Shock Synthesis of Organic Molecules by Meteoroids in the Atmosphere of Titan
该研究结合卡西尼号观测的流星体数据、大气进入模型与冲击合成效率，发现土卫六大气中流星体冲击可生成有机分子，对理解其大气化学有重要意义。
2023-07-18 astro-ph.EP
On the Detection of Molecules in the Atmosphere of HD189733b using HST NICMOS Transmission Spectroscopy
HD 189733 b的HST/NICMOS透射光谱测量表明在系外行星大气中检测到甲烷（CH $_{4}$），这一直是一个重大争议的来源。这可能是迄今为止分析得最好的系外行星光谱数据集，不同的团队使用不同的方法，声称有证据既反驳又支持最初的发现。在这里，我们报告了对三个独立的已发布光谱进行统一光谱检索分析以及零假设检验的结果。基于贝叶斯模型比较，我们发现，三个光谱中的两个显示出强有力的证据（$\geq$ 3.6 $σ$）的分子特征的检测主要是由于水和甲烷，而第三个是一致的弱分子检测在2.2 $σ$水平。我们解释协议的光谱调制建立由以前的作者和大气检索结果在这里，作为确认的原始检测分子吸收剂在大气中的HD 189733 b。
2014-01-29 astro-ph.EP
The sulphur species in hot rocky exoplanet atmospheres
本文通过热化学平衡模型研究热岩石系外行星大气中的硫物种，发现SO2、SO、H2S和S2最丰富，其中SO2在透射光谱中具有可探测特征，而H2S难以探测，PS虽浓度低但可在特定条件下产生强吸收，硫分子探测有助于表征行星表面。
2023-10-31 astro-ph.EP
Heating, Excitation, Dissociation, and Ionization of Molecules by High-Energy Photons in Planetary Atmospheres
本文建立非热电子向H2O、H2和O2分子的能量传递模型，揭示不同能量电子在电离、解离、激发与加热通道间的分配规律及其对系外行星大气研究的意义。
2025-06-15 astro-ph.EP
TIRAMISU: Non-LTE radiative transfer for molecules in exoplanet atmospheres
本文提出TIRAMISU程序用于系外行星大气非LTE分子辐射转移计算，以KELT-20 b为例揭示非LTE效应对OH光解离速率和不透明度的影响，并指出其对大气建模与成分反演的重要意义。
2025-08-18 astro-ph.EP
Precipitation of Energetic Neutral Atoms and Induced Non-Thermal Escape Fluxes from the Martian Atmosphere
本文研究了火星大气中高能中性原子的沉淀，这些中性原子是通过太阳风离子与热大气气体之间的电荷交换碰撞产生的。在蒙特卡罗模拟中，利用精确的横截面建立了快速离子沉淀参数与逃逸通量、快速原子高度依赖的能量分布及其在火星大气中的反射系数之间的联系。得到了由沉淀粒子引起的二次热原子和分子的分布，并应用于非热逃逸通量的计算。本文报道了一个新的精确的能量-角相关截面的碰撞数据库，该数据库是描述沉淀粒子碰撞和产生非热大气原子和分子的能量-动量转移所必需的，并给出了解析拟合方程。三维蒙特卡罗模拟与精确的能量角依赖的截面已经进行跟踪大的能量原子系综在时间依赖的方式，因为它们传播到火星大气中，并将其能量转移到周围的原子和分子。的能量沉积高度分布，反射系数，和随时间变化的大气加热，获得各向同性的硬球和各向异性的量子截面的蒙特卡罗模拟的结果进行了比较。测量了大气加热率、热化深度、产生率的高度分布、次级热原子和分子的能量分布以及诱导逃逸通量。
2014-06-10 astro-ph.EP
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. III. Gaseous C-H-O-N Chemistry with 9 Molecules
我们提出了新的，分析，平衡化学公式的丰度的分子在热的系外行星大气中，包括碳，氧和氮网络。我们以氢为主的解决方案包括乙炔（C $_2$ H $_2$），氨（NH $_3$），二氧化碳（CO $_2$），一氧化碳（CO），乙烯（C $_2$ H $_4$），氰化氢（HCN）、甲烷（CH $_4$），分子氮（N $_2$）和水（H $_2$ O）。通过只考虑气相，我们证明了一氧化碳的混合比是由一个decic方程（多项式方程的次数为10）。我们验证我们的解决方案对平衡化学的数值计算，执行吉布斯自由能最小化，并证明他们是准确的$\sim 1\%$水平的温度从500到3000 K。在氢占主导地位的大气中，HCN与CH $_4$的丰度比在很宽的碳氧比范围内几乎是恒定的，这使得它成为气相中金属丰度的可靠诊断。我们验证的公式允许方便的基准化学动力学代码，并提供了一种有效的方式，在大气反演计算中执行化学平衡。
2016-07-15 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
Ionisation in atmospheres of brown dwarfs and extrasolar planets VI: Properties of large-scale discharge events
亚恒星大气中的矿物云在各种电荷过程中起着催化剂的特殊作用。如果云是带电的，周围的环境就会被电激活，带电颗粒的集合体就会放电（例如通过闪电），这会显著影响当地的化学物质，创造出类似于早期行星大气中生命的条件。我们注意到，这种闪电放电也有助于大气的电离状态。我们适用于从实验室测量和数值实验漂移凤凰模型大气结果的放电过程的比例律模型的放电的传播向下（闪电）和向上（精灵）通过大气云层。我们评估闪电放电的空间范围和能量。受影响的大气体积（例如温度或电子数的增加）在棕矮星大气中（$10^8 -~10^{10}$ m $^3$）比在巨大气体行星中（$10^4 -~10^{6}$ m $^3$）大。我们的结果表明，在一个事件的总耗散能量是$<10^{12}$ J的所有模型的初始太阳金属丰度。第一次尝试表明闪电对局部气相的影响表明，CH和CH $_2$等小碳水化合物分子的增加是以CO和CH $_4$为代价的。形成尘埃的分子被破坏，云粒子的特性被冻结，除非有足够的时间完全蒸发。我们总结了可能适合观测太阳系外天体闪电的仪器。
