首先，我们恢复潮汐扭矩最近获得的数值模拟使用大气环流模式（GCM）。其次，我们表明，潮汐响应是非常敏感的大气结构，特别是对流的稳定性。强稳定层结能够消除大气潮汐扭矩，导致同步，而对流大气将受到强扭矩，导致非同步旋转状态。
2017-10-19 astro-ph.EP
Impact of Gas Giant Instabilities on Habitable Planets
许多太阳系外高偏心率气体巨星的探测表明，在行星系中，动力学不稳定性是常见的。这些不稳定性可以改变气体巨星的轨道以及类地行星的轨道，从而将可居住行星抛出或移出宜居带。在这项工作中，423个模拟与153个不同的假设行星系的气体巨星和类地行星已模拟探索轨道稳定的可居住行星。初始参数变化包括巨行星的数量、距离和质量以及恒星类型。发现气体巨星的初始数量和初始距离与可居住行星的存活率之间存在线性关系，由两颗巨行星组成的行星系对类地行星相当有利，而六颗巨行星则往往导致宜居带完全消失。巨行星之间的初始距离为5希尔半径的系统有很高的机会拥有一颗可居住的行星，尽管更紧凑的系统具有很大的破坏性。巨大的行星质量对可居住世界的稳定性影响较小。此外，还确定了一颗被观测到的巨大系外行星的现今轨道与可居住行星的存活率之间的联系。根据经验，观测到的气体巨星的偏心率高于0.4，倾角高于20度，经历了强烈的行星-行星散射，并且在其系统中不太可能有可居住的行星。此外，研究人员发现，K或M星周围的可居住行星比G星周围的行星存活率更高。
2018-02-15 astro-ph.EP
Post-Capture Evolution of Potentially Habitable Exomoons
太阳系外行星的卫星（系外卫星）最近被提议作为天体生物学目标。由于宜居带中的巨行星被认为已经迁移到那里，它们可能已经捕获了一颗前类地行星或微行星。因此，我们试图模拟一颗类地行星被捕获到恒星宜居带中的巨行星周围的轨道上的动力学演化。我们发现，大约有一半的松散的椭圆轨道的结果在稳定的圆形轨道的时间尺度小于几百万年。我们还发现，这些轨道大多是低倾角，但没有顺/逆偏好。此外，我们计算的过境时间和持续时间的变化所产生的系统，并发现，潜在的可居住的地球质量的系外卫星应该是可检测的。
2011-06-14 astro-ph.EP
The Formation of Habitable Planets in the Four-Planet System HD 141399
本文研究了系外行星系统HD 141399的宜居带中可能形成的类地行星。在这个系统中，HZ大约位于行星c（a = 0.7 au）和d（a = 2.1 au）之间。在HZ中具有不同初始条件的小物体的纯牛顿框架中的运动方程的广泛的数值积分被执行。我们的研究包括几个步骤，从分布在行星c和d之间的500个无质量天体开始，以模拟小天体盘的发展。结果发现，大约10^6年后，一个类似于我们太阳系木星内部主带的带状结构出现了。然后，我们继续给小天体质量（月球质量），并考虑到这些类行星物体之间的引力相互作用。为了寻找类地行星的形成，计算了由于碰撞而产生的具有一定比例水的物体的生长。我们观察到行星形成在与平均运动共振（MMR）相关的区域。到目前为止，在HD 141399系统中还没有观测到类地行星的证据，但从我们的结果中，我们可以得出结论，即使有适当数量的水，也有可能在HZ中形成类地行星。
2019-04-30 astro-ph.EP
Searching the Entirety of Kepler Data. I. 17 New Planet Candidates Including 1 Habitable Zone World
我们提出了一个独立的搜索的所有~ 200，000颗恒星观测到的四年开普勒任务（Q1-Q17）的多行星系统，使用三个过境最低检测标准搜索轨道周期长达数百天的结果。我们结合了自动和手动分诊，并提供我们的审查管道的完整性和可靠性的估计。我们的搜索返回了17颗行星候选者（PC），以及数千个已知的开普勒感兴趣天体（KOI），其中98.8%的已确认行星的回收率。我们强调发现一个候选者，KIC-7340288 b，这是岩石（半径< 1.6 $R_{\bigoplus}$）和宜居带（日照0.25和2.2倍之间的地球的日照）。另一个候选者是对已知的KOI-4509系统的补充。我们还提出了自适应光学成像后续的六个我们的新的个人电脑，其中两个揭示了一个视线恒星伴侣在4“。
2020-03-09 astro-ph.EP
Stability analysis of single planet systems and their habitable zones
我们研究由一颗假设的类地行星（$1 $或$10 \mearth$）和一颗大质量行星（$10 \mearth - 10 \mjup$）组成的行星系的动力学稳定性。我们考虑的质量和轨道，覆盖范围内观察到的行星系架构（包括非零的初始偏心率），通过N体模拟确定的稳定性限制，并将其分析希尔稳定性边界。我们表明，对于给定的质量和轨道的两个行星系统，一个单一的参数，可以计算分析，描述了拉格朗日稳定性边界（没有喷射或交流），但显着偏离希尔稳定性边界。然而，我们发现，实际的边界是分形的，因此，我们也确定了第二个参数，它划分从稳定到不稳定的演变过渡。我们展示了$ρ$ CrB、HD 164922、GJ 674和HD 7924的部分宜居带，这些宜居带可以支持一颗类地行星。这些分析澄清了系外行星系统的稳定性边界，并表明，对于大多数系外行星系统，数值模拟的稳定性潜在的宜居行星是必要的参数空间的一个狭窄的区域。最后，我们还确定并提供了一个目录的已知系统，可以主机类地行星在其宜居带。
2010-05-03 astro-ph.EP
Exploring Kepler Giant Planets in the Habitable Zone
