Warm terrestrial planet with half the mass of Venus transiting a nearby star
The advent of a new generation of radial velocity instruments has allowed us to break the one Earth-mass barrier. We report a new milestone in this context with the detection of the lowest-mass planet measured so far using radial velocities: L 98-59 b, a rocky planet with half the mass of Venus. It is part of a system composed of three known transiting terrestrial planets (planets b to d). We announce the discovery of a fourth nontransiting planet with a minimum mass of 3.06_{-0.37}^{+0.33} MEarth and an orbital period of 12.796_{-0.019}^{+0.020} days and report indications for the presence of…
2021-08-06 astro-ph.EP
Terrestrial Planet Formation at Home and Abroad
我们回顾了类地行星形成领域的现状，目的是了解内太阳系和低质量系外行星的形成。本文综述了从微行星到行星胚胎以及从胚胎到类地行星的吸积动力学和时间尺度。我们讨论了径向混合和水输送，行星自旋和有关磁盘和胚胎属性的参数的重要性。接下来，我们将吸积模型与系外行星联系起来。我们首先解释了为什么观测到的热超级地球可能是通过原位吸积或向内迁移形成的。我们展示了如何通过巨行星迁移和动力学不稳定性机制改变气体巨星系统中的类地行星形成。地球吸积的标准模型无法再现内太阳系。“大钉”模型解决了这个问题，使用的想法首先发展到解释巨大的系外行星。最后，我们讨论了大多数类地行星系统是否以与我们相同的方式形成，并强调了当前一代模拟中缺少的关键成分。
2014-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Reflected spectroscopy of small exoplanets II: characterization of terrestrial exoplanets
能够进行高对比度成像的太空望远镜被认为是寻找类太阳恒星周围的类地行星并确定其潜在可居住性的途径。因此，量化反射光谱的能力是至关重要的，通过直接成像的类地系外行星，现有的工作集中在现代地球的行星类似物。在这里，我们超越了地球的类似物，并使用贝叶斯检索算法ExoReL $^\Re$，以确定我们可以从它们的反射光谱中了解到什么。认识到类地系外行星的潜在多样性，我们的重点是区分大气场景没有任何先验知识的主导气体。我们发现，虽然光学波段（$0.4-1.0\ μ$ m）的中等分辨率光谱可能足以表征现代地球模拟，但它可能会导致对类似太古代地球或具有CO $_2$主导大气的行星的错误解释。包括近红外波段（$1.0-1.8\ μ$ m）的观测可以防止这种误差，确定大气的主要成分（N $_2$、O $_2$或CO $_2$），并量化痕量气体（H $_2$ O、O $_3$和CH $_4$）。这些结果对确定未来系外行星直接成像任务的科学要求、设计波段带宽和观测方案具有参考价值。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Magnetospheres of Terrestrial Exoplanets and Exomoons: Implications for Habitability and Detection
描述宜居系外行星和/或其卫星的特征至关重要。在这里，我们展示了我们的磁场拓扑建模的结果，它表明，地球的系外行星，系外卫星耦合磁层一起工作，以保护早期的大气层的系外行星和系外卫星。当系外月磁层位于系外行星的磁层空腔内时，系外月磁层就像一个保护性的磁泡，当月球位于向阳面时，它提供了一个额外的磁层顶来面对恒星风。此外，磁重联将为早期系外行星和系外卫星之间的大气交换创造一个关键途径。当系外卫星的磁层位于系外行星的磁层之外时，它就成为抵御强烈恒星风的第一道防线，减少了系外行星大气层对太空的损失。简要讨论了这种类型的系外卫星将如何改变磁化系外行星的无线电发射。
