Connecting the dots: A versatile model for the atmospheres of tidally locked Super-Earths
本文以太阳系资料为指导，基于一个简单的温室模型，计算了潮锁超级地球对流层的辐射平衡温度。这些温度提供了结合牛顿松弛计划热强迫的三维大气模型使用的动力核心的麻省理工学院全球环流模式（MITgcm）。我们的模型与Held & Suarez（1994）的模型在概念上一样简单，因此计算速度很快。此外，由于辐射平衡温度的一致性，一般推导，我们的模型很容易适应不同的行星和大气场景。作为一个与超级地球相关的案例研究，我们研究了一颗具有类地大气和辐射的G1581 g类地行星，并给出了两个代表性旋转周期$P_{rot}$ = 10天和$P_{rot}$ = 36.5天的结果。我们的研究结果提供了概念证明，并突出了旋转制度3 < $P_{rot}$ < 100天的有趣的动力学特征，Edson等人（2011）表明这是赤道超旋转和发散之间的中间制度。我们证实了$P_{rot}$ = 10天的情况下，更主导赤道超旋转动力学比$P_{rot}$ = 36.5天的情况下，这表明在大气顶部的Rossby- Kelvin驻波的影响和增加的影响减弱。我们认为，这种动态政权的变化与Rossby变形半径的增加，与以前的研究。然而，我们也注意到与其他研究不一致或仅部分一致的其他特征，例如，环流圈的数量和强度、逆温层的作用和范围以及热量输送的细节
2014-09-12 astro-ph.EP
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets I: Tidally-Locked exo-Earths
本研究通过耦合彗星撞击模型与三维地球系统模型，模拟了2.5公里冰彗星撞击潮汐锁定类地系外行星的大气响应，发现水是驱动大气化学和组成长期变化的主要因素，并可能影响行星宜居性。
2025-02-25 astro-ph.EP
Water Trapping on Tidally Locked Terrestrial Planets Requires Special Conditions
地表液态水是标准行星可居住性的必要条件。对M星周围潮汐锁定行星的大气环流的计算表明，这种特殊的轨道结构有助于将大量的水捕获在夜晚一侧的厚达200厘米的冰中，可能会将所有的液态水从白天一侧移走，而白天是光合作用的可能场所。我们研究这个问题，使用一个全球气候模式，包括耦合大气，海洋，陆地和海冰组件以及大陆冰盖模式驱动的气候模式输出。对于一个水世界，我们发现表面风将海冰向白天输送，海洋将热量向夜晚输送。因此，夜侧海冰仍然是O（10米）厚和夜侧水截留是微不足道的。如果一颗行星在其夜晚一侧有大型大陆，如果地热通量与地球相似或更小，它们可以生长O（1000米）厚的冰盖。因此，当板块构造将其大陆推向夜晚时，具有与地球相似的水补充的行星将经历海平面的大幅下降，但不会经历完全的白天干燥。只有那些地热通量低于地球的行星，它们的大部分表面被大陆覆盖，并且地表水储量为地球的O（10%），才容易受到完全的水捕获。
2014-11-03 astro-ph.EP
Lightning-induced chemistry on tidally-locked Earth-like exoplanets
确定可居住性和解释系外行星的大气光谱需要了解它们的大气物理和化学。我们使用3-D耦合气候化学模型，英国气象局统一模型与英国化学和气溶胶框架，研究闪电的出现及其对潮汐锁定类地系外行星的化学影响。我们模拟了比邻星b在其M矮星的宜居带轨道上的大气，但结果适用于类似的M矮星轨道行星。我们的化学网络包括Chapman臭氧反应和氢氧化物（HO $_{\mathrm{x}}$ =H+OH+HO $_2$）和氮氧化合物（NO $_{\mathrm{x}}$ =NO+NO $_2$）催化循环。我们发现，恒星辐射（177-850 nm）驱动的光化学支持20-50公里之间的全球臭氧层。我们参数化闪电作为云顶高度的函数和由此产生的一氧化氮（NO）的N $_2$和O $_2$的热分解。快速的昼侧对流和周围的亚恒星点的结果，在高达0.16公里的闪光$^{-2}$年$^{-1}$的闪电率，丰富的昼侧大气高度低于20公里的NO $_{\mathrm{x}}$。昼侧臭氧的变化主要取决于紫外辐照度和HO $_{\mathrm{x}}$催化循环。大约45%的行星向阳面表面保持在适宜居住的温度（T $_{\mathrm{surf}}$ >273.15 K），臭氧层将表面紫外线辐射水平降低到15%。昼侧-夜侧热梯度导致强风，随后将NO $_{\mathrm{x}}$向夜侧平流，其中光化学的缺乏允许NO $_{\mathrm…
2022-09-26 astro-ph.EP
Atmospheric circulation of tidally locked exoplanets: a suite of benchmark tests for dynamical solvers
大气建模的复杂性及其固有的非线性，再加上可获得的系外行星数据数量有限，促使对模型进行相互比较和基准测试。在地球物理学界，Held-Suarez测试是一个标准的基准，用于比较地球大气层的动态核心模拟与不同的求解器，基于横向平均流量。在本研究中，我们进行类似的Held-Suarez测试潮汐锁定的系外行星与GFDL-Princeton柔性建模系统（FMS）的光谱和有限差分动力学核心的一套测试，包括地球的标准基准，一个假设的潮汐锁定地球，一个“浅”热木星模型和HD 209458 b的“深”模型。我们发现定性和定量的协议之间的解决方案为地球，潮汐锁定地球和浅热木星的基准，但协议是不够令人满意的HD 209458 b的深层模型。进一步的研究表明，可以通过任意调整两个求解器中的水平耗散参数的值来获得更接近的协议，但它仍然是这样的情况下，水平耗散的大小是不容易指定的第一原理。不管辐射转移或化学成分的考虑，我们的研究指出，我们的能力的局限性，准确地模拟热木星大气与气象解算器在百分之十的水平的温度场和百分之几十的速度场。因此，直接风测量对于模型来说应该特别具有约束力。我们的基准测试套件也为希望调整代码以研究潮汐锁定的地球/海王星/彗星的大气环流制度的研究人员提供了参考点。
2011-02-15 astro-ph.EP astro-ph.GA
Atmospheric dynamics of Earth-like tidally locked aquaplanets
