Oxygen fugacities of extrasolar rocks: Evidence for an Earth-like geochemistry of exoplanets
氧逸度是衡量岩石氧化程度的一个指标,它会影响行星的结构和演化。太阳系中的大多数岩石天体形成时的氧逸度大约比太阳系中富含氢的气体高五个数量级。目前还不清楚太阳系中的这种岩石氧化是否是其他行星系中的典型现象。我们利用在六颗被岩石吸积污染的白矮星中观察到的元素丰度来确定这些太阳系外岩石中氧化铁的比例,从而确定它们的氧逸度。这一结果与地球、火星和太阳系中典型小行星的氧逸度一致,表明至少有一些岩石系外行星在结构和地球化学上与地球相似。
2019-10-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Extremophile life-form survey on rocky exoplanets
在其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学研究的迷人领域。根据NASA系外行星档案数据库,目前已发现近3500颗系外行星。地球相似性指数(ESI)定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值,范围从0(与地球不同)到1(地球)。在这项研究中,岩石系外行星,适合岩石依赖极端微生物,如:Chroococcidiopsis和Acarosporamto被选择,可以潜在地生存被考虑。介绍了殖民相似性指数(CSI),并对1650个岩石系外行星进行了分析,CSI基本上代表了适合岩石极端微生物生存的类地行星,这些极端微生物可以在极端温度下生存(即像沙漠一样热,像冻土一样冷)。在这项工作中,可居住的系外行星被确认为即使这些岩石极端微生物也无法通过使用CSI度量工具生存。
2018-05-29 astro-ph.EP
Stellar Abundances as Probes of Rocky Exoplanet Interiors: The Mantle Composition and Mineralogy of GJ 486b
National Institute of Science Education and Research(国家科学教育研究中心);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立研究所);Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali(印度科学教育与研究学院(旁遮普邦));Indian Institute of Science Education and Research, Kolkata(印度科学教育与研究学院(加尔各答));Indian Institute of Technology, Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校)
该研究提出将恒星丰度推断、脱挥发分模型等结合的框架,以GJ 486b为例发现其幔部富铁贫二氧化硅,为关联行星内部与大气表征奠定基础。
2026-08-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Disintegrating Rocky Exoplanets
我们将讨论一类新的系外行星,它们似乎正在散发出尘埃流出物的尾巴。这些正在解体的行星被发现靠近它们的主星,并且有非常热的,可能是熔融的表面。尘埃的性质应该提供了一个直接探测这些岩石体的组成材料。
2017-08-02 astro-ph.EP
Leveraging Models to Constrain the Climates of Rocky Exoplanets
近年来,为地球开发的数值模型已被用于研究系外行星气候,以了解广泛的系外行星特性如何影响其气候状态。最近的发现和即将到来的附近岩石系外行星的特征,为理解塑造行星气候并导致地球持久可居住性的过程开辟了一条途径。在这篇综述中,我们总结了最近在了解岩石系外行星气候方面的进展,包括它们的大气结构,化学,演化以及大气和海洋环流。我们描述了当前和即将到来的天文观测,这些观测将限制岩石系外行星的气候,并描述了建模工具将如何为未来的观测提供信息和解释。
2021-08-18 astro-ph.EP
Rocky core solubility in Jupiter and giant exoplanets
气体巨星被认为是由氢氦气体在岩石和冰的初始原核周围吸积而形成的。核心的岩石部分是否会在形成后溶解到液态氢氦层中,这个问题对行星的结构和演化有着重要的意义。在这里,我们使用从头计算研究岩石溶解度的流体氢,选择MgO作为行星岩石材料的代表性例子,并发现MgO是高度可溶于H的温度超过约10000 K,这意味着显着的岩石核心材料在木星和更大的系外行星的重新分配。
2011-11-27 astro-ph.EP
Accurate parameters of the oldest known rocky-exoplanet hosting system: Kepler-10 revisited
自从开普勒-10被发现以来,这个系统已经引起了相当大的兴趣,因为它包含了一颗小的岩石行星,它在不到一天的时间内绕着恒星运行。开普勒团队公布的系统参数随后用于进一步的研究,这些参数仅基于5个月的数据。我们使用开普勒29个月的光度数据重新分析了这个系统,并获得了有关其恒星和行星的改进信息。对扩展时间序列的详细的星震分析提供了恒星参数的显着改进:我们不仅可以说开普勒-10是已知最古老的岩石行星庇护系统,在10.41 +/- 1.36 Gyr,但这些参数与新的凌日拟合的改进行星参数相结合,使我们的开普勒-10b半径仅为125公里。对完整行星相位曲线的新分析导致了对行星温度和温度的新估计,这些温度和温度在开普勒带中保持简并。我们的模型表明,掩星期间的通量水平略低于过境翼,这意味着这颗行星的夜面具有不可忽略的温度。
2013-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
HyDRo: Atmospheric Retrieval of Rocky Exoplanets in Thermal Emission