2020-12-21 astro-ph.EP physics.space-ph
High-Resolution Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet GJ 486b
绕M矮星运行的类地系外行星是利用现有或不久的将来的仪器进行透射光谱学的有希望的目标。这些岩石行星的大气成分仍然是一个悬而未决的问题，特别是考虑到来自其宿主M矮星的高X射线和紫外线通量可以驱动大气逃逸。1.3 $R_\oplus$系外行星GJ 486 b（$T_{\rm{eq}} \sim$ 700 K），绕着一颗M3.5恒星运行，预计在已知的类地系外行星中具有最强的透射光谱信号。我们使用三台不同的高分辨率光谱仪观测了GJ 486 b的三次凌日：斯巴鲁望远镜上的IRD，双子座南望远镜上的IGRINS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的SPIRou。我们通过互相关方法从各种各样的分子物种中搜索大气吸收，但没有检测到任何稳健的大气信号。尽管如此，我们的观测是足够敏感的，以排除几个明确的大气场景通过注入和恢复测试，并扩展到陆地制度的比较系外行星学。我们的研究结果表明，GJ 486 b没有一个明确的H $_2$ /He为主的大气，也没有一个明确的100%的水汽大气。其他具有高平均分子量或H $_2$ /He为主的大气层的二次大气层与云仍然是可能的。我们的发现提供了进一步的证据，表明绕M矮星运行的类地行星可能会经历显著的大气损失。
2023-03-20 astro-ph.EP
Scaling the Earth: A Sensitivity Analysis of Terrestrial Exoplanetary Interior Models
系外行星的结构和组成是行星可居住性的第一级控制因素。我们探讨了大体积类地行星的组成和内部结构的哪些方面影响了系外行星的主要观测值：它的质量和半径。我们将这些扰动应用于地球，我们最了解的星球。使用矿物物理工具包BurnMan自洽计算质量半径模型，我们发现，核心半径，存在轻元素的核心和上地幔组成的低压硅酸盐在给定的半径，其中没有一个包括在当前的质量半径模型的最终计算质量的影响最大。我们扩展了这些结果，提供了一个自洽的网格组成以及结构约束的地球质量半径模型，用于量化系外行星是“类地行星”的可能性。“我们进一步将这个网格应用于开普勒-36 b，发现它只有20%的可能性与地球的Si/Fe = 0.9类似，而地球的Si/Fe = 1，太阳的Si/Fe = 1.19。
2016-01-07 astro-ph.EP
Potential Surface Ice Distribution on Close-in Terrestrial Exoplanets around M dwarfs
本文构建陆地—大气耦合模型，模拟无大气或稀薄N2大气的M型矮星近距类地行星，发现自旋—轨道比和转轴倾角主导地表冷阱及冰分布。
2024-05-08 astro-ph.EP
Clouds will likely prevent the detection of water vapor in JWST transmission spectra of terrestrial exoplanets
我们即将对M型矮星宜居带中的类地系外行星的大气进行表征。由于其大的行星-恒星半径比和更高的凌日频率，绕M矮星运行的类地系外行星有利于透射光谱。在这项工作中，我们量化的影响，水云的幅度水蒸气传输光谱特征的类地系外行星绕M矮星。为此，我们从大气环流模型（GCM）实验潮汐锁定行星的合成透射光谱。我们改进以前的工作，考虑如何改变广泛的行星参数影响透射光谱。我们发现，云导致的数量增加了10-100倍的过境所需的检测水功能与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）与不同的旋转周期，入射恒星通量，表面压力，行星半径和表面重力。我们还发现，在我们的GCM模拟与地球半径的行星旋转周期$\gtrsim 12 \ \mathrm{days}$的昼侧云覆盖率有很大的增加。这种云覆盖的增加导致了绕M矮星缓慢旋转的系外行星的光谱特征更强的静音。我们预测，这将是极具挑战性的探测水传输功能的类地系外行星的大气中的宜居带的M矮星与JWST。然而，在云层之上混合良好的物种（例如，CO $_2$和CH $_4$）可能仍然可以在这些行星上用JWST探测到。