我们提出了模拟大气的类地aquaplanes潮汐锁定到他们的恒星，也就是说，行星的轨道周期是等于旋转周期围绕他们的自旋轴，使一面总是面对恒星和另一面总是黑暗的。作为说明慢速和快速自转影响的极端情况，我们考虑自转周期等于当前地球年和当前地球日的行星。负责地表气候的动力学（例如，风、温度、降水）和大气环流之间的关系，并结合现有的大气环流理论进行了讨论。例如，随着旋转速率的增加，科里奥利加速度相对于惯性加速度的重要性增加，在缓慢旋转的大气中，风近似是各向同性的，并且在领先的顺序是发散的，但在快速旋转的大气中，风主要是纬向的和旋转的。在缓慢旋转的大气中，自由大气的水平温度变化一般比在快速旋转的大气中弱。有趣的是，无论是在快速旋转还是缓慢旋转的大气层中，行星夜晚一侧的地面温度都不会低于~240 K;也就是说，从行星白天一侧到夜晚一侧的热量传输有效地降低了两种情况下的温度差异。在快速旋转的大气中，旋转波塑造了风、温度和降水的分布;在缓慢旋转的大气中，这些分布由简单的发散环流控制。这些结果对潮汐锁定的类地系外行星的研究很有意义，也是行星自转和日射分布如何塑造气候的例证。
2010-01-28 astro-ph.EP physics.ao-ph
Tropical cyclones on tidally locked rocky planets: Dependence on rotation period
本文利用ExoCAM模拟研究潮汐锁定岩质行星上热带气旋对自转周期的依赖性，发现气旋频率和强度在8天周期处达到峰值，并验证了地球环境有利度指标的适用性。
2024-02-26 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets III: Impact Driven Atmospheric Escape
School of Physics and Astronomy, University of Leeds（利兹大学物理与天文学学院）；Institute for Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）
研究探讨了潮汐锁定行星和类地球大气在彗星撞击下的大气逃逸机制，发现撞击位置影响逃逸率，环流输送对氢气逃逸至关重要。
2026-03-10 astro-ph.EP
Connecting the dots II: Phase changes in the climate dynamics of tidally locked terrestrial exoplanets
我们调查三维大气动力学潮汐锁定类地行星与地球一样的大气和辐射不同的旋转周期（$P_{rot}=1-100$天）和行星大小（$R_P=1-2 R_{Earth}$）前所未有的精细细节。我们可以精确地确定三个气候状态转换区，与相变在常设热带和超热带Rossby波。我们确认，快速旋转的行星上的气候可能会采取多种状态（$P_{rot}\leq 12$天为$R_P=2 R_{Earth}$）。然而，我们的研究是第一个确定与不同气候状态相关的行星波类型的研究：第一种状态主要是由具有快速赤道超旋转的热带Rossby波主导。第二个状态是由高纬度西风急流与较慢的风速的热带Rossby波占主导地位。对于非常快的旋转（$P_{rot}\leq 5$ ~天为$R_P=2 R_{Earth}$），我们发现另一种气候状态转换，其中热带和超热带Rossby波都可以适应地球。因此，第三种状态的混合物的两个行星波成为可能，表现出三个喷流。不同的气候状态是可以观察到的，因为高层大气的热点在第一种状态下相对于亚恒星点是向东移动的，在第二种状态下是向西移动的，而第三种状态显示出穿过亚恒星点的斑点的纵向“涂抹”。此外，我们表明，在我们的研究中，最大的快速旋转的行星表现出大气特征，从热彗星，如快速赤道超旋转和温度在高层大气中的V形。
2015-08-03 astro-ph.EP
Lorenz Energy Cycle: Another Way to Understand the Atmospheric Circulation on Tidally Locked Terrestrial Planets
本文通过修改洛伦兹能量循环框架，揭示快速与慢速自转潮汐锁定类地行星大气环流的能量转换路径差异，为理解其环流提供了新视角。
2023-04-23 astro-ph.EP
Hot Super-Earths with Hydrogen Atmospheres: A Model Explaining Their Paradoxical Existence
在本文中，我们提出了一种新的机制，可以解释氢气氛在一些热的超级地球上的生存。我们认为，在近轨道潮汐锁定的超级地球的潮汐力与轨道和旋转离心力可以部分地限制在夜面的大气。假设一个超级地球天体的大气层主要由火山物质和大量的氢成分组成，那么较重的分子可以被限制在$\lesssim 80^{\circ}$的纬度范围内，而挥发性的氢则没有。由于这种差异，氢必须慢慢扩散到白昼，在那里XUV辐射会破坏它。为了使这种机制生效，系外行星必须在失去其全部氢包层之前被潮汐锁定。因此，对于具有这种拟议配置的超级地球，有可能解决潮汐锁定和质量损失时间尺度，以限制其形成“出生”质量。我们的模型预测，巨蟹座55 e形成的日长约为$17-18.5$小时，初始质量小于$\rm \sim12 M_{\oplus}$，因此在其大气层完全破坏之前，它可以被潮汐锁定。相比之下，CoRoT-7 b是一颗与55 Cancri e非常相似但缺乏大气层的系外行星，其形成的日长与$\sim 20.5$小时显著不同，同时初始质量也小于$\rm \sim9 M_{\oplus}$
2020-01-14 astro-ph.EP
Implications of different stellar spectra for the climate of tidally-locked Earth-like exoplanets
大多数潜在的可居住的系外行星探测到的轨道比太阳冷的恒星，因此被恒星光谱照射，其峰值波长比入射到地球上的波长更长。在这里，我们提出的结果，从一组模拟的潮汐锁定的类地行星轨道三个不同的主机恒星隔离模拟气候的恒星光谱的影响。具体来说，我们进行模拟的基础上TRAPPIST-1 e，采用类似地球的大气层，并使用英国气象局统一模型在一个理想化的“水行星”的配置。同时保持行星参数不变，包括总恒星通量（900 W/m $^2$）和轨道周期（6.10地球日），我们比较模拟的恒星光谱是一个静止的TRAPPIST-1，比邻星和太阳之间的结果。与表面相比，与较冷的宿主恒星相比，对流层直接吸收的入射恒星辐射的比例增加。这反过来又导致对流的稳定性增加，白天总云层覆盖率减少（减少散射），导致地面温度升高。对流层直接加热的增加也导致了从昼侧到夜侧的更有效的热量传输，因此，昼夜温度对比度降低。我们推断，具有类似地球的大气层的行星绕较冷的恒星运行，具有较低的昼侧云层覆盖率，与绕较热的恒星运行的类似行星相比，在给定的行星旋转速率下，在增加的轨道半径下可能允许宜居条件。
2020-05-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Traveling planetary-scale waves cause cloud variability on tidally locked aquaplanets