开普勒任务在其主星的宜居带（HZ）内发现了数百颗行星候选者，其中包括70多颗半径大于3地球半径（$R_\oplus$）的候选者，位于乐观宜居带（OHZ）内（Kane et al. 2016）。这些巨行星是大型地球卫星（或外卫星）的潜在宿主，这些卫星也存在于HZ中。计算了OHZ中的巨行星（$R_p =$ ~3.0- 25 ~ $R_\oplus$）的出现率，发现了G星的$(6.5 \pm 1.9)\%$、K星的$(11.5 \pm 3.1)\%$和M星的$(6 \pm 6)\%$的出现频率。我们比较这与以前估计的发生率类地行星在HZ的G，K和M星，发现如果每个巨行星有一个大的类地卫星，那么这些卫星是不太可能存在于HZ比类地行星。然而，如果每颗巨行星都拥有一颗以上的卫星，那么HZ中卫星的出现率将与类地行星相当，甚至可能超过它们。我们使用Chen & Kipping（2016）开发的质量-半径关系估计每个行星候选者的质量。我们计算每个行星的希尔半径，以确定任何附着的月球可能居住的行星的影响区域，然后计算未来成像任务的月球和行星的估计角间距。最后，我们估计径向速度半振幅的每个行星用于后续的观测。
2018-05-09 astro-ph.EP
Dynamical Stability of Terrestrial Planets in the Binary α Centauri System
在这篇论文中，我们研究了假设的类地行星是否有很高的概率保持在半人马座α星A和B周围的宜居带内的稳定轨道上，并保持与生命进化相适应的时间长度。本文介绍了一个基于限制性三体问题解的稳定性判据，并将其应用于半人马座α系统。通过这种方式，我们确定的卫星型（S型）行星轨道的短期稳定性的区域，在平面和三维的情况下。我们还通过恒星宜居带的动态映射研究了假想行星的长期稳定性。的拓扑结构的地图进行了分析，使用半解析长期哈密顿模型和可能的过程负责长期的不稳定性被确定。我们验证了行星在宜居带内的运动是有规律的，无论高偏心率，倾角小于40°。我们表明，位于双宜居带的行星的轨道距离的变化是可比的地球，如果行星是接近的模式I定态解。这一结果为在双星中找到可居住的行星带来了积极的期望。
2014-08-05 astro-ph.EP
Stellar Activity Effects on Moist Habitable Terrestrial Atmospheres Around M dwarfs
在未来的几十年里，围绕M矮星附近的类地行星的凌日光谱学是太空任务的主要目标。三维气候模拟显示，缓慢同步旋转的类地行星可能在亚恒星点形成厚云，从而增加太阳辐射。对于Teff > 3000 K的M型矮星，这类行星在内宜居带（IHZ）被证明保持着潮湿的温室条件，平流层水蒸气增加（fH 2 O> 1 E-3），地面温度较低。然而，M矮星也具有很强的紫外线活性，可以有效地光解平流层的H2O。先前的建模工作没有包括高恒星紫外线活动对H2O的影响。在这里，我们采用了1-D的光化学模型与不同的恒星紫外线，以评估是否H2O破坏驱动的高恒星紫外线会影响其在透射光谱的可探测性。温度和水蒸气配置文件是从发表的3-D气候模型模拟的IHZ地球大小的行星周围的3300 K M的矮星与N2-H2O的气氛，他们作为自洽的输入配置文件的1-D模型。我们通过将其他物种引入大气中来探索1-D模型中额外的化学复杂性。我们发现，只要大气混合良好，高达1毫巴，紫外线活动似乎不会影响透射光谱中H2O的可检测性。最强的H2O特征出现在JWST MIRI仪器波长范围内，与约50 ppm的估计系统本底噪声相当。
2019-02-11 astro-ph.EP
How likely are Snowball episodes near the inner edge of the habitable zone?
了解全球冰川何时发生在类地行星上是气候演化研究的一个重大挑战。大多数关于温室气体（如CO2）在类地行星上如何随时间演变的模型都是确定性的，但地球气候历史的复杂性和非线性性质激发了对非确定性气候模型的研究。在这里，一个最简单的随机模型的CO2演化和气候的类地行星与不完美的CO2恒温器进行了研究。结果表明，在这个模型中，随着恒星光度的增加，平均大气CO浓度的降低使气候变得越来越不稳定，一旦接收到的恒星通量接近当今地球，就会出现低温状态的漂移。除非气候反馈总是迫使CO2浓度的变化随着接收到的恒星通量迅速下降，否则这意味着靠近宜居带内边缘的类地行星可能会相当频繁地进入雪球状态。对类地系外行星的日冕和颜色变化的观测应该可以让这一预测在未来得到直接检验。
2021-04-28 astro-ph.EP
Swansong Biospheres: Refuges for life and novel microbial biospheres on terrestrial planets near the end of their habitable lifetimes
未来地球上的生物圈（和过去一样）将主要由单细胞微生物组成。在多细胞生命出现之前，单细胞生命可能存在了至少2.5 Gyr，并且可能是唯一能够在遥远的未来在地球上生存的生命形式，当老化的太阳导致环境条件变得更加不利于更复杂的生命形式时。因此，从统计学上看，我们发现的可居住的类地系外行星更有可能处于其可居住寿命中更有利于支持单细胞生命而不是多细胞生命的阶段。地球上可居住性的最后阶段是这项工作的重点。一个简单的，纬度为基础的气候模式，包括偏心率和偏心率的变化被用来作为一个指南，在未来3 Gyr的地球温度演变。这使得人们可以推断出潜在的生命避难所，特别是在山区和冷阱（冰）洞穴中，以及什么样的生命形式可以生活在这些环境中。结果表明，在高纬度地区，单细胞生命可以持续到2.8 Gyr。这开始回答地球的可居住性将如何随着太阳的主序星演化而在局部尺度上演化的问题，以及通过扩展，类地行星的可居住性将如何随着时间的推移与它们自己的宿主恒星一起演化。
2012-10-21 astro-ph.EP
Mineral dust increases the habitability of terrestrial planets but confounds biomarker detection