2014-01-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Vertical distribution of cyclopropenylidene and propadiene in the atmosphere of Titan
土卫六的大气层是探索有机分子光化学合成的天然实验室。最近在土卫六大气层研究方面取得的重大进展包括：（a）探测到C $_3$分子：C $_3$ H $_6$、CH $_2$ CCH $_2$、c-C $_3$ H $_2$;（b）从卡西尼紫外可见光谱数据中检索出C $_6$ H $_6$，它主要是通过C $_3$化学形成的。$c$ -C $_3$ H $_2$的检测具有特别重要的意义，因为环状分子具有很大的天体生物学意义.使用加州理工学院/喷气推进实验室动力学代码，以及最好的光化学速率系数和参数化的垂直传输，我们能够解释最近的观测。重要的是，离子化学，让人想起在星际介质中，在1000公里以上的c-C $_3$ H $_2$的生产中起着重要作用。
2022-04-27 astro-ph.EP physics.chem-ph
Prebiosignature Molecules Can Be Detected in Temperate Exoplanet Atmospheres with JWST
本研究提出一种新型建模与探测流程，量化了JWST透射光谱在五类类地行星上探测十种前生命印记分子的最小丰度阈值，发现仅需1-10次凌星即可在TRAPPIST-1e等候选行星中实现探测，并确认NIRSpec G395M/H仪器最为适用。
2023-06-05 astro-ph.EP
Hydrocarbon complexity and photochemical shielding of prebiotic feedstock molecules in exoplanet atmospheres
Center for Space and Habitability, University of Bern（伯尔尼大学太空与宜居性中心）；Centre for Exoplanet Science, University of Edinburgh（爱丁堡大学系外行星科学中心）；Department of Earth and Planetary Sciences, University of California Riverside（加州大学河滨分校地球与行星科学系）；Institute of Astronomy & Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）
研究通过光化学模拟揭示了类地行星大气中碳氢化合物对前生物分子生成的屏蔽作用，展示了CRAHCN-O网络在提高HCN等前体分子丰度方面的有效性。
2026-03-09 astro-ph.EP
The GAPS Programme at TNG XXXVIII. Five molecules in the atmosphere of the warm giant planet WASP-69b detected at high spectral resolution
大气层外特征描述领域正在以惊人的速度发展。现在可以对数十颗系外行星进行大气观测，主要是热和温暖的膨胀气体巨星，并且继续检测到新的分子种类，揭示出比以前预期的更丰富的大气成分。由于其温暖的平衡温度（963 $\pm$ 18 K）和低密度（0.219 $\pm$ 0.031 g cm $^{-3}$），近距离气体巨星WASP-69 b代表了大气特征的黄金目标。为了在WASP-69 b的大气中寻找分子并研究其性质，我们在国家伽利略望远镜上使用GIANO-B近红外光谱仪进行了高分辨率透射光谱分析。我们观察到WASP-69 b的三次凌日事件。在凌日过程中，由于行星径向速度的巨大变化，行星谱线会发生多普勒频移，这使我们能够将行星信号与准静态的大地和恒星光谱分离开来。考虑到这三个晚上，我们报告了CH $_4$、NH $_3$、CO、C $_2$ H $_2$和H $_2$ O的检测，其水平高于$3.3σ$。我们没有鉴定出HCN和CO $_2$的存在，置信水平高于3 $σ$。这是首次在一颗温暖的巨行星的大气中同时检测到五种分子。这些结果表明，WASP-69 b的大气可能是富碳的，其特征是存在不平衡化学。
2022-07-21 astro-ph.EP
A Search for Magnesium in Europa's Atmosphere
木卫二稀薄的大气层是由其表面的溅射造成的。因此，其大气的微量元素组成与木卫二表面的组成有关。镁盐经常被用来解释伽利略近红外测绘光谱仪对木卫二表面的光谱，因此镁可能存在于木卫二的大气中。我们已经在哈勃太空望远镜微弱天体摄谱仪的木卫二大气档案光谱中寻找镁发射。未检测到镁，我们计算了镁柱丰度的上限。这个上限表明，要么木卫二表面的镁相对于钠和钾来说已经耗尽，要么镁没有有效地溅射，导致其大气相对耗尽。
2013-12-20 astro-ph.EP
Infrared Emission of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Molecules in Titan: Cyanonaphthalenes
本研究计算了土卫六高层大气中氰基萘及其离子的红外发射光谱，以支持JWST识别并定量确定这些PAH分子的丰度。
2025-03-26 astro-ph.EP astro-ph.GA
The White Dwarf Opportunity: Robust Detections of Molecules in Earth-like Exoplanet Atmospheres with the James Webb Space Telescope