本研究通过潮汐锁定海洋行星模拟，揭示行星尺度Rossby波传播与日侧云辐射反馈如何造成晨昏线周期性晴空，并评估其对Proxima Centauri b等行星透射光谱的影响。
2023-07-13 astro-ph.EP
3D convection-resolving model of temperate, tidally-locked exoplanets
位于M矮星宜居带的大部分已知的地球大小的系外行星预计将被潮汐锁定。已经进行了许多努力来研究这些行星的气候，特别是使用三维全球气候模型（GCM）。模拟这种极端环境的最大挑战之一是正确表示次网格对流的影响。大多数GCM使用简单的对流调整参数化或复杂的（例如，质量通量方案）地球调谐参数化。改进对流表示的一种方法是使用具有良好空间分辨率的对流解析数值模型（CRM）来研究对流。在这项研究中，我们开发了一个CRM耦合的非流体静力学核心WRF与辐射转移和云/降水模式的LMD通用气候模式，研究对流和云潮汐锁定行星，重点是Proxima b。模拟了一组3个地面温度（对应于三个不同的入射通量）和2个旋转速率，假设地球一样的大气。我们的研究的主要结果是，虽然我们恢复的预测，（低空）云clouddo随着恒星通量的增加而增加，云反馈是弱得多，由于对流的瞬时聚集导致低部分云量。
2021-04-12 astro-ph.EP
Effects of transient stellar emissions on planetary climates of tidally-locked exo-earths
本研究利用三维环流模型模拟耀斑等瞬态恒星辐射对潮汐锁定类地行星气候的影响，发现其导致热层冷却、中低层增暖及风速增强，揭示了年轻恒星爆发事件对系外行星大气动力学的重要作用。
2025-06-19 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation and Thermal Phase-Curve Offset of Tidally and Non-Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
利用一个理想化的大气环流模式，我们研究了类地类地行星在各种轨道构型下的大气环流。我们放松的共同假设的行星被潮汐锁定，并期待在大气动力学的作用，可以在所观察到的热相位曲线时，亚恒星点是不稳定的。在缓慢旋转的行星中，移动的强迫可以在对流层上层引起强烈的喷流，无论是逆行还是逆行，对周日强迫的速度和方向都很敏感。我们发现，与以前的浅水模型实验相一致，热相位曲线偏移是敏感的亚恒星点移动的速度在行星表面。对于一颗轨道周期已知的行星，结果表明，观测到的热点可能位于亚恒星点的东边或西边，这取决于行星是否被潮汐锁定。
2018-07-16 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
How Land-Mass Distribution Influences the Atmospheric Dynamics of Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
本文利用 WACCM6/CESM2 模拟 TRAPPIST-1e 在类地海陆分布与地形条件下的潮汐锁定大气，揭示地形破坏南北半球对称性、加速南半球急流并改变大气化学与臭氧分布，强调未来研究需关注昼侧陆地比例与地形。
2024-08-07 astro-ph.EP
The Bio-habitable Zone and atmospheric properties for Planets of Red Dwarfs
开普勒的数据显示，围绕红矮星（RD）运行的可居住小行星非常丰富，因此可能是寻找生物标志物和生命的有希望的目标。在RD的宜居带内运行的行星足够接近，可以被潮汐锁定。最近的一些研究对绕着RD运行的行星是否有能力支持生命产生了怀疑。与此相反，它表明，温度适合液态水，甚至有机分子可能存在于潮汐锁定的行星上的大范围的大气层的RD。绘制了地面温度分布图，它是辐射、温室因子和热量循环的函数。导出了可居住性边界及其对大气性质的依赖性。扩展我们以前对潮汐锁定行星的分析，我们发现潮汐锁定以及RD和K型恒星的同步（不完全锁定）行星可能支持生命，轨道距离和大气条件的范围比以前想象的更广。特别是，有人认为，在潮汐锁定和同步轨道的RD和K型恒星的行星上，可能存在生命的环境，有条件支持氧气光合作用，这在地球上是复杂生命的关键。综述了不同的气候预测和潮汐锁定对假定复杂生命的生物学意义。我们表明，当考虑到连续辐射的影响，光合有效辐射（PAR）潮汐锁定的行星，即使是RD，可以产生一个高的潜在植物生产力，在类似的仲夏生长在地球上的高纬度地区。等待TESS和JWST的发现，我们讨论了上述论点对检测生物标志物（如液态水和氧气）以及生物行星和生命丰度的影响。
2019-07-24 astro-ph.EP
Oceanic Superrotation on Tidally Locked Planets
系外行星上有海洋超旋转吗？大气超自转，以赤道上空的西向东风为特征，是金星、土卫六、土星、木星和潮汐锁定系外行星大气中的常见现象。在准两年振荡（QBO）的西风位相期间，地球平流层大气也是超旋转的。然而，同样的现象是否会发生在海洋中却知之甚少。通过数值模拟，在这里，我们表明，海洋超旋转确实发生在潮汐锁定的类地行星周围的低质量恒星。它的形成（从静止旋转起来）与表面风、罗斯贝波的向赤道动量会聚以及海洋中开尔文波的东向传播有关。它的维持是由不均匀的恒星辐射分布激发的海洋中耦合Rossby-Kelvin波向赤道的动量输运驱动的。超旋转的宽度主要受海洋中Rossby形变半径的制约，而其强度则较为复杂。行星自转速率、恒星通量、温室气体浓度、海水盐度、海底阻力等因素都能影响到海底阻力的强度，但目前还缺乏一个定标理论。这项工作证实，超旋转可以发生在潮汐锁定的类地行星与海水海洋，并表明它也可能发生在潮汐锁定的热行星与岩浆海洋，可能会在不久的将来观察到。
2021-01-28 astro-ph.EP
No snowball on habitable tidally locked planets
TRAPPIST-1，Proxima Centauri和LHS 1140系统是未来对潜在居住行星进行后续观测的最令人兴奋的前景。所有的轨道都在M星附近，并且可能被潮汐锁定在1：1的自旋轨道状态，这促使人们考虑潮汐锁定可能对行星可居住性的影响。在地球上，全球冰川期（雪球）可能对可居住性和遥远的生命迹象（生物特征）至关重要，因为它们与生命复杂性和大气氧浓度的增加有关。在本文中，我们研究了雪球分叉（突然发生的全球冰川）潮汐锁定行星使用的能量平衡模式和中等复杂度的全球气候模式。我们表明，潮汐锁定的行星是不可能表现出一个雪球分叉作为一个直接的结果，他们收到的太阳辐射的空间格局。相反，它们将平稳地从部分冰覆盖过渡到完全冰覆盖，然后再返回。这项工作的一个主要意义是，具有活性碳循环的潮汐锁定行星不应该以雪球状态被发现。此外，这项工作意味着，潮汐锁定的行星附近的外缘的宜居带与低CO2释气通量将平衡与一个小的unglaciated亚恒星区域，而不是循环之间的温暖和雪球状态。需要做更多的工作来确定缺乏雪球分叉可能会如何影响潮汐锁定行星上的生命发展。