发射光谱是一种很有前途的技术,可以用来观察岩石系外行星的大气,探测它们的化学和热分布。我们提出了HyDRO,大气检索框架的岩石系外行星的热发射光谱。HyDro不对背景大气成分进行预先假设,因此可以用于解释成分未知的次级大气的光谱。我们使用HyDro来评估可以使用JWST放置在岩石系外行星大气层上的化学约束。首先,我们确定了目前已知的最好的岩石系外行星候选者的热辐射光谱观测与JWST,发现超过30个已知的岩石系外行星的热辐射将被JWST/MIRI检测到在不到10个日食在R~10。然后,我们考虑在~400-800 K平衡温度范围内观测三颗有希望的岩石系外行星的大气层所需的观测结果:Trappist-1 b,GJ 1132 b和LHS 3844 b。考虑到一系列富CO_2-H_2O的大气成分,我们发现只要有8次LHS 3844 b或GJ 1132 b与MIRI的食就能对它们的大气化学成分产生重要的制约。这包括在无云的富CO_2成分的情况下对CO_2和H_2O的可靠探测,除了排除裸露岩石的情况。同样地,用MIRI/LRS观测Trappist-1b的30次日食,可以探测到无云的富CO_2或CO_2-H_2O大气。HyDro将允许使用JWST观测岩石系外行星的重要大气约束,提供有关其地球化学环境的线索。
2021-12-09 astro-ph.EP
Probing the Limits of Habitability: A Catalog of Rocky Exoplanets in the Habitable Zone
Cornell University(康奈尔大学)
本文通过分析Gaia DR3和NASA系外行星档案数据,确定了45颗宜居带岩石行星及24颗更狭窄的3D宜居带行星,为未来探测生命提供目标列表。
2026-01-14 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Revisiting the Relationship Between Rocky Exoplanet and Stellar Compositions: Reduced Evidence for a Super-Mercury Population
本研究通过建模20颗超级地球的核质量分数并与宿主恒星对比,发现不同拟合方法结果差异大,多数行星成分与恒星一致,未发现明确超级水星种群,现有数据和方法限制了结论确定性。
2024-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Laboratory spectra of hot molecules: data needs for hot super-Earth exoplanets
大多数恒星现在被认为支持系外行星。迄今为止发现的许多系外行星都被归类为有大气层的岩石天体。然而,这些天体中的大多数由于轨道周期短而很热。模型表明,水是它们大气中的主要物种。高温预计将把这些大气层变成一个(高压)蒸汽浴,其中含有熔融岩石的残留物。这些炽热岩石天体的光谱将与较冷的天体或炽热气体巨星的光谱非常不同。分子建议是重要的光谱学这些对象的审查与相应的光谱数据的当前状态。作为ExoMol项目的一部分,讨论了建立适用于岩石超级地球大气模型的线性/截面综合数据库的前景。总结了量子力学方法在线性生产中的应用及其面临的挑战。
2017-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
From stars to diverse mantles, melts, crusts and atmospheres of rocky exoplanets
本综述阐述了预测岩石质系外行星成分与矿物学的逻辑,揭示了恒星丰度如何通过T-P-X矿物组合计算及地幔熔融过程影响行星地壳成分,并评估了观测光谱对探测这种成分差异的灵敏度。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Water on Hot Rocky Exoplanets
数据显示,大多数轨道周期为$p$ $<$ 100 d的岩石系外行星(“热”岩石系外行星)形成于富含气体的次海王星,随后失去了大部分的外壳,但这些岩石系外行星是否仍然有大气层是未知的。我们确定了一条路径,通过该路径,轨道周期为10-100天的1-1.7 $R_{Earth}$(1-10 $M_{Earth}$)岩石系外行星可以获得长寿命的10-2000巴的大气,这些大气是H $_2$ O主导的,平均分子量为$>$ 10。这些大气层是在行星从亚海王星演变成岩石系外行星的过程中形成的。由硅酸盐岩浆中的铁氧化物还原而成的H $_2$ O在岩浆中高度可溶,形成溶解的储层,只要H $_2$占主导地位的大气持续存在,就不会损失。大尺寸的溶解储库缓冲H $_2$ O气氛,防止H $_2$分散后的损失。在我们的模型中,一个长寿的,以水为主的大气是一个共同的结果,有效的相互作用之间的星云衍生的大气(峰值大气质量分数0.1-0.6重量%)和氧化岩浆($>$ 5重量% FeO),其次是大气损失。这一观点预测,大多数轨道周期为10-100天,半径在半径谷下边缘0.1-0.2 $R_{Earth}$范围内的岩石行星仍然保留着H $_2$ O大气层。这一预测即将通过JWST进行测试,并对凌日超级地球的数据解释产生影响。
2021-03-13 astro-ph.EP
Capturing the oxidation of silicon carbide in rocky exoplanetary interiors
理论模型预测碳化硅在C/O比高于0.65的宿主恒星周围凝结(参见图1)。C/O $_{\mathrm{Sun}}$ = 0.54),此外还对陨石、星际介质和原行星盘进行了观测。因此,从富含碳的耐火材料中产生的岩石系外行星的内部通常被认为含有大量的碳化硅。在这里,我们的目标是研究碳化硅在富含碳的岩石系外行星内部的稳定性,并推导出导致其转变的反应。我们进行了一项高压高温实验,以研究碳化硅层和代表富碳岩石系外行星主体成分的层之间的反应。我们报告的反应导致氧化碳化硅生产石英,石墨,和熔融硅化铁。结合以前的研究,我们表明,为了稳定碳化硅,碳饱和是不够的,和一个完整的还原铁$^{2+}$到铁$^{0}$在行星地幔是必需的,这表明未来的光谱检测的Fe $^{2+}$或Fe $^{3+}$的岩石系外行星的表面将意味着在其内部没有碳化硅。
2018-10-10 astro-ph.EP
Mantle Degassing Lifetimes through Galactic Time and the Maximum Age Stagnant-lid Rocky Exoplanets can Support Temperate Climates