确定我们太阳系以外的可居住行星是当前和未来空间任务的一个关键目标。然而，可居住性不仅取决于恒星的辐照度，还同样取决于行星大气的组成部分。在这里，我们第一次表明，辐射活跃的矿物尘埃将对类地系外行星的可居住性产生重大影响。在潮汐锁定的行星上，尘埃使昼侧变冷，使夜侧变热，显著扩大了宜居带。独立的轨道配置，我们认为，空气中的灰尘可以推迟行星水分损失的内部边缘的宜居带，通过反馈，涉及减少海洋覆盖和增加灰尘负载。灰尘的列入显着模糊的关键生物标志物气体（如臭氧，甲烷）在模拟的传输光谱，这意味着对观测的解释有重要影响。我们表明，未来的观测和理论研究类地系外行星必须考虑尘埃的影响。
2020-06-08 astro-ph.EP
Observational Tests of Terrestrial Planet Buffering Feedbacks and the Habitable Zone Concept
本研究针对类地行星缓冲反馈及宜居带假说尚未被观测验证的问题，提出模型无关的统计检验方法，得出不同采样顺序下探测反馈所需的观测次数范围，并分析误差容限的权衡影响。
2025-09-02 astro-ph.EP
Predicted diversity in water content of terrestrial exoplanets orbiting M dwarfs
围绕M矮星的系外行星调查发现了越来越多的具有类似地球日射的系外行星。预计其中一些行星是岩石行星，具有有利于表面液态水的温和气候的潜力。然而，各种模型预测，在M矮星周围的经典宜居带中轨道运行的类地行星没有水或水太多，这表明M矮星周围的宜居行星可能很罕见。在这里，我们提出了一个更新的行星人口合成模型的结果，其中包括水富集在原始大气中的影响，所造成的大气氢氧化的岩石材料从传入的星子和岩浆海洋。我们发现，这种原始大气中的水生产被发现显着影响陆地岩石水行星的出现，产生不同的水含量。我们估计，5-10%的行星与大小$<1.3 R_\oplus$轨道早中期M矮星有适当的海水量的可居住性。这样的发生率将足以通过正在进行的和不久的将来的M-矮行星调查任务来检测潜在的宜居行星。
2022-09-29 astro-ph.EP
The Effect of Planets Beyond the Ice Line on the Accretion of Volatiles by Habitable-Zone Rocky Planets
行星形成的模型表明，巨行星对形成的类地行星的数量、质量和轨道有很大的影响。此外，它们在将雪线（水冰可以凝结的区域）外部形成的物质的挥发物输送到类地行星可以在其表面保持液态水的内部区域中发挥重要作用。我们提出了模拟的类地行星形成的后期阶段，从磁盘的原行星围绕太阳型恒星，我们包括一个巨大的行星（从1个地球质量到1个木星质量）在木星的轨道在~5.2 AU，但一组模拟。两个初始圆盘模型进行了检查相同的质量分布和总初始水含量，但不同的水含量分布。我们比较了行星的吸积速率和最终形成的水团质量分数。值得注意的是，在我们的模拟中形成的所有没有巨行星的行星都富含水，这表明巨行星同伴不需要向宜居带中的类地行星输送挥发物。相比之下，可能需要一颗质量至少是地球几倍的外行星来清除遥远地区的碎片，从而截断频繁的大撞击时期。从径向速度调查中对系外行星的观测表明，外部的类地行星可能很稀少，因此这里提出的结果表明，居住在我们银河系中的宜居行星的数量可能比以前认为的要多。
2014-03-20 astro-ph.EP
Searching for Terrestrial Planets Orbiting in the Habitable Zone of Ultra-Cool Stars and Brown Dwarfs
我们建议使用开普勒在2轮模式进行详细的搜索地球大小的行星轨道的超冷恒星和棕矮星（光谱型从M7到L3）。这类天体为系外行星勘测提供了若干优势。首先，超冷恒星和褐矮星体积较小，因此行星与恒星的面积比有利。第二，由于它们的有效温度低，它们的宜居带的内缘非常接近（只有2到3天）。第三，我们的目标在红外波长处很明亮，这将使详细的后续研究成为可能。因此，我们的计划代表了一个独特的机会，可以找到一个过境地球大小的系外行星，其大气特征（包括生物特征）可以用JWST等即将到来的设施进行检测。这样的系外行星还没有被发现。两轮模式下的开普勒提供了所需的稳定性和测光精度，使这次调查成功。我们最初的目标样本包括60颗超冷恒星和褐矮星，我们希望从中至少检测到一颗凌日行星。我们建议对每个放射源进行4天的监测，因此项目总持续时间约为240天。
2013-09-04 astro-ph.EP
The snow line in viscous disks around low-mass stars: implications for water delivery to terrestrial planets in the habitable zone
水冰或雪线是原行星盘的关键属性之一，它决定了宜居带内类地行星的含水量。它的位置取决于恒星的性质，通过盘的质量吸积率，以及悬浮在盘中的尘埃的大小分布。我们计算雪线的位置从最近的观测质量吸积率和恒星质量的函数。通过将观测到的质量吸积率的色散作为初始盘质量色散的度量，我们发现给定质量的恒星将表现出一系列雪线位置。在一个给定的年龄和恒星质量，所观察到的质量吸积率的分散度为0.4德克斯自然导致雪线位置的分散度为0.2德克斯。对于ISM般的尘埃大小，一西格玛雪线之间的太阳质量恒星的年龄范围从2到5 au的位置。对于更真实的尘埃不透明度，包括更大的颗粒，雪线位于距离恒星近两倍的地方。我们使用这些位置和N体模拟的结果来预测在宜居带中原位形成的类地行星的水量。我们发现，在雪线位置的分散导致大范围的含水量。对于类似ISM的尘埃大小，类太阳恒星周围的可居住区类地行星中有很大一部分保持干燥，并且没有水被输送到低质量M恒星（小于太阳质量的一半）的宜居带。更接近雪线在磁盘与较大的颗粒使水输送到宜居带的一个显着的比例M星和所有FGK星。考虑到它们的数量和行星的出现率较高，M星可能拥有银河系中大多数富含水的类地行星，如果这些行星能够在随后的演化中保持它们的水。
2015-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