2017-07-14 astro-ph.EP
Connecting the dots III: Night side cooling and surface friction affect climates of tidally locked terrestrial planets
我们研究了夜面冷却和表面摩擦如何影响潮汐锁定类地行星的表面温度和大尺度环流。对于每一种情况，我们改变轨道周期之间的$P_{rot}=1-100$天和捕捉气候状态的变化。我们发现，在不同的表面摩擦的情况下，气候状态的剧烈变化。对于非常有效的表面摩擦（$t_{s,fric}=$ 0.1天），短旋转周期（$P_{rot} \leq$ 10天）的模拟显示，主要是常设的热带Rossby波。这些波导致两个高纬西风急流和未扰动纬向直接环流的气候状态。在大多数其他情景中，短旋转周期的模拟反而表现出热带Rossby波的优势。这种气候状态有一个单一的赤道西风急流，破坏了直接环流。弱表面摩擦（$t_{s,fric}=~10 -100$天）的实验表明，表面温度和环流之间的解耦，这导致了强烈的冷却的夜侧。$t_{s,fric}= 100$天的实验假设气候状态为东风气流（逆行旋转），为中等和缓慢的行星旋转$P_{rot}= 12 - 100$天。结果表明，与标称模型相比，夜侧冷却效率提高一个数量级，夜侧表面温度降低80-100 K。同时，地表昼侧温度仅下降25 K.热力强迫的增加抑制了小行星（$R_P=1 R_{Earth}$）在短旋转周期制度（$P_{rot} \leq$ 10天）的额外热带Rossby波的形成。
2016-05-31 astro-ph.EP
Biosignature Anisotropy Modeled on Temperate Tidally Locked M-dwarf Planets
行星的大气成分（例如，O $_2$，O $_3$，H $_2$ O $_v$，CO $_2$，CH $_4$，N $_2$ O）可以提供其表面可居住性的线索，并可能为远程生命探测工作提供生物特征目标。最近的凌日调查发现了大量的岩石系外行星（例如，开普勒任务）表明，围绕K-和M-矮星运行的潜在宜居系统可能具有与地球非常不同的轨道和大气特征。为了评估各种生物特征和可居住性指标的物理分布和观测前景，必须了解它们在不同的天体物理和地球物理配置下可能如何变化，并利用包括行星气候不同子系统之间反馈的模型模拟这些变化。在这里，我们使用一个三维（3D）化学气候模型（CCM）研究恒星光谱能量分布（SED），恒星活动和行星旋转的变化对地球类似物和潮汐锁定行星的影响。我们的模拟结果表明，除了恒星SED和UV辐射的变化，照明几何形状和旋转引起的环流的变化可以影响大气生物特征的全球分布。我们发现，平流层昼夜侧混合比潮汐锁定行星的差异仍然很低（$<20\%$）在大多数典型的生物签名。然而，有趣的是，次级光合生物特征（例如，C $_2$ H $_6$ S）显示出更大的（${\sim}67\%$）昼夜侧差，并指出潮汐锁定可能对相位曲线、凌日和二次日食测量产生观测上可区分的影响。总的来说，这项工作突出了3D CCM研究地球大气特性和可居住性的潜力和前景。
2018-12-26 astro-ph.EP
Atmospheric heat redistribution and collapse on tidally locked rocky planets
大气塌陷可能对潮汐锁定的岩石系外行星具有根本的重要性，但仍然研究不足。在这里，一般结果的热传输和潮汐锁定的陆地型大气的稳定性的报告。首先，问题是模拟与理想化的三维大气环流模式（GCM）与灰色气体辐射转移。结果表明，在很宽的参数范围内，大气边界层，而不是大尺度环流，是理解行星能量平衡的关键。通过对半球间能量传输的尺度分析，建立了昼夜温差和地面风速的理论表达式，该表达式再现了GCM结果，无需调谐。其次，用GCM和相关k辐射转移研究了两种真实气体（CO2和CO）的热输运。对于CO2，经验公式的崩溃压力作为行星质量和恒星通量的函数，并在地球的恒星通量的大气崩溃的临界压力得到约5倍高（0.14巴）比以前的灰色气体估计。这些结果提供了对大气稳定性的限制，这将有助于未来对观测和系外行星可居住性建模的解释。
2014-12-17 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
Atmospheric Overturning Circulation on Dry, Tidally-locked Rocky Planets is Mainly Driven by Radiative Cooling
本研究通过分析干燥潮汐锁定岩质行星的大气动力学，揭示CO2等非凝结温室气体的辐射冷却是全球翻转环流的直接驱动机制。
2022-06-15 astro-ph.EP physics.ao-ph
Longitudinally asymmetric stratospheric oscillation on a tidally locked exoplanet
研究用三维 GCM 模拟 Proxima Centauri b 参数下的潮汐锁定类地系外行星，发现类似地球 QBO 但具有经度不对称性的 LASO，并量化其结构、周期、风场及观测影响。
2021-11-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
Effects of a Binary Companion Star on Habitability of Tidally Locked Planets around an M-type Host Star
在M型恒星周围的“宜居带“中的行星是未来观测中表征的重要目标。由于同步自旋轨道旋转中的潮汐锁定，行星倾向于有一个热的白天和一个冷的黑夜。在寒冷的夜面，从昼面传送来的水蒸气可能会被冻结（“冷阱”），或者如果大气层太薄，热量再分配效率不高，则主要的大气成分也可能会冷凝（“大气塌陷”），就单个M型恒星而言。基于双星系统的丰富性，利用二维能量平衡模型，研究了M型恒星周围潮汐锁定行星的G型伴星辐射对气候的影响.我们发现，来自G型恒星的辐射在使行星的夜面升温方面比昼面更有效。这有助于防止水和大气不可逆转地被困在寒冷的夜面，扩大了潮汐锁定行星可以保持表面液态水的参数空间。大气层< ~ 0.3 bar的潮汐锁定海洋行星或大气层< ~ 3 bar的陆地行星，当它们也受到距离为1 - 4 au的伴星照射时，可以实现表面有液态水的温带气候。我们还证明了具有特定性质的行星可以在相同的总辐射下处于类似地球的温带气候状态或完全冻结状态。
2019-06-13 astro-ph.EP
Where can we find Super-Earths?