近期对太阳系以外生命的搜寻目前集中在围绕小M矮星运行的凌日行星上，以及在其大气层中探测生命迹象的挑战。然而，围绕白矮星（WD）运行的行星将提供一个独特的机会来描述岩石世界。第一颗围绕白矮星运行的凌日巨行星WD 1856+ 534 b的发现表明，行星质量的天体可以在白矮星附近的轨道上生存下来。WD行星和它们的宿主之间的大半径比使它们成为透射光谱学的特殊目标。在这里，我们探索的分子可探测性和大气特征的潜力，一个概念上的类地行星，在宜居带的WD 1856+534，与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。我们建立了这样的类地行星绕WD的大气成分可以精确地检索与JWST。我们证明了在5次过境侦察程序中可以实现H $_2$ O和CO $_2$的稳健的> 5 $σ$检测，而生物特征O $_3$ + CH $_4$和O $_3$ + N $_2$ O可以在少至25次过境中检测到> 4 $σ$。在100次传输内，N $_2$和O $_2$可被检测到> 5 $σ$。鉴于WD宜居带行星的过境时间很短（WD 1856+534约为2分钟），因此可以在小型或中型JWST透射光谱计划中实现决定性的分子检测。因此，WD宜居带中的岩石行星代表了一个很有希望的机会来描述类地行星的大气层，并探索这些世界上第二个起源的可能性。
2020-09-15 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere
本研究利用JWST观测候选Hycean星球K2-18 b的透射光谱，探测到高丰度甲烷与二氧化碳，未发现氨，还发现潜在生物标志物二甲基硫的迹象，解决了温带系外行星甲烷缺失难题，为寻找地外生命提供新方向。
2023-10-04 astro-ph.EP
Observation of undepleted phosphine in the atmosphere of a low-temperature brown dwarf
本研究利用 JWST 在低温褐矮星 Wolf 1130C 的 4.3 μm 波段检测到多条磷化氢吸收线，测得其丰度为 0.100±0.009 ppm，与解释木星和土星的非平衡化学模型相符。
2025-10-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Systematic Search for Trace Molecules in the Atmosphere of Exoplanet K2-18 b
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）
研究通过JWST传输光谱分析开普勒-18b大气，发现甲烷、二氧化碳及可能的生物标志物DMS/DMDS，并系统搜索其他痕量气体，探讨其在MIR和近红外光谱中的偏好及来源。
2026-04-22 astro-ph.EP
Extremely Irradiated Hot Jupiters: Non-Oxide Inversions, H- Opacity, and Thermal Dissociation of Molecules
极端辐射的热彗星，太阳侧温度达到${>}$ 2000 K的系外行星，扩展了我们对行星大气和我们用来解释观测的模型的理解。虽然这些物体在其他任何意义上都是行星，但它们的大气层在低压下达到的温度只能与恒星大气层相媲美。为了了解我们的\textit{a priori}理论预期的性质，这些对象，我们自洽模型的一些极端热木星的情况下，与凤凰模型大气代码。PHOENIX在从冷棕矮星到膨胀的超新星壳的物体上进行了良好的测试，其从紫外线到远红外线的广泛不透明度数据库使PHOENIX非常适合了解极端辐射的热彗星。我们发现在温度${>}$ 2500 K的热超导体和它们较冷的对应体之间有几个根本的区别。首先，原子金属如Fe和Mg的吸收，分子包括SiO和金属氧化物，以及连续的不透明源如H $^-$，所有这些都与早期类型的宿主星的短波长输出相结合，导致强烈的热反转，而不需要TiO或VO。第二，许多分子物种，包括H $_2$ O，TiO和VO的热解离在压力探测日食观测，偏检索算法，假设均匀的垂直丰度。我们讨论了这些物体的其他有趣特性，以及观察和表征这一类独特天体物理物体的未来前景和预测，包括已知最热的类木行星KELT-9 b的第一个自洽模型。
2018-04-30 astro-ph.EP
On Energization and Loss of the Ionized Heavy Atom and Molecule in Mars' Atmosphere
本文基于MAVEN数据与模拟，揭示火星壳层磁场通过使O+离子与超低频波共振而加剧大气逃逸，为火星气候演化提供了新解释。
2024-10-01 astro-ph.EP physics.space-ph
On the Cool Side: Modeling the Atmospheres of Brown Dwarfs and Giant Planets
褐矮星或太阳系外巨行星的大气层控制着物体发出的辐射光谱，并调节其随时间的冷却。虽然对这些大气层的研究是根据几十年来模拟恒星和行星大气的经验进行的，但这些物体的独特特征对正演模拟提出了独特的挑战。特别是，由富含分子的大气、分子不透明度谱线列表（有时达到100亿吸收谱线或更多）、多个云形成冷凝物和不平衡化学过程产生的复杂化学过程，所有这些结合在一起，为任何建模工作创造了一个具有挑战性的任务。本文介绍了将这些复杂性纳入一维辐射对流平衡模型的亚恒星物体的过程。我们讨论了基本的数学以及用于模拟物理，化学，辐射转移，和其他相关的理解这些大气过程的技术。审查的重点是大气模式的创建过程，并简要介绍了一些模式预测数据的比较。审查的最后是该领域目前的挑战和对未来的一些评论。
2014-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermally-driven atmospheric escape: Transition from hydrodynamic to Jeans escape
热驱动的大气逃逸从有组织的外流（流体动力学逃逸）演变为以分子为基础的逃逸（Jeans逃逸），并增加Jeans参数，行星大气中分子的引力与热能的比率。本文用直接模拟蒙特卡罗方法描述了单组分球对称大气的这种转变。当加热主要在模拟区域的下边界R 0以下并且远低于外碱基时，这种转变显示出在R 0处评估的令人惊讶的窄范围的Jeans参数上发生：λ0 ~ 2-3。Jeans参数λ0 ~ 2.1大致对应于等熵超音速外流的上限，λ0 >3的逃逸发生在逐分子的基础上。当λ0 > ~6时，逃逸率与我们所熟悉的在名义外基上计算的Jeans率并没有显著的偏离，这与我们所提出的相反。缩放的牛仔裤参数和克努森数，逃逸计算冥王星和早期地球的大气进行了评估，这里提出的结果可以应用到热诱导逃逸的太阳和太阳系外的行星机构的数量。