2019-12-18 astro-ph.EP
Debris disks as signposts of terrestrial planet formation
间接证据表明，大多数已知的太阳系外行星系都是剧烈动力学不稳定性的幸存者。在这里，我们将探讨巨行星的不稳定性如何影响类地行星的形成和生存。我们模拟行星系围绕太阳恒星的演化初始条件，包括：一个内盘的星子和行星胚胎，三个巨大的行星在木星-土星的距离，和一个巨大的外星子盘。然后，我们计算尘埃生产率和碎片盘SED假设每个微行星粒子代表一个较小的机构在碰撞平衡的合奏。我们预测类地行星的存在与巨行星介导的碎片盘之间有很强的相关性。强烈的巨行星不稳定性会摧毁所有的岩石物质--包括完全形成的类地行星，如果不稳定性发生得很晚的话--以及冰冷的星子。稳定或弱不稳定的系统允许类地行星吸积，并在其外部区域产生大量尘埃。年龄超过1亿年的恒星发出明亮的冷尘埃（约70微米），标志着动态平静的环境有利于有效的陆地吸积。我们预测，虽然类地行星的典型偏心率很小，但应该存在一类新的类地行星系统，其单个行星在偏心率和倾角方面经历大幅度振荡。通过按比例缩放到观测到的巨型系外行星的半长轴分布，我们估计在同一系统中，0.5 AU的类地系外行星应该比1 AU的巨型或类地系外行星多几倍。最后，我们讨论太阳系，这似乎是不寻常的结合丰富的类地行星系统与低尘埃含量。
2011-03-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric Chemistry of Venus-like Exoplanets
我们使用热力学计算来模拟类地系外行星上的大气化学，这些行星的温度足以使大气层和岩石圈之间达到化学平衡，就像金星一样。我们的计算结果限制了光谱可观测气体的丰度、地面温度和压力以及地表的矿物学。这些结果将有助于规划未来由哈勃太空望远镜（HST），斯皮策，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），类地行星望远镜和达尔文等现有和拟议的空间观测站对地球大小的系外行星大气层的观测。
2010-12-07 astro-ph.EP
Composition of Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Meteorite Outgassing Experiments
类地系外行星可能在吸积过程中和吸积之后通过释气形成初始大气，尽管目前还没有关于如何将行星的整体组成与其早期大气特性联系起来的第一原理理解。对这种联系的重要见解可以通过分析陨石来获得，陨石是行星构建模块的代表性样本。我们进行实验室放气实验，使用质谱仪测量陨石样品加热到1200 $^{\circ}$ C时释放的挥发物的丰度。我们发现，从三个碳质球粒陨石样品的释气一致地产生H $_2$ O-丰富（平均~ 66%）的气氛，但有显着量的CO（~ 18%）和CO $_2$（~ 15%），以及较少量的H $_2$和H $_2$ S（高达1%）。这些结果提供了实验上的初始化学成分的理论模型中的类地行星大气，提供丰富的主要气体物种作为温度的函数。
2021-04-16 astro-ph.EP
Terrestrial, Habitable-Zone Exoplanet Frequency from Kepler
从开普勒的第一个136天的操作数据进行分析，以确定相对于半径，周期和主恒星光谱型的系外行星的分布。该分析外推估计地球，宜居带系外行星的百分比。开普勒的普查被认为是完整的明亮恒星（星等<14.0），其过境行星的半径>0.5地球和周期<42天。它还假设行星的大小分布与轨道周期无关，并且数据中没有隐藏的偏差。发现了六个重要的统计结果：在昏暗的目标恒星周围很少发现小行星，可能是仪器效应;发现中等大小行星的频率与宿主恒星是否明亮或昏暗无关;与较长周期相比，发现周期<3天的行星明显较少，几乎可以肯定是天体物理效应;所有周期小于42天的行星在星群中的频率为29%，其中陆地行星为9%，冰巨星为18%，气体巨星为3%;种群行星频率与周期呈幂律关系dN/dP ~ P^{β- 1}，β= 0.71 ± 0.08;外推到更长的周期，得到类地行星在FGK星宜居带的频率为η_ \oplus =（34 +/- 14）%。因此，大约有三分之一的FGK恒星被预测至少有一个类地行星，宜居带行星。
2011-09-22 astro-ph.EP