寻找生命的理想系外行星是那些位于恒星宜居带内的行星。然而,即使在宜居带内,行星仍然可以发展出不适合居住的气候状态。在地质($\sim$ Gyr)时间尺度上维持温和的气候需要一个行星包含足够的内能来为行星尺度的碳循环提供动力。岩石行星能量收支的一个主要组成部分是放射性元素衰变产生的热量,特别是$^{40}$ K,$^{232}$ Th,$^{235}$ U和$^{238}$ U。随着地球的老化和这些元素的衰变,这种放射性能源就会减少。在这里,我们估计这些产热元素(HPEs)的数量的概率分布,通过银河系的历史,进入岩石系外行星,结合恒星丰度数据中看到的系统到系统的变化与银河系化学演化模型的结果。使用这些分布,我们进行蒙特卡罗热演化模型,最大限度地提高地幔冷却速率。这使我们能够对一颗岩石状、停滞盖的系外行星的寿命做出悲观的估计,它可以支持全球碳循环和温和的气候,这是它的质量和银河系历史的函数。我们将这个框架应用于17个可能的岩石系外行星的样本,这些行星具有测量的年龄,尽管我们的悲观假设,但我们预测其中7个行星今天可能正在积极脱气。对于剩下的行星,包括那些围绕TRAPPIST-1轨道运行的行星,我们不能自信地假设它们目前含有足够的内部热量,以足以维持全球碳循环或温带气候的速度支持地幔脱气,而无需额外的潮汐加热或经历板块构造。
2022-04-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The Pressure and Temperature Limits of Likely Rocky Exoplanets
系外行星的内部组成是不可观测的,限制了我们对其结构,组成和动力学的直接了解。最近描述的观测趋势表明,岩石系外行星,即没有明显挥发包层的行星,可能限于$<$ 1.5地球半径。我们表明,考虑到纯岩石超地球系外行星半径的可能上限,最大预期的核幔边界压力和绝热温度相对适中,630 GPa和5000 K,而最大中心核心压力在1.5和2.5 TPa之间变化。我们进一步发现,对于半径小于1.5地球半径的行星,核幔边界压力和绝热温度主要是行星半径的函数,对行星结构不敏感。因此,岩石系外行星内部的压力和温度低于最近的冲击压缩实验、从头计算和行星动力学研究所探索的压力和温度。我们进一步表明,相关的状态方程的外推不会引入显着的不确定性,这些行星的结构模型。质量半径模型是更敏感的散装组成比状态方程中的任何不确定性,即使外推到TPa压力。
2019-05-16 astro-ph.EP
Atmospheres of Rocky Exoplanets
岩石行星在其他恒星周围很常见,但它们的大气特性在很大程度上仍然不受约束。由于最近发现的大量行星和即将到来的观测能力的进步,我们准备在这十年内描述数十个岩石系外行星的大气层。在过去的几年里,对岩石系外行星大气层的理论理解已经取得了相当大的进展,对它们的演化、化学、动力学甚至可能的生物特征做出了可检验的预测。在这里,我们回顾了迄今为止在这一领域取得的主要进展,并讨论了未来的目标。我们的主要结论如下:1)许多岩石行星可能形成最初的H $_2$ -He信封,后来失去了空间,可能是由于恒星的紫外线/X射线照射和内部加热的组合。2)在演化的早期阶段之后,由于宿主恒星通量、大气逃逸率、内部交换和其他因素的变化,预计大气成分会有很大的多样性。3)观测结果排除了附近几颗岩石系外行星上存在以氢为主的大气层,以及一个目标上存在任何厚厚的大气层的可能性。在不久的将来,将有可能对这些行星和其他行星的大气层进行更详细的描述。4)系外行星生物圈搜索是一个令人兴奋的未来目标。然而,要对具有代表性的行星样本进行可靠的探测,就需要进一步提高观测能力,并增进我们对非生物行星过程的了解。
2022-07-25 astro-ph.EP
The Third Option: Color Phase Curves to Characterize the Atmospheres of Temperate Rocky Exoplanets
University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);SETI Institute(搜寻地外文明研究所);Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);Leibniz Institute for Astrophysics(莱布尼茨天体物理研究所);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);JHU Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);Department of Astronomy and Astrobiology Program, University of Washington(华盛顿大学天文系与天体生物学项目);Leiden Observatory, Leiden University(莱顿大学莱顿天文台)
通过色相曲线方法检测温带类地系外行星大气层,利用热辐射比值区分行星和恒星信号。
2026-09-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal evolution of rocky exoplanets with a graphite outer shell
光球层C/O >0.65的恒星的原行星盘的化学演化模型和研究难熔碳径向输运的模型预测了具有大难熔碳存量的岩石系外行星的存在。高压高温实验室实验表明,这些系外行星中的大部分碳都分化成了石墨外壳。我们的目的是评估石墨外壳对含有金属核和硅酸盐地幔的岩石系外行星热演化的影响。我们实现了一个参数化的地幔对流模型,以确定石墨层厚度高达1000公里的岩石系外行星的热演化。我们发现,由于石墨的高导热性,传导是石墨层长期演化(> 2亿年)的主要热传输机制。导电石墨壳基本上表现为具有固定厚度的停滞盖。开普勒-37 b(水星大小)和火星大小的系外行星的模型显示,具有石墨盖的行星比具有硅酸盐盖的行星冷却得更快,而没有停滞盖的行星冷却得最快。石墨盖需要比相应的硅酸盐盖厚大约十倍,以便产生类似的热释放。
2019-10-10 astro-ph.EP
A Method to Identify the Boundary Between Rocky and Gaseous Exoplanets from Tidal Theory and Transit Durations