2010-09-26 astro-ph.EP
Detection of water absorption in the day side atmosphere of HD 189733 b using ground-based high-resolution spectroscopy at 3.2 microns
我们报告了一个4.8西格玛检测的水吸收功能的一天侧的热木星HD 189733 b的光谱。我们使用VLT上CRIRES在3.2微米处拍摄的高分辨率（R~ 100，000）光谱，在其2.2 d轨道的5小时内追踪行星白天大气中水特征的径向速度变化，因为它接近二次日食。尽管在这个波长范围内存在大量的大地污染，但我们还是在系统速度（Vsys=-3 +5-6 km/s）和行星轨道速度（Kp=154 +14-10 km/s）的预期组合下探测到了不确定性范围内的信号，并确定了相对于恒星连续谱的H2O谱线对比度为（1.3+/-0.2 x10 ^-3）。我们没有发现其他含碳分子（如甲烷）的显著吸收或排放的证据，尽管我们确实注意到在我们的模板光谱中包含二氧化碳后，我们检测到的5.1 σ的显著性略有增加。这一结果表明，地面高分辨率光谱不仅适合于寻找像CO这样的简单分子，而且还适合于寻找像H2O这样的更复杂的分子，即使是在地球透射光谱的高碲污染区域。它是一个强大的工具，可用于进行巨行星大气层中含碳和含氧分子的即时普查，并可能允许这些行星的形成和迁移历史受到其大气C/O比测量的限制。
2013-09-06 astro-ph.EP
Instrumentation prospects for rocky exoplanet atmospheres studies with high resolution spectroscopy
本文回顾了地面高分辨率光谱仪器在系外行星大气研究中的最新进展，并通过计算发现，在相同曝光时间下，300,000的光谱分辨率比100,000能更显著地检测到类地系外行星大气中的分子氧（O2），且在雾霾和云层场景下可将曝光时间及凌星次数减少4倍。
2025-05-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (HEARTS) IV. A spectral inventory of atoms and molecules in the high-resolution transmission spectrum of WASP-121 b
目的：我们调查了WASP-121 b的透射光谱，用于金属和分子在高光谱分辨率下的线吸收，并详细说明了HST/STIS和WFC 3观察到的光学透射光谱的现有解释。研究方法：我们使用互相关技术和直接差分光谱搜索钠和其他中性和电离原子，TiO，VO和SH在高分辨率的过境光谱与HARPS摄谱仪获得。我们注入模型假设化学和流体静力学平衡与不同的温度和成分，使模型比较，并采用两种自举方法来测试我们的检测的鲁棒性。结果如下：我们检测到中性镁，钠，钙，铬，铁，镍和V，我们预测存在于平衡与大量的VO，支持早期的观察HST/WFC 3。未检测到的Ti和TiO支持的假设，即Ti是通过冷阱机制已在文献中提出的耗尽。流体静力学模型对原子谱线深度的预测偏低了1.5到8倍，证实了最近的研究结果，即大气层是延伸的。我们预测存在显着浓度的气相TiO $_2$，VO $_2$和TiS，这可能是重要的吸收剂在热木星大气中的光学和近红外波长，但准确的线列表数据目前还没有。我们没有发现SH吸收的证据，并发现膨胀的原子线可以合理地解释在NUV与HST/STIS中观察到的透射光谱的斜率。的Na-D线显着扩大，并显示出15标度的高度，这是不期望从等温流体静力学理论在各自的深度的差异。
2020-06-19 astro-ph.EP
Detection of CO absorption in the atmosphere of the hot Jupiter HD 189733b
利用Keck II近红外光谱仪（NIRSPEC）的时间序列光谱观测，我们研究了近轨道凌日系外巨行星HD 189733b的大气。特别是，我们打算测量由一氧化碳（CO）产生的2.3微米左右的密集吸收线森林。预计CO存在于行星大气中，尽管还没有发现这种分子。为了确定最适合的数据分析方法，我们创建了行星大气的人造光谱，并通过文献中的三种方法进行分析，即去卷积方法、通过卡方最小化进行的数据建模和互相关。结果，我们发现互相关和chi^2数据建模系统地显示出比反褶积方法更高的灵敏度。我们分析了NIRSPEC数据的互相关和检测CO吸收在HD 189733b的日侧光谱在已知的行星径向速度半振幅与3.4西格玛的信心。
2013-03-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
High-throughput Quantum Chemistry: Empowering the Search for Molecular Candidates behind Unknown Spectral Signatures in Exoplanetary Atmospheres
本文提出基于B97-1/def2-TZVPD的高通量量子化学方法，为2743种CHNOPS分子快速生成近似振动光谱，并用于解释WASP-39b的4.1微米未知特征及支持低丰度分子筛选与机器学习预测。
2023-06-21 astro-ph.EP physics.chem-ph
Upper limits for PH3 and H2S in Titan's Atmosphere from Cassini CIRS
我们已经寻找了简单的P和S轴承分子在土卫六的大气中的存在下，通过寻找卡西尼CIRS获得的红外光谱中的磷化氢和硫化氢的特征签名。因此，我们已经把第一个上限的平流层丰度，这是1 ppb（PH3）和330 ppb（H2S），在2西格玛的显着性水平。
2013-03-12 astro-ph.EP
Detection of titanium oxide in the atmosphere of a hot Jupiter