TESS Photometric Mapping of a Terrestrial Planet in the Habitable Zone: Detection of Clouds, Oceans, and Continents
到目前为止，少数系外行星已经使用其表面的相位调制反射或发射进行了光度测量，但这种信号的小幅度限制了以前的地图几乎完全局限于热巨行星上的粗糙偶极特征。在这项工作中，我们发现了一个信号，使用最近发布的数据从凌日系外行星调查卫星（TESS），我们显示对应于时变反射从一个类地行星的旋转周期为0.9972696天。使用作为STARRY包扩展开发的基于球谐函数的反射模型，我们能够重建这个岩石世界的表面特征。我们恢复一个随时间变化的地球，包括持久性的地区，我们解释为海洋和云银行的大陆功能的指示。我们认为，这颗行星代表了迄今为止对可居住世界的最有希望的探测，尽管其上任何生命的潜在智慧尚未确定。
2019-03-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the Habitable Lifetime of Terrestrial Worlds with High Radionuclide Abundances
液体溶剂的存在被广泛认为是可居住性的必要先决条件。我们调查的条件下，世界以外的宜居带的恒星能够支持液体溶剂在其表面上地质上显着的时间尺度，通过结合放射性和原始热量。我们的分析表明，放射性核素丰度比地球高$\gtrsim 10^3$倍的超级地球可以拥有长寿的水海洋。相比之下，在替代生物化学方面探讨的对长寿命乙烷海洋的要求限制较少：$\gtrsim 10^2$的相对放射性核素丰度可能就足够了。我们发现，如果这类世界的年龄是$\lesssim 1$ Gyr，那么原则上詹姆斯·韦伯太空望远镜在$\sim 10$ pc的距离上可以探测到这类世界（在$12.8$ $μ$ m处的$\sim 10$天积分时间上的$10σ$探测）。
2020-01-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Interior convection regime, host star luminosity, and predicted atmospheric CO2 abundance in terrestrial exoplanets
本研究通过耦合地质与大气模型模拟两种地幔对流状态下类地行星的演化，发现两类行星宜居气候占比相近，但可通过探测25颗行星的CO₂丰度（>0.1 bar）以高置信度推断主导对流状态，为未来空间望远镜任务设计提供参考。
2024-12-10 astro-ph.EP
Climate Diversity in the Solar-Like Habitable Zone due to Varying Background Gas Pressure
大量的研究通过提出各种可能气候的模型来回应越来越多的已确认的陆地宜居带系外行星。然而，背景气体，如N $_2$的分压的影响尚未得到很好的探索，尽管在地球大气中的N $_2$的丰度和缺乏限制其典型的丰度在类地行星大气。我们使用PlaSim，一个快速的3D气候模型，模拟数百个气候周围的太阳类恒星不同的N $_2$分压，星座，和表面特征，以确定背景气体分压对气候的影响。我们发现，气候的响应是非线性的，高度敏感的背景气体分压。我们确定的温室气体（如CO $_2$和H $_2$ O）的吸收线，放大的变暖或冷却的水蒸气温室正反馈，热传输效率，并通过瑞利散射冷却作为占主导地位的竞争机制，确定一个给定的N $_2$分压的平衡气候。最后，我们表明，不同数量的N $_2$应该有一个显着的影响，宽带反射光观测类太阳恒星周围的类地系外行星。
2020-12-30 astro-ph.EP
No Snowball on Habitable Tidally Locked Planets with a Dynamic Ocean
在M星的宜居带内运行的类地行星很可能被潮汐锁定在1：1的自旋：轨道配置中，并且是未来表征工作的主要目标。对于类地行星的潜在可居住性来说，一个重要的问题是它们是否会经历雪球事件（全球冰川期）。以前的工作使用一个中等复杂性的大气全球气候模型（GCM）没有海洋热传输表明，潮汐锁定行星将顺利过渡到一个雪球，与地球相比，它有分叉和滞后的气候状态与全球冰川。在本文中，我们使用一个耦合的海洋-大气GCM（ROCKE-3D）模型潮汐锁定行星没有大陆。我们选择这种配置是为了考虑我们预期具有高海洋热传输的情况。我们表明，包括海洋热传输不会重新引入雪球分岔。这一结果的一个含义是，在宜居带中被潮汐锁定的行星不太可能在一段地质学上重要的时间内以雪球状态被发现。
2019-10-14 astro-ph.EP
Habitable Zones for Earth-mass Planets in Multiple Planetary Systems
本文通过数值模拟研究了多行星系中地球质量行星的宜居带和动力学结构。例如，在HD 69830系统中，我们广泛地探索了三个海王星质量的同伴的行星配置，其中一个大质量的类地行星居住在0.07 AU $\leq a \leq$ 1.20 AU，以研究该系统中的小行星结构。我们强调，有至少$10^5$年的稳定区的低质量类地行星位于0.3和0.5 AU之间，和0.8和1.2 AU的最终偏心率为$e < 0.20$。此外，我们还发现小行星带的积累或耗尽也受到外行星轨道共振的影响，例如，与行星C的2：1和3：2平均运动共振（MMRs）以及与行星D的5：2和1：2 MMRs的小行星间隙。在动力学意义上，潜在类地行星或HZ存在的合适候选区域为0.35 AU $< a < $ 0.50 AU，以及0.80 AU $< a < $ 1.00 AU，这对于该系统中可能存在的小行星结构是有意义的。
2009-03-13 astro-ph.EP
Physical properties of terrestrial planets and water delivery in the habitable zone using N-body simulations with fragmentation