近年来，我们目睹了一个又一个太阳系外气体巨星的发现。现在是时候探测更多的低质量行星，如超级地球和类似地球的物体。一个有趣的问题是：我们应该在哪里寻找它们？我们在这里探索了在气体巨星附近发现超级地球的可能性，这是行星系早期演化的结果。为此，我们考虑了一个年轻的行星系，其中包含一个超级地球和一个气态巨星，它们都嵌入在一个原行星盘中。我们已经证明，如果超级地球相对于气体巨星位于内部轨道上，行星很容易被锁定在平均运动共振中。然而，如果超级地球在外部轨道上，情况就不再如此了。在这种情况下，我们已经得到，低质量的行星被捕获在一个陷阱的外边缘的间隙打开的巨行星和没有一阶平均运动的可预测性。我们的研究可能是特别有用的观测TTV（凌日定时变化）技术。
2009-11-27 astro-ph.EP
Deciphering thermal phase curves of dry, tidally locked terrestrial planets
下一代太空望远镜将使我们能够描述类地系外行星的特征。为了有效地开展这项工作，必须利用所有现有数据。我们调查的大气属性可以，不能，推断出的宽带热相位曲线的干燥和潮汐锁定的类地行星。首先，我们使用量纲分析表明，相位曲线是由六个无量纲参数控制。其次，我们使用一个理想化的大气环流模式（GCM）来探讨相位曲线对这些参数的相对敏感性。我们发现相位曲线对大气参数最敏感的特征是峰谷振幅。此外，除了炎热且快速旋转的行星外，相位振幅主要只对两个无维参数敏感：1）动力时间尺度与辐射时间尺度之比，以及2）表面的长波光学深度。作为这种技术的应用，我们展示了如何相位曲线测量可以结合过境或发射光谱产生一个新的约束的表面压力和大气质量的类地行星。我们估计，用詹姆斯·韦伯太空望远镜在半个轨道上测量的单一宽带相位曲线，可以有意义地限制附近超级地球的大气质量。这些限制对于研究类地系外行星的大气演化以及描述潜在宜居行星的表面条件非常重要。
2014-12-28 astro-ph.EP
Habitability of polar regions in tidally locked extrasolar planet near the M-Dwarf stars
自从十多年前开普勒和哈勃发射以来，我们在寻找潜在的宜居系外行星方面已经取得了很大进展。到目前为止，我们已经发现了4000多颗系外行星，其中大部分不适合维持生命。在所有可能维持生命的行星中，有大量行星被发现围绕其母星同步旋转，其中大部分是红矮星。由于它们的同步旋转，这些行星受到非常不均匀的恒星加热。这些行星的同步旋转导致行星的一面永远面对母星，而另一面保持黑暗。这导致极端的气候条件，无法维持生命。虽然这些关于系外行星的理论是众所周知的，但使用不同的气候模型对系外行星内极地区域的可居住性进行系统的研究还没有完成。在这里，我回顾了目前的文献潮汐锁定及其对可居住性的影响，并介绍了这些系外行星的极点的可居住性的概念。我着重于我对地球极地气候条件的理解，并在此基础上，我提出了这些系外行星极地的可居住性概念。
2020-03-26 astro-ph.EP
Mapping Earth Analogs from Photometric Variability: Spin-Orbit Tomography for Planets in Inclined Orbits
Kawahara & Fujii（2011）提出了一种年散射光变曲线反演技术--自旋轨道层析成像（SOT），该技术可以根据圆盘积分散射光的年变化绘制二维的星间图，并以一颗行星为例进行了演示。我们将其扩展到适用于一般的几何配置，包括像地球在倾斜轨道的低密度行星。我们模拟了倾斜轨道上的地球在三个光度波段（0.4-0.5um，0.6-0.7um和0.8-0.9um）的光变曲线，并表明，云，雪和大陆的分布与SOT的援助下检索。我们还证明了SOT通过将其应用到一个直立的地球，潮汐锁定的地球，和地球类似物与古代大陆的配置。反演是模型无关的，在这个意义上，我们不假设特定的非线性模型映射时的表面，因此适用于任何类型的不均匀性原则。这种方法可以潜在地作为一种独特的工具来调查地球类似物的外生境/外气候。
2012-08-08 astro-ph.EP
Atmospheric Collapse and Habitability on Tidally-Locked Exoplanets
Earth-Life Science Institute, Institute of Science Tokyo（地球生命研究所，东京科学大学）；Department of Earth and Planetary Sciences, Institute of Science Tokyo（地球行星科学系，东京科学大学）；Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL, CNRS, Sorbonne Université, Ecole Normale Supérieure, PSL Research University, Ecole Polytechnique（气象动力学实验室/IPSL，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎高等师范学院，PSL研究大学，巴黎综合理工学院）；Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS（波尔多天体物理实验室，波尔多大学，法国国家科学研究中心）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，地球与行星物理学研究所）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
研究发现，大气坍缩可能通过削弱温室效应和昼夜热传输，反而有助于维持潮汐锁定行星上的液态水。
2026-03-10 astro-ph.EP
How does Background Air Pressure Influence the Inner Edge of the Habitable Zone for Tidally Locked Planets in a 3D View?