当系外行星凌日其宿主恒星时，来自恒星的一些光被行星大气中的原子和分子吸收，导致行星看起来更大;将行星的观测尺寸绘制为光波长的函数，就会产生透射光谱。测量透射光谱的微小变化，再加上大气建模，就可以为系外行星大气的性质提供线索。以这种方式，在几颗热的巨型系外行星的大气中检测到了由轻元素$-$（如氢、氧、碳、钠和钾$-$）组成的化学物质，但迄今为止，由重元素组成的分子被证明是难以捉摸的。尽管如此，已经预测，金属氧化物，如氧化钛（TiO）和氧化钒，出现在非常热的系外行星大气的可观测区域，导致昼侧的热反转。在这里，我们报告了在热木星行星WASP-19 b的大气中检测到TiO。我们的组合光谱具有广泛的光谱覆盖范围，揭示了TiO的存在（置信水平为7.7σ），强烈散射的烟雾（7.4σ）和钠（3.4σ），并证实了大气中存在水（7.9σ）。
2017-09-13 astro-ph.EP
DNA Nucleobase Synthesis at Titan Atmosphere Analog by Soft X-rays
土卫六是土星最大的卫星，其大气层主要由N2和CH 4组成，并含有许多简单的有机化合物。这个大气层也部分由薄雾和气溶胶粒子组成，在过去的4.5千兆年中，这些粒子被放电、离子和电离光子处理过，慢慢地沉积在泰坦表面。在这项工作中，我们研究了软X射线（和次级电子）对土卫六气溶胶类似物产生的可能影响，试图模拟一些前生物光化学。实验已在一个高真空室内进行耦合到软X射线光谱光束线在巴西同步辐射光源，坎皮纳斯，巴西。原位样品分析通过傅里叶变换红外光谱仪进行。红外光谱显示了几种有机分子，包括腈和芳香CN化合物。照射后，通过气相色谱（GC/MS）和核磁共振（1H NMR）技术对棕橙色有机残留物（托林）进行了非原位分析，揭示了DNA分子的成分之一腺嘌呤（C5 H5 N5）的存在。这证实了以前的结果，即土卫六表面的有机化学可能非常复杂，并且富含益生元化合物。早期地球上的这些分子已经找到了一个让生命（正如我们所知道的）蓬勃发展的地方。
2009-06-19 astro-ph.EP
The Development of a Probalistic Model for Tholin Aggregation in Titan's Atmosphere
土卫六是我们太阳系中比较独特的天体之一。除了是土星最大的卫星之外，它厚厚的大气层也因为与地球的相似之处和不同之处而引起人们的兴趣[1，2]。与地球一样，泰坦的低层大气中也有云，这些云会沉淀成雨[2]。这些雨形成了液态甲烷和乙烷的湖泊和河流，它们侵蚀和塑造了地表，就像地球上的水一样，然后蒸发到大气中[2]。在土卫六的大气系统中，一个单一的主导因素控制着天气，有机分子托林的浓度。
2010-10-19 astro-ph.EP
Molecular tracers of planet formation in the atmospheres of hot Jupiters
热木星的大气化学成分可以帮助我们了解它在出生时的原行星盘中形成的位置以及随后的迁移路径。我们使用1-D化学动力学代码来计算一系列元素丰度的模型，以研究热木星大气中关键分子的丰度。我们的参数扫描跨度金属丰度之间的0.1x和10 x太阳值的C/H，O/H和N/H的比例，和平衡温度为1000 K和2000 K。我们链接到以前的作品，以预测大气分子丰度和形成途径之间的连接，为分子\ce{H2O}，\ce{CO}，\ce{CH4}，\ce{CO2}，\ce{HCN}和\ce{NH3}的形成和迁移模型的参数扫描。我们调查大气中\ce{H2O}丰度在文献报道的八个热蒸发器。所有八颗行星都在我们预测的各种形成模型的范围内，但是其中六颗在多个模型之间退化，因此需要额外的分子检测来限制它们的形成历史。另外两颗行星HD 189733~b和HD 209458~b的水丰度在\ce{CO2}雪线之外形成的行星的预期范围内。最后，我们研究了在HD 209458~b大气层中探测到的\ce{H2O}、\ce{CO}、\ce{CH4}、\ce{CO2}、\ce{HCN}和\ce{NH3}分子，发现在我们的模型框架内，这些分子的丰度与在\ce{CO2}和\ce{CO}雪线之间形成的行星最匹配，然后经历无盘迁移到达其当前位置。
2022-07-25 astro-ph.EP
Raman Scattering by Molecular Hydrogen and Nitrogen in Exoplanetary Atmospheres
在短可见光和近紫外波长下，系外行星大气层不透明的一个重要来源是光在分子上的瑞利散射。它伴随着一个相关的，但较弱的过程-拉曼散射。我们分析了反射光中的拉曼散射特征和系外行星的几何形状，这可以提供有关大气特性的信息。拉曼散射以下列方式影响行星的几何散射光谱。首先，它导致入射辐射中强吸收线的填充，从而在入射辐射中产生尖锐的峰值。其次，它使反射光中的光谱特征的波长偏移，从而引起所谓的拉曼鬼线。拉曼散射也可以导致宽带减少的光谱，由于波长移动的恒星光谱与红色的光谱指数。观测大气中的拉曼峰可以用来测量气体柱密度，从而限制大气中云的存在。观察拉曼鬼线可用于光谱识别大气中的主要散射体，甚至是在光学波长范围内不具有显著光谱特征的分子如H $_2$或N $_2$。如果被探测到，鬼线还可以提供有关大气温度的信息。在本文中，我们调查的影响，拉曼散射在氢和氮为主的大气。我们分析了现有和未来的观测设施探测拉曼散射的签名，并使用这些签名作为探测系外行星大气的可行性。
2016-09-07 astro-ph.EP
Deep Mantle-Atmosphere Coupling and Carbonaceous Bombardment: Options for Biomolecule Formation on an Oxidized Early Earth
本研究利用综合地球物理与大气模型评估冥古宙还原气体来源，表明碳质轰击或蛇纹石化可使温暖小池塘积累足够HCN衍生核碱基与核糖，从而支持RNA在早期地球形成。
2025-03-19 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
Humid Evolution of Haze in the Atmosphere of Super-Earths in the Habitable Zone
本文通过实验研究宜居带富氮超级地球大气中光化学雾霾在湿润条件下的化学演化，发现含氧有机物随时间对数增长并在一个月后占主导，表明该过程可高效生成高前生物潜力分子。
2023-06-01 astro-ph.EP