确定系外行星是岩石行星对于评估行星的可居住性至关重要。在观测上,小半径凌日行星的数量以及伴随的质量测量不足以可靠地确定过渡质量或半径。理论上,模型预测岩石行星可以成长到足够大,当它们达到10个地球质量时成为气体巨星,但过渡质量仍然未知。在这里,我将展示如何过境数据,解释在潮汐理论的背景下,可以揭示分离岩石和气体系外行星的临界半径。标准的潮汐模型预测,岩石系外行星的轨道比气态物体的轨道更快地潮汐圆化,这表明前者往往会在比后者更大的半长轴上的圆形轨道上被发现。良好采样的凌日可以提供最小的轨道偏心率,允许测量这种差分圆化。我表明,这种影响应该存在于开普勒航天器的数据,但并不明显。相反,似乎没有证据表明在任何行星半径上都存在潮汐循环,这可能是因为公开的数据,特别是碰撞参量,不够准确。我还审查了过境持续时间的偏置值小于圆形轨道上的行星,强调行星的方位角速度决定过境持续时间。开普勒行星候选者的集合可能能够确定岩石和气体系外行星之间的临界半径,潮汐耗散作为行星半径的函数,并区分潮汐模型。
2013-12-11 astro-ph.EP
Prospects for water vapor detection in the atmospheres of temperate and arid rocky exoplanets around M-dwarf stars
在温带岩石系外行星的大气中探测到水蒸气将是确定系外行星可居住性的一个重要里程碑。过去的模拟工作表明,云的形成可能会阻止詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)在具有表面海洋的类地行星上探测到水蒸气。在这里,我们分析了在不同类别的目标:干旱的行星上的H2O的大气探测的潜力。使用过境光谱模拟,我们表明,大气中的H2O可能更容易被检测到在干旱的行星与冷困冰存款的表面上,因为这样的行星不会拥有厚厚的H2O云甲板,限制过境深度的光谱特征。然而,额外的因素,如带重叠与二氧化碳和其他气体,灭绝的矿物尘埃,重叠的恒星和行星H2O线,并最终噪声地板可通过JWST仍然构成重要的挑战。因此,空间和地面光谱观测的结合将是未来可靠探测岩石系外行星上H2O的关键。
2022-01-20 astro-ph.EP
The Receding Cosmic Shoreline of Mid-to-Late M Dwarfs: Measurements of Active Lifetimes Worsen Challenges for Atmosphere Retention by Rocky Exoplanets
本研究更新了中晚型M矮星的历史XUV注量估算,发现其值更高,仅最大型的这类行星可能保留大气层,还提出了大气保留指标ARM以辅助JWST的目标遴选与结果解读。
2025-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Can Rocky Exoplanets with Rings Pose as Sub-Neptunes?
在我们的太阳系中,光环的存在是气体巨星所独有的,但这是所有行星系的情况吗?原则上,岩石系外行星似乎也可能有环,这可以通过研究它们在凌日的入口和出口上的微妙印记来寻找。不幸的是,这样的效果是难以测量的,需要高精度的光度和/或光谱观测。不过,在最基本的层面上,环的存在会导致过境深度增加,这可能会被误认为是一个匿名的大半径。受此启发,我考虑了一群带环的系外行星将如何影响半径测量,重点是类地系外行星。结果发现,这个人口引入了增强的推断半径范围内的$\sim2-3R_\oplus$,不像子海王星已被确定在最近的过境调查。环是否可以解释所有或大多数次海王星似乎很困难,因为它需要很大一部分岩石行星有环($\gtrsim40\%$)和/或$\sim2-3$的一个因素增加行星的数量与半径$\lesssim1.2R_\oplus$。即使环不能解释所有的亚海王星,这项工作表明,关注那些目前被归类为亚海王星的行星可能是寻找有环岩石行星的一个很好的起点。
2018-06-29 astro-ph.EP
Detection of an Atmosphere on a Rocky Exoplanet
我们报告了在一颗岩石系外行星GJ 1132 b上探测到的大气层,该行星在大小和密度方面与地球相似。大气透射光谱使用哈勃WFC 3测量检测,并显示在低平均分子量大气中的气溶胶散射,HCN和CH $_{4}$的光谱特征。我们模拟了大气损失过程,并得出结论,GJ 1132 b可能失去了原始的H/He包层,这表明我们探测到的大气已经重建。我们探讨了H $_{2}$地幔脱气的可能性,以前确定为这颗行星的理论研究的可能性,并发现,从超还原岩浆放气可以产生所观察到的大气。通过这种方式,我们利用观测到的系外行星透射光谱来深入了解类地行星的岩浆成分。在这颗岩石行星上探测到大气层,提出了一种可能性,即许多被认为是次海王星蒸发核心的强辐射超级地球行星,在有利的情况下,可能拥有可探测的大气层。
2021-03-09 astro-ph.EP
Linking the primordial composition of planet building disks to the present-day composition of rocky exoplanets
本研究结合恒星演化、化学计量与行星内部模型,探究低质量岩质行星及其宿主恒星的成分联系,发现铁-硅酸盐分数强相关而水分数不相关。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Utilizing a Database of Simulated Geometric Albedo Spectra for Photometric Characterization of Rocky Exoplanet Atmospheres
在未来的旗舰任务集中在实现直接成像的目标岩石系外行星的预期,我们已经开发了一个模型数据库,以帮助社区检查广泛的岩石行星大气的潜在光谱特征。使用公共可用的行星光谱生成器(PSG),我们已经计算了一个网格的141,600岩石系外行星的几何光谱跨越7维参数空间。使用这个网格,我们已经进行了颜色-颜色分析,寻求识别最有用的近紫外和红色或近红外光度跟踪通道,以与绿色光学(发现)光谱通道相结合。我们发现,在0.4微米,0.58微米,和(约)0.8微米的过滤器的组合能够区分大气中的四个不同的主要吸收成分的中到高浓度,给出至少10小时的观察一颗恒星在10秒差距与15米级的太空望远镜;然而,类似于太阳系岩石天体的中等丰度的天体将更难探测。我们建议,未来的任务寻求表征直接成像的岩石系外行星的颜色单独进一步考虑多波段测光作为行星特征的第一个测量。