这项研究的目标是研究行星胚胎的碎裂如何影响太阳型恒星周围的类地行星的物理和动力学性质。我们的工作重点是行星的形成和演化以及宜居带中的水输送。我们区分A类和B类HZ行星，这有一个吸积种子最初位于内部和超出雪线，分别。我们开发了一个Nbody集成器，将碎片和打了就跑的碰撞，这是所谓的D3 N-body代码。由此，我们在拥有两颗气态巨星（如木星和土星）的系统中进行了46次行星吸积的数值模拟。我们比较了两组23 N体模拟，其中之一包括一个现实的碰撞处理和其他模型的所有影响完美的合并。在有碎裂的运行中形成的HZ行星的最终质量比没有碎裂的结果小15%~ 20%。至于A类HZ行星，那些在没有碎片化的模拟中形成的行星相对于它们的初始值在质量上有非常显着的增加，而那些在有碎片化的运行中产生的行星的增长则不那么相关。我们注意到碎片在A类HZ行星的质量中起次要作用，提供的最终值不到30%。在没有碎裂的运行中，A类HZ行星的水的最后分数保持初始值，因为它们没有吸积富含水的胚胎。在碎片化的运行中，这些行星的水的最终分数强烈依赖于每次碰撞后用于分配水的模型。B类HZ行星在有和没有碎片的情况下，其最终水含量没有显着差异。由此，我们发现碰撞碎裂并不是HZ中水世界生存的障碍。
2019-10-07 astro-ph.EP
Habitability of Terrestrial-Mass Planets in the HZ of M Dwarfs. I. H/He-Dominated Atmospheres
M矮星的普遍存在，加上相对容易探测到它们周围的地球质量行星，使它们成为寻找和描述“宜居带“（HZ）行星的主要目标。然而，开普勒发现，地球质量的系外行星通常具有大量的H/He包层，包括质量分数（$M_{env}/M_{core}$）$\gtrsim 1$ %。如果这些行星在Gyr时间尺度上保持这样的包络，即使在HZ内，它们也不会“适合居住”。由于M矮星的X射线/紫外线通量很强，我们研究是否有足够的包络质量可以被光蒸发掉，使这些行星变得适合居住。我们改进了以前的工作，通过使用流体动力学模型，占辐射冷却以及从流体动力学到弹道逃逸的过渡。采用一个包含恒星演化的M矮星XUV光谱模板，同时考虑蒸发和热演化，我们证明了：（1）质量损失是（大大）低于以前的估计，使用“能量有限”的形式主义和忽略过渡到金斯逃逸，（2）在HZ的内边缘，行星的核心质量$\lesssim 0.9$ M $_\oplus$，（3）在HZ的外缘，即使从地核到0.8 M $_\oplus$，蒸发也不能去除$\sim$ 1%H/He包层。因此，如果行星形成时有庞大的H/He包层，那么只有那些具有低质量核心的行星最终可能适合居住。核心$\gtrsim$ 1 M $_\oplus$，与$\gtrsim$ 1%的出生H/He信封，将不适合居住在M矮星的HZ。
2016-04-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
TRAPPIST Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI) workshop report
类地系外行星的大气表征时代即将到来。观测前的建模对于预测观测挑战和为数据解释做准备至关重要。本文介绍了TRAPPIST可居住大气相互比较（THAI）研讨会（2020年9月14日至16日）的报告。讨论了类地系外行星大气过程的气候模型和参数化、模型的进步和局限性以及未来模型发展的方向。我们希望这份报告将被用作未来系外行星大气数值模拟的路线图，并与天文学界保持密切联系。
2021-04-02 astro-ph.EP
Runaway climate cooling of ocean planets in the habitable zone: a consequence of seafloor weathering enhanced by melting of high-pressure ice
在宜居带中被厚厚的海洋覆盖的类地行星（被称为海洋行星）在大多数情况下被推断为具有极热的气候。这是因为海底的${\rm H_2O}$高压（HP）冰阻止了化学风化，从而阻止了大气CO $_2$的去除。然而，以前的研究忽略了高压冰的融化和来自大洋地壳的热通量的水平变化。在这里，我们研究是否高的热通量附近的洋中脊融化的高压冰，从而消除大气${\rm CO_2}$。我们开发了一个地球大小的海洋行星与板块构造不同的海洋质量，其中包括高压冰融化，海底风化和碳酸盐-硅酸盐地球化学碳循环的影响的综合气候模型。我们发现洋中脊附近的热通量高到足以融化冰，使海底风化。与以前的理论预测相反，我们表明，具有巨大海洋的类地行星的气候陷入极冷的（或雪球状态）与CO $_2$ -贫大气。这种极端寒冷的气候主要是因为高压冰融化将海底温度固定在融化温度，从而保持高风化通量，而不管地面温度如何。我们估计，海洋行星的海洋质量是地球海洋质量的几十倍，不再保持温和的气候。这些结果表明，即使在太阳系以外的宜居带中也存在气候极冷的类地行星，因为行星形成理论预测的富含水的行星频率很高。
2019-07-12 astro-ph.EP
Astrophysical Parameters and Habitable Zone of the Exoplanet Hosting Star GJ 581
GJ 581是一个多行星系统的M矮星宿主。我们使用CHARA阵列的长基线干涉测量，加上三角视差信息，直接确定其物理半径为$0.299 \pm 0.010 R_{\odot}$。利用文献测光数据进行光谱能量分布拟合，确定了GJ 581的有效地面温度$T_{\rm EFF}=3498 \pm 56$ K和光度$L=0.01205 \pm 0.00024 L_{\odot}$。根据这些测量结果，我们重新计算了该系统的宜居带的位置和范围，并得出结论，围绕GJ 581运行的两颗行星，行星d和g，将其全部或部分轨道花费在宜居带内或边缘。