Search for water in a super-Earth atmosphere: High-resolution optical spectroscopy of 55 Cancri e
我们提出了高分辨率的光学光谱分析的四个凌日55 Cnc e，低密度，超级地球，轨道附近的类太阳恒星在18小时内。根据行星的体积密度推断，这颗行星有一个相当大的外壳，根据质量半径关系，它可能是一个低质量的扩展大气层，也可能是一个高质量的致密大气层。我们的观察调查后一种情况下，水作为主导物种。我们利用多普勒互相关技术，高光谱分辨率和我们的观测的大波长覆盖范围的优势，寻找数以千计的光学水吸收线的签名。利用我们在斯巴鲁望远镜上的HDS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的ESPaDOns的观测，我们能够对55 Cnc e的平均分子量设定10 g/mol的3 σ下限富水（体积混合比>10%），光学薄大气，这对应于约80 km的大气尺度高度。我们的研究标志着首次在超级地球大气层中寻找水的高光谱分辨率搜索，并表明有可能在附近的超级地球大气层中使用高分辨率过境光谱与当前的地面仪器恢复已知的水蒸气吸收信号。
2017-05-08 astro-ph.EP
Meteoroid Ablation within the Jovian Atmosphere: Implications on the Oxygen Delivery to the Gas Giant's Atmosphere
本研究通过模拟碳质流星体在木星大气中的烧蚀过程，验证外源氧气是木星大气水来源的假说，估算了十亿年内碳质流星体和行星际尘埃粒子的氧气输送量及烧蚀主要发生高度。
2024-12-12 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Beyond Boltzmann: The Potential Energy Distribution of Objects in the Atmosphere
对大气中分子、气溶胶、云滴、昆虫、鸟类、飞机和卫星的数量和势能进行估计，得到的分布是势能低于10^2 kBT时的玻尔兹曼分布，但势能在10^2 kBT到10^33 kBT之间时的分布是幂律分布，指数约为-1。对这种令人惊讶的行为没有找到解释。
2020-01-01 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech physics.pop-ph
Space dust collisions as a planetary escape mechanism
据观察，持续轰击地球的超高速空间尘埃在大气层中产生巨大的动量流。一些快速的太空尘埃不可避免地会与大气系统相互作用，传递能量并移动粒子，从而产生各种可能的后果。本文研究了通过碰撞，空间尘埃的掠地成分可以促进大气颗粒的行星逃逸的可能性，无论它们是形成大气层的原子和分子还是更大尺寸的颗粒，并提供了支持性的估计。作为一个有趣的结果，漂浮在地球大气层中的是各种各样的粒子，它们包含着地球有机故事的蛛丝马迹，包括微生物生命和生命必需分子。本文将评估这种空间尘埃碰撞机制将其中一些生物成分推进空间的能力。
2017-11-06 astro-ph.EP
Using SOFIA's EXES to search for C$_6$H$_2$ and C$_4$N$_2$ in Titan's atmosphere
本文利用SOFIA的EXES仪器搜索泰坦大气中未探测的三乙炔（C₆H₂）和气态二氰基乙炔（C₄N₂），虽未探测到但确定了混合比上限，为泰坦大气化学及有机 haze 形成研究提供了新约束。
2025-09-23 astro-ph.EP
A JWST Transmission Spectrum of the Temperate Sub-Neptune TOI-732 c
University of Cambridge（剑桥大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Space Science Institute（空间科学研究所）
JWST观测揭示了温带亚海王星TOI-732 c大气中存在甲烷及可能的复杂分子，需进一步研究以确认其物理合理性。
2025-12-17 astro-ph.EP
The GAPS Programme at TNG XXXIX -- Multiple molecular species in the atmosphere of the warm giant planet WASP-80 b unveiled at high resolution with GIANO-B
探测气态巨行星大气中的分子使我们能够研究大气的物理化学性质。它们的化学成分被用来作为行星形成和演化机制的示踪剂。目前，越来越多的探测显示，较热的气态行星可能具有丰富的化学物质，但这是否延伸到较冷的巨星仍然是未知的。我们观察了WASP-80 b的四次凌日，WASP-80 b是一颗温暖的凌日巨行星，它绕着一颗晚K矮星运行，安装在国家伽利略望远镜上的近红外GIANO-B光谱仪进行了高分辨率透射光谱分析。我们报告在其大气中检测到几种分子物种。结合这四个夜晚，并将我们的透射光谱与包含交叉相关框架内单个分子签名的行星大气模型进行比较，我们发现H2O，CH 4，NH3和HCN的存在具有很高的意义，CO2的初步检测，以及C2 H2和CO的不确定结果。这表明大气层与太阳的成分和不平衡化学的存在是一致的，因此我们建议在未来的1000 K以下行星的建模中包括后者。
2022-07-20 astro-ph.EP
Modeling the Seasonal Variability of the Plasma Environment in Saturn's Magnetosphere between Main Rings and Mimas