2020-09-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Role of Planetary Radius on Atmospheric Escape of Rocky Exoplanets
本文通过三维磁流体动力学模拟发现,无磁岩质系外行星的大气离子逃逸率随行星半径呈非单调变化,并在约0.7倍地球半径处达到峰值,该结果可为未来系外行星大气观测提供指导。
2024-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Mass-radius relationships of rocky exoplanets
行星经过其主星时的质量和半径由径向速度和光度观测提供。固体系外行星内部的结构模型,然后通过使用状态方程的径向密度分布,这是符合热力学的高压极限。然而,在某种程度上,这些结构模型遭受固有的简并性或非唯一性问题,由于主要缺乏知识的内部分化状态和/或可能存在的光学厚的气氛。我们在这里讨论的作用,相应的测量误差,这对行星的平均密度和散装化学成分的测定产生不利影响。行星半径的精确测量将变得越来越重要,因为这是单个固体低质量系外行星或超级地球径向密度模型的关键观测约束。
2012-11-14 astro-ph.EP
Water content of rocky exoplanets in the habitable zone
本文通过四层内部结构模型、潮汐加热与放射成因热计算,研究28颗宜居带岩质系外行星的水含量,识别出多颗可能拥有厚海洋层或水蒸气大气的候选行星。
2023-12-04 astro-ph.EP
A procedure for observing rocky exoplanets to maximize the likelihood that atmospheric oxygen will be a biosignature
在这里,我们提倡一种观测策略,以帮助优先考虑系外行星观测。它从更容易获得的观测数据开始,并根据避免氧气是假阳性甚至是不确定的生命特征的行星的可能性,对系外行星进行更困难的后续观测。我们发现,氧气是一个强大的生物特征,土地和地表水必须存在。没有陆地的系外行星的地球化学循环要慢得多,因此,虽然这些行星上可能存在光合作用的产氧生命,但它不能以与非生物速率(如光解)竞争的速率产生氧气。这些适合居住的行星,其生命将无法检测到,应该避免。
2018-01-22 astro-ph.EP
Atmospheres as a Window to Rocky Exoplanet Surfaces
本研究利用平衡化学模型发现类金星岩质系外行星的压力—温度状态边界可同时区分地壳矿物与大气组成,从而支持通过大气光谱推断表面矿物学。
2023-12-18 astro-ph.EP
Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone
Harvard University(哈佛大学);Carnegie Science Observatories(卡内基科学天文台);Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian(哈佛-史密森天体物理中心);School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University(哈佛工程学院与应用科学学院);Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究所);Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院地球、大气和行星科学系);Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science(卡内基科学机构地球与行星实验室);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系);Department of Physics, Washington University(华盛顿大学物理系)
研究对LHS 1140b这颗位于宜居带的岩石系外行星进行光谱观测,通过近红外凌星光谱发现其大气有氦逃逸且随时间变化,解释结果与大气分馏模型一致,同一系统中更小且辐照更强的LHS 1140c未检测到氦吸收。
2026-07-17 astro-ph.EP
Plausible constraints on the range of bulk terrestrial exoplanet compositions in the Solar neighbourhood
本研究基于恒星化学丰度分析,约束太阳邻域岩石系外行星的组成范围,发现恒星Fe/Mg与核心大小强相关,Mg/Si指示地幔矿物学,并提出21种代表性行星组成供建模研究使用。
2022-12-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
A rocky exoplanet classification method and its application to calculating surface pressure and surface temperature
由于目前探测到的系外行星超过5,000颗,因此需要一种主要的分类方法来优先考虑生物特征观测的候选者。在这里,我们开发了一种分类方法来分类岩石系外行星最接近的太阳系模拟使用现有的数据观测到的恒星和行星的功能,质量和半径,非热大气逃逸,热大气逃逸,恒星辐射边界。将这种分类方法应用于我们样本中的720颗岩石系外行星,这些行星在行星质量,半径,恒星温度和通过蒙特卡罗模型传播的通量方面具有不确定性,表明22% $\pm$ 8%是水星类似物,39% $\pm$ 4%是火星类似物,11% $\pm$ 1%是金星类似物,2% $\pm$ 1%是地球类似物,26%的$\pm$ 12%在我们的太阳系中没有已知的行星对应物。外推到LHS 3844 b和GJ 1252 b的条件下,我们的分类方法给出了与当前观测结果相当一致的结果。随后,为了证明这种分类方法的功能,我们在调整后的表面压力与温度相图上绘制了系外行星的编目样本,对潜在的表面相(气体,液体或冰)进行了更现实的估计。我们的新分类方法可以帮助未来系外行星表征任务的目标选择。