2011-02-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of eccentricity on climates and habitability of terrestrial exoplanets around M dwarfs
偏心率是一个重要的轨道参数。了解它对行星气候和可居住性的影响对于我们在太阳系之外寻找可居住的世界至关重要。M-矮行星的轨道构型总是被潮汐锁定在共振态，这与类太阳恒星的轨道构型有很大的不同。M矮行星需要单独研究。在这里，我们使用一个全面的三维大气环流模式，系统地研究偏心率如何影响M-矮系外行星的气候和可居住性。模拟结果表明：（1）即使在e = 0.4时，这类行星的季节气候循环也很弱。水行星在其轨道运行期间不太可能脱离宜居带。(2)年全球平均地面温度随偏心率的增加而显著增加，这是由于云的偏心率减小所致。失控温室内边缘和潮湿温室内边缘都向外移动。(3)偏心轨道上的行星可以被捕获到其他自旋轨道共振态，从而形成不同的气候模式，即眼球模式和条纹球模式，其中条纹球模式由于行星轨道的减小而具有明显的高地面温度。在外缘附近，p = 1.0和2.0的行星更能抵抗雪球状态，这是因为恒星通量更集中。因此，具有整数自旋轨道共振数的行星比具有半整数自旋轨道共振态的行星具有更宽的宜居带。最重要的是，与圆形轨道相比，离心率缩小了宜居带的宽度。
2017-10-03 astro-ph.EP
Hurricanes on tidally locked terrestrial planets: Fixed surface temperature experiments
在这项工作中，我们研究了系外行星上飓风的存在。M矮星周围潮汐锁定的类地行星是寻找可居住系外行星的太空任务的主要目标。飓风能否在这类行星上形成的问题对于确定其气候和可居住性非常重要。利用一个高分辨率的全球大气环流模式，我们研究了在固定的地面温度下，潮汐锁定的类地行星上是否存在飓风。研究了行星自转速率、地面温度和大气成分的相关影响。我们发现飓风可以在行星上形成，但不是在所有行星上。对于靠近晚M矮星宜居带内缘的行星来说，在白天和黑夜两侧都有更多更强的飓风。对于处于宜居带中、外范围的行星，飓风形成的可能性很低，甚至接近于零，这一点在最近的研究中已经提出。只有当大气成分与地球相似时，基于地球的飓风理论才适用于潮汐锁定行星。然而，如果背景大气比H2O轻，飓风就很难产生，因为对流总是受到平均分子量的影响而受到抑制，这与土星的情况类似。这些结果对潮汐锁定行星的降水、海洋混合、气候和大气特征具有广泛的影响。最后，在一个为期十个地球日的潮汐锁定轨道上，用一个耦合的板状海洋和一个类似地球的大气进行的测试表明，实验中也存在飓风。
2020-11-11 astro-ph.EP
Simultaneous Optical Transmission Spectroscopy of a Terrestrial, Habitable-Zone Exoplanet with Two Ground-Based Multi-Object Spectrographs
研究岩石系外行星的大气层是比较这些行星和位于内太阳系的类地行星的行星学的关键。类地系外行星大气层显示出微弱的信号，试图探测它们是目前仪器的极限。我们关注的是宜居带类地系外行星LHS 1140 b。鉴于其25天的轨道周期和2小时的过境时间，捕获LHS 1140 b的过境具有挑战性。我们观察到这个物体的两次凌日，大约相隔1年，这产生了四个数据集，这要归功于我们同时使用安装在Las Campanas天文台双麦哲伦望远镜上的IMACS和LDSS 3C多物体光谱仪。我们提出了一个共同适合的白光曲线，以及共同适合20 nm波长分箱的光曲线，我们构建了一个透射光谱。将联合白光曲线残差分箱至3分钟时间箱得到的均方根值为145 ppm;分箱至10分钟时间箱得到的均方根值为77 ppm。我们在20 nm波长箱中的Rp ^2/Rs ^2的不确定性中位数为260 ppm，当用高斯过程回归拟合波长箱光变曲线时，我们实现了1.3倍光子噪声的平均精度。我们对Rp^2/Rs^2的精确度是清晰的氢主导大气特征振幅的四分之一，这意味着我们无法测试LHS 1140 b大气的现实模型。这里提出的技术和警告适用于凌日系外行星勘测卫星时代不断增长的地球样本，以及即将到来的新一代地面巨型分段镜望远镜。
2020-06-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
A whole-planet model of the Earth without life for terrestrial exoplanet studies
University of Washington（华盛顿大学）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学研究所地球与行星实验室）；SETI Institute（地外文明搜寻研究所）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Sellers Exoplanet Environment Collaboration（塞勒斯系外行星环境合作组织）；Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）
本文提出一个无生命的地球模型，用于研究类地系外行星的长期可居住性，并生成反射光谱以支持非生物基线的建立。
2026-08-26 astro-ph.EP
Detectability of Earth-like Planets in Circumstellar Habitable Zones of Binary Star Systems with Sun-like Components