利用三维大气环流模式（AGCM）ExoCAM研究了不同背景N2表面压力（标记为pN 2）对M矮星周围1：1潮汐锁定行星的宜居带内缘的影响。在我们的实验中，当改变恒星通量时，旋转周期是固定的，以便更清楚地隔离pN 2的作用。我们发现逃逸温室的恒星通量阈值是pN 2的非单调函数。这是由于五个过程的竞争效应：压力加宽，热容量，直减率，相对湿度和云。这些相互竞争的过程增加了预测宜居带内边缘位置的复杂性。对于一个60个地球日的慢自转轨道，在pN 2为0.25、1.0和4.0巴的条件下，失控温室开始的临界恒星通量分别为1700- 1750、1900- 1950和1750- 1800 W m $^{-2}$，表明pN 2的影响幅度在~ 13%以内。对于快速旋转轨道，改变pN 2对内边缘的影响较小，在~ 7%的范围内。此外，我们表明，瑞利散射效应作为不同的pN 2是不重要的内边缘，由于云散射的掩蔽效应和强烈的短波吸收水蒸气在炎热的气候。未来的工作，使用AGCM有不同的云和对流计划和云解析模式有明确的云和对流需要修改这个问题。
2020-10-04 astro-ph.EP
Mechanisms of Superrotation in Slowly-Rotating and Tidally-Locked Planets
Institute for Atmospheric and Climate Science, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院大气与气候科学研究所）；Department of Mathematics and Statistics, University of Exeter（埃克塞特大学数学与统计系）
本文通过比较慢自转体和潮汐锁定行星的超级旋转机制，揭示了热罗斯比数和辐射弛豫时间对超级旋转的影响，发现潮汐锁定行星中需结合巴克林icity和低层摩擦力才能产生超级旋转。
2025-10-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
On the Habitability of Teegarden's Star planets
我们研究的两个1-2地球质量的行星，最近发现的CARMENES合作，周围的超冷附近的M矮Teegarden的明星的可居住性。这两颗行星的轨道周期分别为4.9天和11.4天，很可能都在宜居带内，并被潮汐锁定。它们是迄今为止发现的最像地球的系外行星之一。应用分析适居性模型，我们发现，表面液态水可能存在于两个行星上的广泛的大气特性，这使得他们有吸引力的目标，生物签名搜索。讨论了行星在其历史上保持这种大气层的前景。
2019-07-30 astro-ph.EP
Angular Momentum and Heat Transport on Tidally Locked Hot Jupiter Planets
热木星行星上层大气中的大气环流受到入射恒星辐射的强烈影响。在这项工作中，我们探索了3D大气模型的结果，并重新审视了驱动热木星行星环流的主要过程。我们使用角动量传输作为诊断，并进行傅立叶分析，以确定所涉及的大气波。我们发现，半日潮水平输送的角动量与平均环流之间的耦合是低纬强急流产生的机制。我们的模拟表明，在低纬度地区的大气间接细胞的可能形成。这些细胞的形成是由恒星辐射驱动的半日潮引起的。热带环流在从高层大气向低层大气输送热量和动量方面具有重要影响。这种热量和动量传输的后果之一是全球温度的升高。我们表明，初始条件不影响参考模拟的输出。然而，当行星的自转周期增加（$P_{rot} > 5$地球日）时，驻波的垂直传输变得更强，瞬态波变得不可忽略，科里奥利影响不那么占主导地位，这使得具有强大逆行喷流的稳定状态变得稳定。我们发现，至少有两个静态稳定状态的解决方案存在相同的行星参数。
2019-10-23 astro-ph.EP
Transition from eyeball to snowball driven by sea-ice drift on tidally locked terrestrial planets
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是未来潜在可居住系统的大气特征的主要目标，特别是附近的三个-Proxima b，TRAPPIST-1 e和LHS 1140 b。以前的研究表明，如果这些行星表面有海洋，它们将处于类似眼球的气候状态：在亚恒星点附近没有冰，其余区域被冰覆盖。然而，气候系统的一个重要组成部分--海冰动力学在以往的研究中没有得到很好的研究。一个基本的问题是：面对全球冰雪覆盖的雪球状态，开放的海洋是否稳定？在这里，我们表明，海冰漂流冷却海洋表面时，冰流动到温暖的亚恒星区域，并通过吸收海洋和覆盖空气的热量融化。结果，当大气中的温室气体并不比地球上丰富得多时，开阔的海洋就会缩小，甚至会消失，使地球变成一个雪球状态。这发生在同步旋转和自旋轨道共振（如3到2）。这些结果表明，海冰漂移强烈地减少了开放的海洋面积，并可能显着影响潮汐锁定行星的可居住性。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Meta-modelling the climate of dry tide locked rocky planets
位于太阳系外的岩石行星很可能被潮汐锁定在1：1的自旋轨道共振中，这种配置使它们呈现出永久的昼侧和夜侧。由于由此产生的昼夜温度梯度，这些行星的气候和大规模环流强烈取决于其大气层的稳定性，而大气层的稳定性是指温室气体的失控冷凝。为了更好地限制位于其主星宜居带的岩石行星的表面条件，因此，阐明控制昼夜热量再分配的机制至关重要。作为第一次尝试弥合从理想化模型到3-D大气环流模型（GCM）的多种建模方法之间的差距，我们开发了一个大气环流元模型（GCMM），能够再现分析模型提供的封闭形式的解决方案和从GCM模拟获得的数值解。我们使用这种方法来验证地球大小的岩石行星的大气稳定性，这些行星具有含有CO2的干燥大气，并且我们使用THOR GCM将其与3-D GCM模拟进行了基准测试。我们观察到，崩溃发生的崩溃压力可以变化约40%左右的分析标度律的预测值取决于辐射转移，大气动力学和湍流扩散之间考虑的机制。特别地，我们发现：（i）在昼侧行星边界层（PBL）中发生的湍流扩散，除了光学薄区和光学厚区之间的过渡区外，在全球范围内都倾向于使夜侧表面半球变暖;（ii）PBL也显著地影响昼夜平流时间尺度，以及（iii）从归一化赤道Rossby变形半径大于2的时刻起，慢转子近似成立。
2022-03-28 astro-ph.EP
Equatorial superrotation on tidally locked exoplanets
对系外行星观测的日益丰富激发了对这些行星的各种三维大气环流模型的研究。在强辐射条件下，潮汐锁定的短周期行星模型（包括热行星和类地行星）往往会表现出一种由赤道快速向东或“超旋转”的喷流主导的环流。在适当的条件下，这种现象可以导致最热的区域从亚恒星点向东移动数十度经度。在HD 189733 b上观察到了这样的偏移，支持了短周期系外行星上赤道喷流的可能性。尽管它的相关性，但是，在这样的模型中产生赤道超旋转的动力学机制还没有被确定。在这里，我们表明，赤道急流的结果从站在，行星尺度的Rossby和开尔文波引起的昼夜热力强迫的平均流的相互作用。罗斯贝波发展出相位倾斜，将高纬度地区的动量向东输送到赤道，从而引发赤道超旋。我们提出了一个分析理论，证明了这种机制，并探讨其属性的层次结构的一层（浅水）计算和全三维模型。波-平均流相互作用产生赤道急流，其纬向宽度与Rossby波相当，即赤道Rossby变形半径由辐射和摩擦效应修改。对于同步旋转的热木星来说，这个长度相当于行星的半径，解释了大多数热木星模型中赤道喷流的广泛规模。我们的理论阐明了赤道喷流速度对强迫振幅、摩擦强度和其他参数的依赖性，以及喷流形成的条件。