2004年，卡西尼号INMS和CAPS仪器在土星轨道插入（SOI）上探测到土星主环上的O2+和O+离子，证实了环大气层和电离层的存在。源机制被认为主要是产生中性O2和H2的水冰的光解分解（Johnson等人，2006年）。因此，我们预测，由于环平面朝向太阳，环大气和电离层会有季节性变化（Tseng等人，2010年）。通过离子-分子碰撞散射出环大气的原子和分子是内磁层的重要来源（Johnson等人，2006; Martens等人，2008; Tseng等人，2010年和2011年）。这种来源与来自土卫二羽流的水产品竞争，虽然可能是可变的，但似乎没有季节性变化（Smith等人，2010年）。最近，我们发现，在2004年至2010年期间，2.5至3.5 RS区域中的等离子体密度、组成和温度表现出显著的季节性变化（Elrod等人，2011年）。在这里，我们提出了一个单盒离子化学模型来解释卡西尼上的CAPS仪器观察到的复杂和高度可变的等离子体环境。我们结合土卫二的水产品与从一个校正的环大气中散射的分子，为了描述的时间变化的离子密度，成分和CAPS检测到的温度。我们发现，所观察到的时间变化主要是季节性的，由于预测的季节性变化的环大气中，并在SOI压缩磁层是一致的。
2011-12-23 astro-ph.EP
A Search for FeH in Hot-Jupiter Atmospheres with High-Dispersion Spectroscopy
迄今为止，在系外行星大气中检测到的大多数分子，如水和CO，都存在于大范围的压力和温度下。相比之下，金属离子存在于参数空间的更具体的区域中，因此可以用作大气条件的探针。氢化铁（FeH）是低质量恒星和棕矮星不透明度的主要来源，最近在低分辨率下观察到它存在于系外行星中的证据。我们进行了系统的搜索档案CARMENES近红外数据的签名FeH在过境的12个系外行星。这些行星的平衡温度（600 $\lesssim T_{eq} \lesssim$ 4000 K）和表面重力（2.5 $\lesssim \mathrm{log} g \lesssim$ 3.5）范围很大。我们在任何大气中都没有发现统计学上显著的FeH信号，但在两颗行星WASP-33 b和MASCARA-2 b中获得了潜在的低置信度信号（SNR $\sim$ 3）。以前的系外行星大气模型表明，最高的体积混合比（VMR）为10 $^{-7}$到10 $^{-9}$，预计温度在1800和3000 K之间，log $g \gtrsim3$。我们发现低置信度信号的两个行星处于预期强FeH吸收的区域。我们对每颗行星进行了注入和回收测试，并确定在VMR $\geq 10^{-6}$的每颗行星上都能检测到FeH，在VMR低至10 $^{-9.5}$的一些行星上也能检测到FeH。额外的观测是必要的，以最终检测FeH和评估其在热木星大气层的温度结构中的…
2020-09-09 astro-ph.EP
A Search for Water in the Atmosphere of HAT-P-26b Using LDSS-3C
对一组物理上多样化的凌日系外行星进行定性是建立与遮蔽云或薄雾的产生有关的物理特性的重要和必要的一步。正是那些具有可识别光谱特征的行星，才能最有效地增强我们对大气化学和金属丰度的理解。麦哲伦号上新投入使用的LDSS-3C仪器提供了增强的灵敏度和抑制的红色光学边缘，从而推进了从地面寻找系外行星大气中水的光谱特征。利用LDSS-3C和斯皮策太空望远镜获得的数据，我们在海王星质量的行星HAT-P-26 b的透射光谱中寻找水蒸气的证据。我们测量的光谱最好解释为水蒸气的存在，缺乏钾，以及高金属含量，无云大气或太阳金属含量大气与云甲板在~10毫巴。在我们的数据中出现的多尺度高度光谱特征表明，未来更高精度的观测可能会打破这种简并性，并揭示地球大气的化学丰度。我们还更新了HAT-P-26 b的凌日历t_0 = 2455304.65218（25）BJD_TDB和轨道周期p = 4.2345023（7）天。
2015-12-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
There's more to life than O$_2$: Simulating the detectability of a range of molecules for ground-based high-resolution spectroscopy of transiting terrestrial exoplanets
本文模拟 ELT 高分辨率凌日透射光谱，评估多种 M 型矮星类地大气中 O$_2$ 及相关分子的可探测性，发现 CH$_4$ 与 CO$_2$ 最易探测。
2023-04-21 astro-ph.EP
Detecting molecules in Ariel low resolution transmission spectra
本文针对 Ariel 空间任务 Tier 1 低分辨率光谱，提出一种基于光谱反演丰度后验的 P 统计量，用于推断系外行星大气中分子的存在概率，并在模拟种群上验证了其可靠性与预测能力。
2023-09-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Assessment of Ammonia as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres
类地行星大气中的氨（NH3）通常是良好的生物特征气体，主要是因为类地行星没有显著的已知非生物NH3源。然而，NH3在大气中积累所需的条件是严格的。NH3的高水溶性和高生物利用性可能会阻止NH3在大气中积累到可检测的水平，除非生命是NH3的净来源，并产生足够的NH3来饱和表面汇。只有这样，NH3才能以合理的地表生产通量在大气中积累。对于非常有利的行星的情况下，类地行星与H2占主导地位的大气层绕M矮星（M5 V），我们发现一个最小的约5 ppm的列平均混合比需要NH3与JWST检测，考虑到10 ppm的JWST系统的噪声基底。当表面被NH3饱和时（即，表面上没有NH3去除反应），达到5 ppm所需的生物表面通量约为10^10分子cm-2 s-1，与陆地生物产生的CH 4相当。然而，当表面NH3不饱和时，由于表面上存在额外的汇，生命将不得不以10^15分子cm-2 s-1的数量级产生表面通量水平的NH3。4.5x10^6 Tg年-1）。这个数值大约是地球上NH3生物产量的20，000倍，比地球上CH 4生物产量的10，000倍。挥发性胺与NH3具有相似的溶解度和反应性，因此作为生物特征具有NH3的弱点和优点。最后，为了将NH3确定为生物特征气体，我们必须排除具有深层大气层的迷你海王星，那里的温度和压力足以产生NH3。
2021-07-26 astro-ph.EP
New Constraints on DMS and DMDS in the Atmosphere of K2-18 b from JWST MIRI