2023-01-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Chemical Fingerprints of Formation in Rocky Super-Earths' Data
岩石系外行星的组成在恒星组成的背景下为形成理论提供了重要的限制。在这项研究中,我们选择了一个质量和半径测量不确定度<25%的系外行星样本,并获得了它们的内部结构。我们计算了组成标记,铁、镁和硅的比例,以及适合行星参数的核心质量分数(cmf),并将它们与恒星的进行比较。我们发现了成功的行星形成理论需要预测的四个关键结果:(1)在种群意义上,岩质行星的组成范围比恒星更广。恒星的Fe/Si分布接近高斯分布$1.63^{+0.91}_{-0.85}$,而行星的分布峰值较低,尾部较长,为$1.15^{+1.43}_{-0.76}$。在cmf空间中更容易看到差异,原始恒星的组成是$0.32^{+0.14}_{-0.12}$,而岩石行星的分布更广泛$0.24^{+0.33}_{-0.18}$。(2)我们引入未压缩密度(参考压力/温度下的$\overline{ρ_0}$)作为比较组合物的度量。由此,我们发现了岩石行星在形成过程中所达到的最大铁富集量($\overline{ρ_0}$ ~ 6和cmf ~ 0.8)。(3)高度辐射的行星表现出很大的成分范围。如果这些行星是大气蒸发的结果,那么在气体扩散之前,铁的富集和耗尽一定会发生。(4)我们发现了一组高辐射的行星,如果是岩石行星,它们的Fe/Si比是恒星的2倍。由于没有形成铁耗尽行星的可靠理论,这些都是值得关注的后续目标。
2020-10-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar magnetic activity and rocky planets in cool dwarf stars
针对M矮星恒星活动干扰径向速度行星探测的问题,本论文采用高斯过程建模,结合高精度光谱与测光数据,实现了行星信号与恒星活动的稳健分离,为探测岩石行星提供了有效方法。
2026-10-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Most Common Habitable Planets III -- Modeling Temperature Forcing and Surface Conditions on Rocky Exoplanets and Exomoons
本研究扩展热容量模型,量化偏心轨道系外行星及系外卫星的辐射强迫温度变化,并评估其宜居性、挥发物保留与未来探测可能。
2024-05-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmosphere-interior exchange on hot rocky exoplanets
我们提供了短周期岩石系外行星与向阳面岩浆池和硅酸盐蒸汽气氛的大气压力和表面成分的估计。大气压力趋向于与表面岩浆的蒸汽压力平衡,而岩浆表面的成分是由部分蒸发和表面-内部交换的竞争效应决定的。我们使用基本模型来展示表面-内部交换如何受行星的温度,质量和初始成分控制。我们假设地幔岩石经历了大量熔融形成岩浆池,风从星下点径向流动。在这些假设下,我们发现:(1)当行星体硅酸盐FeO浓度较低时,大气-内部交换较快,而当FeO浓度较高时,交换较慢:(2)当亚星温度为$\lesssim$ 2400 K时,岩浆池的成分混合较好,而当亚星温度为$\gtrsim$ 2400 K时,岩浆池的成分变化较大,变化较快;(3)岩浆池中的电流倾向于冷却固体地幔的顶部(“构造制冷”);(4)与早期的工作相反,许多岩浆行星具有随时间变化的表面成分。
2016-06-21 astro-ph.EP
What the Solar System Can Teach Us About Rocky Exoplanets
本文通过回顾太阳系类地天体的内部、表面和大气特征及其演化,为理解岩石系外行星的多样性和可能结局提供指导,强调类地天体随时间剧烈变化且相似大小质量可有不同结果。
2026-09-16 astro-ph.EP
The Composition and Mineralogy of Rocky Exoplanets: A Survey of >4,000 Stars from the Hypatia Catalog
我们对Hypatia目录中>4,000颗恒星的组成进行了调查,以研究岩石系外行星(即,那些岩石表面,主要是硅酸盐的)可能在地质学上与地球相似,至少在成分和矿物学方面。要做到这一点,我们探索各种报告的恒星成分,然后确定一个可能的范围外行星地幔矿物。我们发现,系外行星地幔将可能占主导地位的橄榄石和/或斜方辉石,这取决于核心形成过程中的铁分配。一些系外行星可能是镁橄榄石或石英饱和的,我们提出了一个新的分类方案的基础上的重量$\%$比(FeO+MgO)/SiO $_{2}$,以区分岩石类型。但完全外来的矿物应该是罕见的。我们发现,一半或更多的系外行星地幔矿物的范围是由核心的形成,我们使用$α_{Fe}$ = $Fe^{BSP}$ / $Fe^{BP}$模型,其中$Fe^{BSP}$是铁在块状硅酸盐行星(散装行星,减去核心),在阳离子重量$\%$的基础上(元素重量比例,不存在阴离子)和$Fe^{BP}$是阳离子重量$\%$的铁散装行星。在我们的太阳系中,$α_{Fe}$的变化范围从0(水星)到0.54(火星)。系外行星地幔矿物学的剩余变化来自恒星成分的非平凡变化。我们的主要氧化物分析也证实了早期的同位素研究,表明地球是非太阳(非南极)。我们还发现,主要的氧化物估计地球的地幔似乎排除了隐藏的组成部分,在地幔深处,将允许一个大规模的太阳能/南极地球。如果它确实存在,这样一个隐藏的成分必须至少占地…
2019-07-11 astro-ph.EP
Planet Earth in reflected and polarized light: II. Refining contrast estimates for rocky exoplanets with ELT and HWO
本研究通过3D辐射传输模拟精化邻近岩石系外行星的反射光与偏振光对比度估计,发现简化模型高估对比度两倍,建议采用分数偏振测量以更好表征地球类似行星。
2025-06-04 astro-ph.EP
The atmospheres of rocky exoplanets III. Using atmospheric spectra to constrain surface rock composition