2011-07-06 astro-ph.EP
Phase Shift of Planetary Waves and Wave--Jet Resonance on Tidally Locked Planets
最近的研究发现，大气超旋转（即，赤道上的西向东风）可以改变行星波的相位。但是，超旋转和相移的大小之间的明确关系没有被检查。在这项研究中，我们重新调查这个问题，使用二维（2D）线性浅水模型与指定的均匀纬向流。我们发现，相位移动的程度是平均流强度的单调但非线性的函数，并且相位移动有两个极限：- $π$和+ $π$ .这些极限的存在可以用整个系统的能量平衡来解释。当向东急流的速度接近罗斯贝波的西相速度时，罗斯贝波与平均流发生共振;当向西急流的速度接近开尔文波的东相速度时，开尔文波与平均流发生共振。共振机制与以前在地球和热彗星上的研究中发现的相同。此外，在一个潮汐锁定岩石行星的三维全球大气环流模拟的自旋上升阶段，我们也发现了这两个现象：相移和波喷共振。这项研究提高了对潮汐锁定行星上波-平均流相互作用的理解。
2020-11-30 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
3D modelling of the impact of stellar activity on tidally locked terrestrial exoplanets: atmospheric composition and habitability
恒星耀斑通过引起大气成分的变化和大量紫外线照射行星表面，对绕M矮星运行的类地行星的潜在可居住性提出了挑战。为了研究它们的影响，我们耦合了一个大气环流模型与光化学动力学方案，以研究类似地球的大气对恒星耀斑和日冕物质抛射的响应和变化。我们发现，恒星耀斑增加了大气中的臭氧量的一个因素的20相比，一个静止的恒星。我们发现，日冕物质抛射非生物产生的潜在的生物签名，如N $_2$ O的显着水平。大气成分的变化导致到达行星表面的紫外线量适度减少，这表明虽然耀斑对生命有潜在的危害，但恒星耀斑引起的大气变化会减少下一次恒星耀斑的影响。
2022-10-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Limits of the Primitive Equations of Dynamics for Warm, Slowly Rotating Small Neptunes and Super Earths
我们提出了显着的差异，在模拟大气流动温暖，潮汐锁定的小海王星和超级地球（基于名义GJ 1214 b）时，解决简化的，常用的，原始的动力学方程或完整的纳维-斯托克斯方程。在同一个模型中，使用几乎相同的数值设置进行的模拟之间的主导的超旋转纬向射流是显着不同的。这种差异是由于所谓的“浅流体”和传统近似法的崩溃而产生的，当旋转速度减慢时，这种近似法就会崩溃，昼夜温度对比就会增加。模拟求解完整和简化方程之间的纬向平流的变化导致大气热量再分配的显着差异，改变了大气中最热部分的位置以及昼夜之间的温度对比。对大气化学的影响，因此，观测需要研究一个模型，包括一个更详细的处理辐射转移和化学。小海王星和超级地球是非常丰富和重要的，潜在的桥梁的结构特性（质量，半径，组成）的陆地和气体巨行星。我们的研究结果表明，在解释这些行星的原始运动方程模型的输出时，需要小心。
2018-12-06 astro-ph.EP
The Influence of Thermal Evolution in the Magnetic Protection of Terrestrial Planets
对潜在可居住行星的磁性保护在确定其实际可居住性和/或检测大气生物特征的机会方面发挥着核心作用。我们在这里开发一个潜在的宜居类地行星和超级地球的热演化模型。利用最新的发电机标度律，我们预测了核心发电机磁场的性质，并研究了热演化对其性质的影响。潮汐锁定和解锁行星的磁保护水平估计相结合的行星磁层的简化模型和恒星风的现象学描述。热演化引入了对行星质量和旋转速率的磁保护的强烈依赖。潮汐锁定的类地行星与地球一样的组成将有早期的昼侧磁层顶距离在1.5和4.0 Rp之间，比以前估计的要大。自转周期约为1天的未锁定行星受到3至8 Rp的磁层保护。我们的结果是强大的对行星的整体组成和其他关键模型参数的不确定性的变化。为了说明的目的，还研究了可能适合居住的超级地球GL 581 d，GJ 667 Cc和HD 40307 g的热演化和磁保护。假设一个类似地球的组成，我们发现这些行星的发电机已经灭绝或接近关闭。虽然GL 581 d是最好的保护，但HD 40307 g的保护无法可靠地估计。即使在乐观的条件下，GJ 667 Cc似乎也严重暴露在恒星风中，并且在我们模型的条件下，可能遭受了大量的大气损失。
2013-04-10 astro-ph.EP physics.geo-ph
Forming Diverse Super-Earth Systems in Situ
超级地球和迷你海王星在其组成和轨道特性方面表现出极大的多样性。它们的体积密度范围很大，从那些密度足以成为纯岩石的到那些需要挥发物对其体积有实质性贡献的。它们的轨道结构从紧凑的圆形多凌星系统（如开普勒-11）到像我们太阳系的类地行星这样的系统，具有更宽的间距和适度但显着的偏心率和相互倾斜。在这里，我们调查是否连续的形成条件的变化，在内部磁盘中的固体的量可以解释的多样性，观察到的超级地球的轨道和组成特性，包括单凌和多凌系统之间明显的二分法。我们通过巨大的撞击模拟了超级地球的原位形成，并与观测到的开普勒样本进行了比较。我们发现，磁盘中的固体原位形成的量的内在变化可以解释开普勒的过境行星之间观察到的轨道和成分的多样性。我们的模拟可以解释行星的轨道周期比，凌日持续时间比和凌日多重性的分布;单个行星的偏心率高于多个凌日行星;较大行星的偏心率较小;质量半径关系的分散，包括TTV测量质量的行星密度低于RV;以及每个系统内行星大小和间距的相似性。我们的研究结果支持了这样一种理论，即超级地球和迷你海王星属性之间的变化主要是由不同的原位形成条件锁定的，而不是通过随后的演化随机产生的。
2020-01-17 astro-ph.EP
An Increase in the Mass of Planetary Systems around Lower-Mass Stars
行星人口与宿主恒星质量的趋势提供了一个途径来限制行星形成理论。我们推导出不同光谱型的开普勒恒星的行星半径分布函数，在宿主恒星质量的范围内采样。我们发现M矮星的小行星（1.0-2.8 R_Earth）比主序星FGK恒星多3.5倍，但海王星大小和更大的行星（>2.8 R_Earth）少两倍。我们没有发现光谱型F，G和K之间的行星大小分布的系统趋势来解释出现率的增加。考虑到观测到的系外行星的质量-半径关系和重元素质量，并假设它们与光谱型无关，我们推导出了短轨道系外行星中锁定的重元素质量清单。M恒星周围行星的总体出现率较高，与相同质量的行星重新分配到更多更小的行星不一致。在开普勒观测完成的所有光谱型的轨道周期和行星半径上，锁在系外行星中的平均重元素质量与恒星质量大致成反比地增加，从F星的4 M_地球到G星的5 M_地球和K星到M星的7 M_地球。这一趋势与观测到的原行星盘质量向低质量恒星减少形成鲜明对比，并为当前的行星形成模型提供了挑战。无论是原地形成的模型，还是完全形成的行星的迁移模型，都与这些结果不一致。相反，这些结果表明行星构建块的大规模向内迁移-通过I型迁移或尘埃颗粒的径向漂移-对于低质量恒星更有效，但不会导致显着更大或更小的行星。