针对候选海居世界K2-18 b，利用JWST MIRI的中红外光谱数据，在3σ显著性水平上发现其大气中DMS和/或DMDS的新证据，为该行星的宜居性及生物标志物研究提供关键约束。
2025-04-16 astro-ph.EP
Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres
系外行星研究的一个长期目标是识别和探测生物特征气体。除了讨论最多的生物特征气体O $_2$，只有少数气体被详细考虑。在此，我们评估膦（PH $_3$）。在地球上，PH值$_3$与厌氧生态系统有关，因此是缺氧系外行星上的潜在生物特征气体。我们模拟了CO $_2-$和H $_2-$为主的宜居类地行星大气。我们发现，PH $_3$可以积累到可检测的浓度在行星上的表面生产通量为10 $^{10}$ -10 $^{14}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$（对应于表面浓度为10 s ppb到100 s ppm），这取决于大气成分和紫外线通量。虽然很高，但这种地表通量与全球陆地CH $_4$产生率（10 $^{11}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$）相当，低于当地陆地PH $_3$最大产生率（10 $^{14}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$）。与其他气体一样，PH $_3$更容易在低紫外线行星上积累，例如围绕安静的M矮星或具有光化学紫外线屏蔽的行星。如果被探测到，PH $_3$是一种很有前途的生物特征气体，因为它在类地行星上没有已知的非生物假阳性，可以产生探测所需的高通量。PH $_3$还具有3个强光谱特征，使得在任何大气情况下，与其他主要光谱分子相比，3个中的1个将是独特的。PH $_3$作为生物特征气体的弱点是其高反应性，需要高除气以实现可检测性。我们计算…
2019-10-28 astro-ph.EP
New Horizons Constraints on Charon's Present Day Atmosphere
我们报告了新视野号使用的各种标准技术，包括太阳紫外线掩星，紫外线气辉观测和高相位回顾颗粒搜索成像，以在2015年7月飞越冥王星的大卫星卡戎期间搜索其周围的大气。分析这些数据集，对于14种潜在的原子和分子物种，没有发现当今大气的证据，所有这些物种现在都被限制在0.3纳巴以下的压力，正如我们下面所描述的，这些比以前可用的15-110纳巴限制（例如，Sicardy et al. 2006）;例如，我们发现冥卫一上的N $_2$大气的3 $σ$上限为4.2皮巴，冥卫一上任何大气霾的亮度上限为I/F= 2.6 × 10 $^{-5}$。新视野号还进行了一次对卡戎周围大气的无线电掩星搜索，但将由其他作者单独发表。
2016-08-24 astro-ph.EP
Search for Rayleigh scattering in the atmosphere of GJ1214b
我们调查的大气GJ 1214 b，过境的超级地球行星的平均密度低，通过测量其过境深度作为波长的函数在光谱的蓝色光学部分。人们认为这颗行星要么是一个迷你海王星，由一个岩石核心和厚厚的富含氢的大气层组成，要么是一个以水为主的行星。大多数观测都倾向于一个以水为主的小尺度大气，然而，一些观测表明GJ 1214 b可能有一个扩展的大气层，云层掩盖了分子特征。在具有大尺度高度的大气中，蓝色波长的瑞利散射可能导致行星的表观尺寸向蓝色方向可测量地增加。我们用甚大望远镜（VLT）的FOcal还原摄谱仪（FORS）在B波段观测了GJ 1214 b的凌日，用威廉赫谢尔望远镜（WHT）的ACAM和艾萨克牛顿望远镜（INT）的宽视场相机（WFC）在g波段观测了GJ 1214 b的凌日。我们发现行星与恒星的半径比在B波段为0.1162+/-0.0017，在g波段分别为0.1180+/-0.0009和0.1174+/-0.0017。这些光学数据在较长波长下与以前的测量结果没有显着偏差。事实上，在所有波长上的平坦透射光谱最好地描述了组合观测。当考虑大气模型时，小尺度高度水主导模型最适合数据。
2013-05-23 astro-ph.EP
Searching for helium escape and a low density atmosphere around the 120 Myr old sub-Neptune HIP94235b using CRIRES+
本文利用VLT/CRIRES+对120 Myr老的亚海王星HIP94235b进行两次凌星观测，未探测到氦或氢逃逸及H2O吸收，据此给出质量损失率上限并推断其缺乏大的氢氦包层，与光致蒸发模型预期一致。
2025-06-05 astro-ph.EP
Refraction in exoplanet atmospheres: Photometric signatures, implications for transmission spectroscopy, and search in Kepler data
折射会使穿过大气层的光子发生偏转，从而影响光渡曲线。因此，折射提供了一种途径来探测系外行星大气的物理特性，并限制云和雾的存在。此外，有效表面可以通过折射施加，从而限制透射光谱法探测的压力水平。本文的主要目标是模拟折射对现实行星光度光变曲线的影响，并探索对大气物理参数的依赖性。我们还探讨了在什么情况下透射光谱显着影响折射。最后，我们在开普勒数据的光度残差中搜索折射签名。我们使用Hui & Seager（2002）的模型计算偏转角和折射渡越光变曲线，使我们能够探索大气特性的参数空间。观测搜索是通过堆叠开普勒的凌日光变曲线的大样本来进行的。我们发现，过境折射肩是最容易观察到的特征，对于类太阳恒星周围的行星，其峰值振幅可以达到百万分之10（ppm）。更典型的振幅是几个ppm或更少的木星和亚ppm的水平为超级地球。有趣的是，围绕类太阳恒星的行星的任何折射残差的信噪比预计与围绕红矮星的行星相似。我们还发现，透射光谱探测的最大深度不受弱透镜行星折射的限制，但折射的发生率可以显着变化的强透镜行星。我们在叠加的开普勒光变曲线中没有发现折射特征的迹象，这与我们的模型预测一致。
2017-11-09 astro-ph.EP