本研究建立了岩石质系外行星大气光谱特征与地壳矿物成分的联系,通过自下而上的大气模型和理论凌星光谱,实现了仅凭光谱观测约束行星表面岩石成分。
2025-05-13 astro-ph.EP
UV Spectral Characterization of Low-Mass Stars With AstroSat UVIT for Exoplanet Applications: The Case Study of HIP 23309
本研究利用AstroSat的UVIT观测近邻M0型恒星HIP 23309的紫外光谱,验证其可补充哈勃望远镜表征系外行星宿主恒星的紫外SED,为后续任务及岩石行星宜居性研究提供支持。
2023-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Mineralogy, structure and habitability of carbon-enriched rocky exoplanets: A laboratory approach
富含碳的岩石系外行星被认为围绕着矮星以及双星、白矮星和双星。然而,这些行星的矿物组成受到很大的限制。我们对富含碳的化学混合物进行了高压高温实验室实验($P$ = 1 $-$ 2 GPa,$T$ = 1523 $-$ 1823 K),以研究冥王星到火星大小的行星的内部深处较大行星的上地幔。我们的研究结果表明,这些系外行星,当完全分化,包括一个金属核心,硅酸盐地幔和硅酸盐地幔顶部的石墨层。硅酸盐矿物学(橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石)在很大程度上不受碳含量的影响。在Fe-C-S系统中,金属要么是两种不混溶的富铁合金(富S和贫S),要么是单一的富铁合金,其不混溶性取决于S/Fe比和堆芯压力。在我们的实验条件下,石墨是主要的含碳相,没有碳化硅或碳酸盐的痕迹。如果体碳含量高于使地幔和地核饱和所需的含量,石墨将以硅酸盐地幔顶部的额外层的形式存在。对于足够厚的石墨层,由于高压,金刚石将在该层的底部形成。我们对开普勒-37b的内部结构进行了建模,结果表明,仅仅10重量%的石墨层就会使其衍生质量减少7%,这表明未来的太空任务可以确定具有不显著气体包层的岩石系外行星的半径和质量,从而对其碳含量进行定量限制。未来对表面富含石墨的岩石系外行星的观测将显示出由于石墨的低反射率而导致的低反射率。表面上除了碳之外没有其他生命元素,这可能使它们不适合居住。
2019-02-14 astro-ph.EP
Exoplanet Geology: What can we learn from current and future observations?
本文回顾了利用当前和未来望远镜观测表征岩石系外行星地质与演化的挑战和前景,指出JWST等近期观测可约束行星大气与表面地质,长期需新建模策略验证碳酸盐-硅酸盐循环等演化假说。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The Effect of Lower Mantle Metallization on Magnetic Field Generation in Rocky Exoplanets
最近的理论和实验证据表明,许多被认为存在于类地系外行星地幔中的物质将在地幔压力下金属化并成为电的良导体。这使得这些行星的地核和地幔之间有很强的电磁耦合。我们使用一个数值发电机模型来研究金属化下地幔对类地系外行星发电机的影响,使用几个内核大小和地幔电导率。我们发现,由于磁场拉伸的增加,导电地幔的加入导致更强的核幔边界场。我们还发现,金属化地幔不稳定的发电机导致较少的偶极,轴对称极向磁场在核幔边界。导电地幔有效地屏蔽了这些磁场,从而产生较弱的表面磁场。我们的结论是,一个导电的地幔将使太阳系外地球磁场的检测更加困难,而使发电机区域的磁场更强。
2013-04-25 astro-ph.EP
Planetary Magnetism as a Parameter in Exoplanet Habitability
来自太阳系的证据表明,与金星和火星不同,地球上强磁偶极矩的存在有助于维持其表面的液态水。因此,行星磁性可能对岩石系外行星上大气和液态水的长期维持产生重大影响。我们使用Olson和Christensen(2006)的模型来估算半径为R ${}_{p}$ $\le$ 1.23 R $_\oplus$的岩石系外行星的磁偶极矩。即使在模拟最大磁偶极矩时,也只有开普勒-186 f的磁偶极矩大于地球的磁偶极矩,而在星周宜居带探测到的岩石系外行星中,大约有一半的磁偶极矩可以忽略不计。这表明,在优先观测潜在的宜居行星时,行星磁性是一个重要因素。
2019-03-07 astro-ph.EP
Indexing Exoplanets with Physical Conditions Potentially Suitable for Rock-Dependent Extremophiles
在宇宙其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学的一个迷人的研究领域。目前,根据NASA系外行星档案数据库,已经发现了3876颗系外行星。地球相似性指数(ESI)定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值,范围从0(与地球不同)到1(与地球相似)。ESI的创建是为了根据系外行星与地球的相似性对其进行索引。在本文中,我们研究了岩石系外行星,其物理条件可能适合于依赖岩石的极端微生物的生存,如蓝细菌Chroococcidiopsis和地衣Acarospora。首先介绍了岩石相似性指数(RSI),然后将其应用于1659颗岩石系外行星。RSI代表了对类地行星的测量,在这些行星上的物理条件可能适合于可以在类地极端栖息地(即,炎热的沙漠和寒冷冰冻的土地)。
2020-02-28 astro-ph.EP
Idealised 3D simulations of diabatically-forced Ledoux convection. Application to the atmosphere of hot rocky exoplanets