鉴于相当大比例的恒星是太阳系附近的双星或恒星复合体的成员，预计这些双星中有许多拥有行星，甚至可能是可居住的行星。在半人马座阿尔法星系中发现的一颗类地行星支持了这一观点。由于类地行星在这样的系统中可能会经历很强的引力相互作用，传统的方法来确定宜居带，特别是在紧密的S型双星系统中，可能是相当不准确的。然而，这一领域的最新进展允许确定恒星周围允许永久居住的区域。虽然α-Cen Bb的发现表明，利用现有的观测设施可以在太阳型双星中探测到类地行星，但对于宜居带中的地球类似物是否也是如此，还有待证明。我们提供的径向速度和天体测量信号的最大值和RMS值的解析表达式，以及在这样的系统中的类地行星的过境概率，表明第二颗恒星与行星的动力学相互作用确实可能促进行星的检测。作为一个例子，我们讨论了额外的类地行星的平均，扩展，和永久的宜居带周围的半人马座α星系统的可探测性。
2012-12-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Efficiency of the oxygenic photosynthesis on Earth-like planets in the habitable zone
含氧光合作用是地球生物圈中最重要的生化过程，考虑到其输入的化学成分和作为能量来源的光的普遍可用性，在其他可居住的类地行星上可能非常常见。因此，重要的是要评估有效的可能性，氧气光合作用的行星周围的恒星作为一个功能的光谱型和行星-恒星的分离。我们的目的是估计的光子通量，有效能和有效能效率的波长范围内的辐射有用的含氧光合作用作为一个功能的主机恒星有效温度和行星-恒星分离。我们分析计算这些数量，并将我们的结果与已知类地行星的小样本估计进行比较。我们发现在2600-7200 K范围内，（火用）是恒星有效温度的增函数。它取决于恒星与行星的距离和恒星的有效温度。围绕冷恒星的系外行星上的生物圈通常可能是光有限的。到目前为止，我们还没有观测到在有用光子通量、火用和火用效率方面与地球相当的类地行星。
2021-04-03 astro-ph.EP
High-resolution Spectra for a Wide Range of Habitable Zone Planets around Sun-like Stars
目前，对宇宙中生命的探索主要集中在类似地球的行星上。然而，我们应该做好准备，不仅在宿主恒星方面，而且在表面环境方面找到多种多样的类地系外行星。覆盖广泛参数空间的适居行星模拟高分辨率光谱对于训练检索工具，优化观测策略和解释即将到来的观测至关重要。ELT、GMT和TMT等地面超大型望远镜，以及Origins、HabEx和LUVOIR等未来的天基任务概念，都被设计成能够表征各种潜在的宜居世界。其中一些望远镜将使用高精度径向速度技术来获得所需的高分辨率光谱（$R\approx100,000$），以确定潜在的宜居系外行星的特征。在这里，我们提出了一个数据库的高分辨率（0.01厘米$^{-1}$）的反射和发射光谱的模拟系外行星具有广泛的表面，接收类似的辐射地球周围的12个不同的宿主恒星从F0到K7。根据表面类型和宿主恒星，我们表现出不同的光谱特征强度，以及整体反射率，排放量，恒星与行星的对比度比类地行星在其宿主恒星的宜居带。考虑到恒星通量和表面的波长相关相互作用，将有助于确定即将到来的可见光和红外光谱观测的最佳目标。我们所有的光谱和模型配置文件都可以在线获得。
2020-07-07 astro-ph.EP
New models of reflection spectra for terrestrial exoplanets: Present and prebiotic Earth orbiting around stars of different spectral types
为了从未来观测到的光谱中识别出可居住的系外行星，我们提出了新的反射光谱模型和几何模型，用于在光谱型F，G，K和M恒星的可宜居带内运行的现代和前生物（3.9 Ga）类地系外行星。我们计算出行星的各种大气和表面成分。作为潜在生物特征和温室因子的分子被纳入我们的模型大气中。固体和液体物质的各种组合，如海洋，海岸，由树木，草，沙子或岩石组成的土地，决定了行星的表面覆盖度。还提供了一组九颗潜在宜居行星的几何反射光谱和模型反射光谱，包括Proxima Centauri b，TRAPPIST-1d，Kepler-1649 c和Teegarden的Star-b。我们采用的不透明度数据来自使用开源软件包外传输，并采用不同的大气温度-压力的配置文件，这取决于类地系外行星的属性。通过数值求解多次散射辐射转移方程，建立了模型反射光谱。我们通过与其他研究者发表的模型进行比较，验证了我们的模型在一些特定情况下的反射光谱。我们证明，前生物类地系外行星和目前的类地系外行星，其大气中的温室气体量增加，在光学散射更多的星光。我们还提出了现代和前生物类地系外行星与多云和无云的大气的透射光谱。
2023-03-01 astro-ph.EP
A Low-order Model of Water Vapor, Clouds, and Thermal Emission for Tidally Locked Terrestrial Planets
基于复杂系统最小化建模的思想，我们建立了一个理想化的双柱模型，用来研究M型矮星宜居带中具有类地大气的潮汐锁定类地行星的气候。该模式能够近似三维（3D）大气环流模式（GCM）模拟得到的气候的基本特征。双柱模型成功的一个重要原因是它再现了GCM模拟的高云密度，这降低了地球的温度，推迟了失控的温室状态的发生。双柱模型还清楚地说明了决定气候的第二种机制：夜面充当“散热鳍”，红外线能量很容易通过它损失到太空中。这种散热片是由逆温和干燥的空气在夜面维持的，并发挥着类似于现代地球上的亚热带的作用。由于一维辐射-对流模型不能捕捉到云的对流和散热片的影响，它们系统地偏向于一个更窄的宜居带。我们还表明，云参数是最重要的确定昼夜热辐射对比度的两列模型，这减少，并最终逆转恒星通量的增加。这种逆转很重要，因为它可以被未来的太阳系外行星表征任务检测到，这将表明该行星有类似地球的水云，并且可能适合居住。
2014-03-04 astro-ph.EP
The Dynamical Architecture and Habitable Zones of the Quintuplet Planetary System 55 Cancri