2015-10-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Habitability and Multistability in Earth-like Planets
我们探讨了宜居带周围行星气候的潜在多稳定性。我们关注的条件让人想起那些地球系统，但我们的调查旨在提出一个一般的方法来处理系外行星。我们提供了一个彻底的分析气候系统的非平衡物理性质，并探讨，使用一个灵活的气候模型，这些属性如何依赖于母星的能量输入，红外大气不透明度，和旋转速率。这是可能的，重现多稳定性的性质，让人想起古气候相关的雪球（SB）温暖（W）的条件。然后，我们研究的W和SB状态的热力学，澄清水文循环的作用，在塑造的不可逆性和效率的W状态，并强调极端多样性的SB状态，在干燥的条件下实现。热力学为研究系统的临界点提供了线索，并引导我们构建参数化，其中主要的热力学性质仅表示为行星排放温度的函数。这样的功能是相当强大的相对于改变的旋转速率的行星从目前的地球的1到它的一半。然后，我们探讨了缓慢旋转和相位锁定的行星的动力学范围。存在一个临界转速，低于该转速时，多稳定性将丧失。这样的临界转速大致对应于锁相2：1条件。因此，如果一颗类地行星与母恒星的相位是1：1，那么只有一种气候状态与给定的天文学和天体物理学参数相一致。这些结果与行星环流的一般理论和适居性的充分必要条件的定义有关。
2013-03-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Exoplanets beyond the Conservative Habitable Zone: II. Occurrence
本研究基于潮汐锁定行星夜侧液态水模型拓展宜居带范围，结合Kepler数据归一化计算，得出潜在宜居行星丰度可比保守估计高50倍、10秒差距内或有数百颗宜居行星的结论。
2025-10-01 astro-ph.EP
A map of the large day-night temperature gradient of a super-Earth exoplanet
在过去的十年中，对巨型系外行星（太阳系大小）的观测为它们的大气层提供了关键的见解，但由于观测小型行星的挑战，低质量系外行星（亚海王星）的性质在很大程度上仍然不受限制。迄今为止，许多观测超级地球（质量为地球1到10倍的系外行星）光谱的努力只揭示了无特征的光谱。在这里，我们报告了一个纵向的热亮度地图附近的过境超级地球55巨蟹座揭示了高度不对称的日侧热辐射和强烈的昼夜温度对比。对这颗行星的红外线专门天基监测显示，当55 Cancri e以潮汐锁定的配置围绕其恒星旋转时，热通量发生了调制。这些观测揭示了一个热点，位于亚恒星点（来自恒星的入射光垂直于行星表面的点）以东41 +-12度。根据轨道相位曲线，我们还将行星的夜面亮度温度限制在1380 +- 400开尔文，最热半球（以热点为中心）的温度在4.5微米波长处约为1300开尔文（2700 +- 270开尔文），这表明从昼面到夜面的热量再分布效率低下。我们的观察结果与光学厚大气层与热再循环局限于行星的昼面，或行星没有大气层与低粘度岩浆流在表面是一致的。
2016-04-19 astro-ph.EP
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets II: exo-Earth Analogues
本研究利用 WACCM6/CESM2 与彗星撞击模型模拟冰彗星撞击具有昼夜循环的类地系外行星，并通过与潮汐锁定行星对比，揭示环流机制如何限制水汽垂直输送、成分变化及撞击可观测性。
2025-07-24 astro-ph.EP
Evidence of Different Formation Mechanisms for Hot versus Warm Super-Earths
利用Buchhave等人的开普勒行星样本和Schlaufman阐明的统计方法，我表明，短周期超级地球与长周期超级地球对宿主恒星金属丰度的依赖性不同，过渡期在70到100天的范围内。短周期超级地球的宿主平均比长周期超级地球的宿主更富含金属。这种过渡期的存在不能用任何单一的超级地球形成理论来解释，这表明超级地球至少通过两种机制形成。
2015-03-05 astro-ph.EP
Ozone chemistry on tidally locked M dwarf planets
我们使用英国气象局统一模型来探索潮汐锁定M矮行星的潜力，名义上比邻星b由其宿主恒星的静止版本照射，以维持大气臭氧层。我们假设一个平板状的海洋表层，和一个类似地球的氮和氧的大气层，以及微量的臭氧和水蒸气。我们描述臭氧化学使用查普曼机制和氢氧化物（HO $_x$，描述的OH和HO $_2$）催化循环的总和。我们发现，比邻星辐射足够的紫外线能量来初始化查普曼机制。其结果是形成了一个薄而稳定的臭氧层，在25公里处的峰值为百万分之0.75。大气臭氧的准稳态分布是由入射恒星辐射驱动的光解和大气传输决定的。臭氧的摩尔分数最小的是在最低的15公里的大气层中的亚恒星点和最大的夜侧环流。在15公里以上，臭氧分布主要由环绕地球的赤道急流控制。夜面臭氧分布主要由两个气旋性罗斯比环流，导致局部臭氧热点。在昼侧，大气寿命取决于HO $_x$催化循环和沉积到表面，而夜侧的寿命则是由于化学作用而比大气迁移的时间尺度长得多。表面紫外线值在星下点达到峰值，其值为0.01 W/m $^2$，受到上覆大气臭氧层的屏蔽，但更重要的是受到水蒸气云的屏蔽。
2019-12-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Climate instability on tidally locked exoplanets
在昼夜地面温度对比强烈的行星上，可能会出现使同步旋转的岩石行星气候不稳定的反馈。类地可居住带（HZ）行星在地质时期保持稳定的表面液态水。这就需要在气候变化导致的温室气体消耗与其他过程的温室气体再供应之间取得平衡。探测到的小半径系外行星和预期的M-矮HZ岩石行星，预计将被潮汐锁定。我们调查了两个反馈，可以不稳定的潮汐锁定行星的气候。(1)如果压力的微小变化改变了行星表面的温度分布，使得当压力降低时风化率增加，则会发生正反馈，包括增加亚恒星点附近的风化率，降低压力，并增加亚恒星地面温度。(2)当压力的降低增加了熔点以上的表面积时（通过减少亚恒星点的平流冷却），液体体积的相应增加导致大气的净溶解，压力进一步降低。我们使用一个理想化的能量平衡模型来绘制这些不稳定性可能发生的条件。风化失控可使宜居带缩小，并在HZ内引起地质上快速的10^3倍的压力变化。火星可能在过去经历过风化失控。星下溶解通常是压力变化的负反馈或弱正反馈。如果大气具有高的辐射效率，则这两种不稳定性都被抑制。我们的研究结果是最相关的大气是薄，温室气体辐射效率低。这些结果确定了HZ行星可以经历快速气候变化并变得不适合居住的新途径。
2011-09-13 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