我们研究了热成分非绝热过程对对流数值模拟的影响。我们的研究集中在模拟与稳定的温度梯度和不稳定的平均分子量梯度。我们的目标是建立在这样的设置降低温度梯度的可能性。一套三维模拟进行了使用数值流体动力学代码。作为一个简化的测试案例,我们使用了一个热岩石系外行星的次级大气样本区域,在该区域内可能发生CO+O $\leftrightarrow$ CO $_{2}$的化学转变。牛顿冷却和化学源项用于保持负的平均分子量梯度。我们的研究结果表明,这种设置可以降低温度梯度,这一结果不会随着分辨率或时间的推移而收敛。我们还表明,降低的温度梯度的存在是强迫时间尺度的函数。当化学强迫快速时,上述过渡导致温度分布的分叉,这让人想起蒸汽/液体对流沸腾危机中所见的分叉。在这些理想化的设置中,温度梯度降低,存在着类似于岩石系外行星大气光谱中的变红(目前在棕矮星光谱中观察到)的可能性。详细的一维建模是必要的,为了表征平衡的热梯度和成分梯度,时间尺度,以及一个现实的状态方程的影响,以评估如果这里确定的制度将在现实的情况下发展。然而,不能先验地排除这种可能性。这一预测对于地球大气来说是新的,并且代表了在分析岩石系外行星的大气光谱时使用非绝热模型的强烈动机,这些岩石系外行星将用例如詹姆斯·韦伯太空望远镜观测。
2021-06-23 astro-ph.EP
Temperature Structure and Atmospheric Circulation of Dry, Tidally Locked Rocky Exoplanets
下一代太空望远镜将观测环绕M矮星附近的岩石行星的大气层。理解这些观察结果除了数值模拟之外还需要成熟的理论。在这里,我们提出了理论模型的温度结构和大气环流的干燥,潮汐锁定岩石系外行星与灰色辐射转移和测试它们使用的大气环流模型(GCM)。首先,我们发展一个辐射对流模式,捕捉缓慢旋转和冷大气的地面温度。第二,我们表明,大气环流作为一个全球热机,这对大规模的风速有很强的约束。第三,我们发展了一个辐射-对流-沉降模式,将我们的辐射-对流模式扩展到热而薄的大气。我们发现,岩石行星开发大昼夜温度梯度的比值波辐射的时间尺度高达两个数量级小于工作建议的值热彗星。小的比率是由于热机效率低和对流大气中上升气流和下沉气流之间的不对称。第四,我们使用GCM模拟,旋转只有在大气是热的或薄的温度结构有很强的影响。我们的模型让我们绘制出GJ 1132 b等行星的大气场景,并展示了热相位曲线如何限制它们。测量短周期行星的相位曲线将需要詹姆斯韦伯太空望远镜通过凌日光谱检测分子的类似时间,因此未来的观测应该同时采用这两种技术。
2016-05-03 astro-ph.EP
Characterizing the oxidation state of rocky exoplanets with the Large Interferometer for Exoplanets (LIFE)
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);SRON Netherlands Institute for Space Research(荷兰空间研究研究所);Freie Universität Berlin, Institute of Geological Sciences(柏林自由大学地质科学研究所);NASA Goddard Space Flight Center(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心);ETH Zurich, Institute for Particle Physics & Astrophysics(苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所);ETH Zurich, Department of Earth and Planetary Sciences(苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系)
本研究评估系外行星大型干涉仪(LIFE)的性能,利用基于ARCiS和LIFEsim的反演框架,通过光谱测量区分类地大小岩质系外行星的氧化态,明确了不同氧化态下的特征示踪分子。
2026-07-31 astro-ph.EP
Hydrodynamic Escape of Mineral Atmosphere from Hot Rocky Exoplanet. I. Model Description
最近的系外行星统计数据表明,光蒸发对近距离低质量行星的质量和体积组成有很大影响。虽然有许多研究涉及富氢或富水大气的光蒸发,但尚未进行有关岩石蒸汽大气(或矿物大气)的详细调查。本文建立了一个新的一维水动力学模型,模拟了由Na、Mg、O、Si及其离子和电子组成的矿物大气在紫外光照射下的分子扩散、热传导、光化学/热化学、X射线和紫外线加热以及辐射线冷却(即,光学厚度和非LTE的影响)。本文的重点是描述我们的方法,但提出了一些新的发现。我们的流体动力学模拟表明,几乎所有的入射X射线和紫外线能量从主星转换成和损失的冷却剂气体物种,如钠,镁,镁$^+$,硅$^{2+}$,钠$^{3+}$和硅$^{3+}$的辐射发射。对于一颗围绕年轻太阳型恒星公转0.02~AU的地球大小的行星,我们发现X射线和紫外线的加热效率只有$1 \times 10^{-3}$那么小,相当于在各个方向上简单积分的质量损失率为0.3~ $\Mearth$ /Gyr.由于这种有效的冷却,质量为$1\Mearth$的热岩石系外行星上的矿物大气的光蒸发量不足以对行星质量和整体组成产生重大影响。这表明,尺寸大于地球半径的近距离高密度系外行星在高紫外线环境中生存。
2020-12-19 astro-ph.EP
The Persistent Thermal Anomalies in Rocky Worlds
Washington University(华盛顿大学)
研究类地行星日侧热辐射异常,探讨其可能的内部热源及大气存在证据,发现现有内部过程无法解释观测到的热异常,推测可能由恒星污染或其他未考虑因素导致。
2026-03-30 astro-ph.EP
Evidence of 1:1 slope between rocky Super-Earths and their host stars
University of Toronto(多伦多大学);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);Gemini Observatory(Gemini 天文台)
本研究通过分析21颗岩质超级地球及其宿主恒星的数据,发现两者铁质量分数存在1:1最佳拟合关系,但需更大样本验证。
2026-01-30 astro-ph.EP astro-ph.SR