利用Fischer等人（2008）的自洽轨道解，对巨蟹座行星系55的长期轨道演化和动力学结构进行了数值模拟.在模拟中，我们表明，该系统至少可以稳定$10^{8}$年。此外，我们广泛调查的行星配置的四个外部同伴与一个类地行星在广泛的区域0.790 AU $\leq a \leq $ 5.900 AU检查潜在的小行星结构和宜居带（HZ）的存在。结果表明，该系统与最外层行星的平均运动共振（MMR）在4：1、3：1和5：2附近存在不稳定区域，在3：2和1：1 MMR附近存在稳定轨道，这与太阳系的小行星带相似。在一个动力学点上，1.0 ~ 2.3AU的范围内，存在更多潜在类地行星的合适候选区，其偏心率相对较低。
2009-02-25 astro-ph.EP
Tests of In-Situ Formation Scenarios for Compact Multiplanet Systems
开普勒已经确定了600多个多行星系统，其中许多行星的轨道距离小于水星-与太阳系完全不同。由于这些系统可能很难用核心吸积和盘迁移的范式来解释，因此有人认为它们是在具有高固体表面密度的原行星盘内原位形成的。巨行星的出现和恒星金属丰度之间的紧密联系被认为与富含金属的恒星周围的圆盘中固体表面密度的增强有关，因此巨行星的存在可以是高固体表面密度圆盘中行星形成的可检测迹象。我制定的定量预测的频率长周期巨行星在这些原位模型的行星形成通过翻译提出的增加磁盘质量到一个等效的金属丰度增强。重新推导了巨行星产状与金属丰度的比例关系为P_gp = 0.05_{-0.02}^{+0.02} x 10^{（2.1 +/- 0.4）[M/H]} = 0.08_{-0.03}^{+0.02} x 10^{（2.3 +/- 0.4）[Fe/H]}，并表明在最小质量太阳系外星云假设和观测上限之间存在着巨大行星的频率。这一事实表明，仅凭高质量盘无法解释近距离开普勒多行星系统的观测特性，迁移仍然是其形成的必要因素。更投机的是，我结合最近公布的小行星发生率的巨行星发生率的金属丰度标度来估计银河系中太阳系类似物的数量。我发现在银河系中可能有4 x 10^6个真正的太阳系类似物，其中一颗FGK恒星在宜居带中拥有一颗类地行星和一颗长周期巨行星伴星。
2014-03-03 astro-ph.EP astro-ph.GA
The M dwarf planet search programme at the ESO VLT + UVES. A search for terrestrial planets in the habitable zone of M dwarfs
我们目前的径向速度（RV）测量我们的样本40 M矮星从我们的行星搜索计划与VLT+UVES开始于2000年。虽然我们的RV精度下降到2 - 2.5米/秒，时基线长达7年，我们能够在M矮星的近宜居带中找到几个地球质量的行星，但没有探测到行星伴星。为了证明这一点，我们提出了质量检测极限，使我们能够排除我们的大多数样本恒星的1天文单位质量的行星。我们确定了6 M矮星，拥有一颗褐矮星或低质量恒星伴星。除此之外，所有其他样本星都显示出低RV变化，均方根< 20 m/s。一些高自行星表现出与其长期加速度一致的线性RV趋势。此外，我们检查我们的数据集的RV和恒星活动之间的可能的相关性，看到的变化的H α线强度。对于巴纳德星，我们发现了一个显着的相关性，但大多数样本星没有显示出这样的相关性。
2009-08-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Carbon Cycle Imbalances on Arid Terrestrial Planets with Implications for Venus
University of Washington（华盛顿大学）
研究探讨了干旱陆地行星碳循环平衡的必要条件，发现需初始水储量维持适宜温度，否则可能引发CO2失控。金星可能因水不足导致碳循环崩溃，暗示干旱行星难以维持宜居性。
2026-04-18 astro-ph.EP
Simulated Phase-dependent Spectra of Terrestrial Aquaplanets in M Dwarf Systems
热辐射和反射恒星能谱的轨道相位相关变化可以对绕M矮星运行的类地太阳系外行星的气候状态提供有意义的约束。水蒸气、云和地表冰的空间分布受气候控制。反过来，水，在其每个热力学阶段，施加显着的调制热和反射行星光谱。在这里，我们探索这些特征的光谱信号，基于三维气候模拟地球大小的水行星轨道附近的M矮星的宜居带。通过使用3D模型，我们可以自洽地预测气候系统中的地面温度以及水蒸气、云和表面冰的位置。M矮星系统中的宜居带行星预计与它们的主星同步旋转，因此根据观察到的半球，发射和反射的能量通量存在明显差异。在这里，我们说明了冰冷，温和，初期失控的温室气候状态表现出相位相关的光谱信号，使他们的特性。
2019-06-06 astro-ph.EP
Life on Exoplanets In the Habitable Zone of M-Dwarfs?
在M型矮星周围的宜居带中运行的系外行星一直是寻找生命的主要目标，这是因为主恒星的寿命很长，这些恒星在银河系中的突出性，以及在M型矮星周围发现的明显过多的类地行星。然而，M矮星的恒星活动增强，以及这些系统中经常被潮汐锁定的行星，引发了对这些行星可居住性的质疑。在这封信中，我们研究了可能存在的另一个重大挑战：这些系统似乎缺乏将小行星运送到可居住的类地行星所必需的架构，小行星撞击可能在生命起源中发挥关键作用。产生稳定的小行星带和气体盘消散后小行星的晚期释放的最广泛接受的机制需要在雪线半径之外有一颗巨大的行星。我们发现，没有一个观测到的系统中的行星在其恒星的宜居带也包含一个巨大的行星，因此不太可能有稳定的小行星带。我们认为观测到的巨行星相对于雪线半径的位置是恒星质量的函数，并发现在M矮星周围的雪线半径之外有一群巨行星。因此，M矮星周围的小行星带的形成通常是可能的。然而，我们发现M-矮星周围的多行星系结构可能与大质量恒星周围的结构有很大的不同。
2022-09-06 astro-ph.EP