Debris disks as signposts of terrestrial planet formation. II Dependence of exoplanet architectures on giant planet and disk properties
我们提出了类地行星的形成模型，以及在包含多个不稳定气体巨星的行星系中碎片盘的碰撞演化。我们以前表明，巨行星的动力学引入了类地行星和碎片盘之间的相关性。在这里，我们提出了新的模拟表明，这种连接是定性鲁棒的变化：巨行星的质量分布，外星子盘的宽度和质量分布，以及气体的存在在磁盘中。我们讨论如何在这些参数的变化影响的演变。具有等质量巨行星的系统会经历最剧烈的不稳定性，这些不稳定性会摧毁类地行星和产生碎片盘的外星子盘。相比之下，具有低质量巨行星的系统有效地产生了类地行星和碎片盘。大部分具有低质量最外层巨行星的系统在这些行星之间有稳定的间隙，这些间隙经常被微行星占据。外巨行星之间的星子带可能会影响碎片盘SED。如果地球质量的种子存在于外星子盘中，则盘径向扩散到更低的温度。我们认为，这可以解释非常低的频率> 1 Gyr-old的太阳型恒星观察到24微米的过剩。在探索的（有限的）一组配置中，最有可能拥有大约1天文单位的类地行星的是年龄大于0.1-1 Gyr的恒星，其明亮的碎片盘在70微米，但目前没有已知的巨行星。这些系统结合了岩石建筑块的证据，巨行星的性质最不可能经历破坏性的动力学演化。我们预测碎片盘和偏心巨行星之间的反相关，和碎片盘和类地行星之间的正相关。
2012-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Europium as a lodestar: diagnosis of radiogenic heat production in terrestrial exoplanets
长寿命放射性核素，如$^{40}$ K、$^{232}$ Th、$^{235}$ U和$^{238}$ U，有助于在类地行星地幔中持续产热。作为难熔元素，Th和U在类地系外行星中的浓度隐含地反映在恒星宿主的光球丰度中。然而，由于相关光谱特征的普遍缺乏和薄弱，在实践中很难对这些恒星丰度进行可靠的确定。我们提请注意耐火材料，$r-$过程元素铕，这可能是一个方便和实用的代理人口分析的辐射加热的系外行星系统。作为一个案例研究，我们提出了在$α$ Cen A和B的光球Eu丰度的测定。我们发现，铕是耗尽相对于铁的$\sim$ 0.1德克斯和硅的$\sim$ 0.15德克斯相比，太阳在两个二元组分。在一阶条件下，Eu的丰度可以在观测约束条件下转换为$^{232}$ Th、$^{235}$ U和$^{238}$ U的丰度，而$^{40}$ K的丰度可以独立地用银河系化学演化模型进行近似。我们发现$α$ -Cen-地球的辐射生热收支在其形成时为$73.4^{+8.3}_{-6.9}$ TW，现今为$8.8^{+1.7}_{-1.3}$ TW，分别比冥古宙和现代地球低$23\pm5$ %和$54\pm5$ %。因此，$α$-Cen-Earth中的地幔对流预计总体上比地球的地幔对流弱（假设其他条件相同），因此这样的行星在地质上不太活跃，抑制了其循环地壳和挥发物的长期潜力。由于Eu丰度可用于大样本的类太阳…
2020-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thin H$_2$-dominated Atmospheres as Signposts of Magmatic Outgassing on Tidally-Heated Terrestrial Exoplanets
University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究提出潮汐加热的偏心类地行星可通过火山脱气维持薄H$_2$主导大气，并建立内部-大气模型结合JWST观测以识别此类行星及其内部状态。
2025-10-08 astro-ph.EP
Scaling Relations for Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Baroclinic Criticality
类地行星的宏观湍流大气环流介导了它们的赤道到极点的热传输。对于快速旋转的类地行星来说，中纬度的斜压不稳定性会导致湍流涡旋，从而将热量输送到极地。在这项工作中，我们推导出一个缩放理论的赤道到极点的温度对比度和散装直减率的地球系外行星大气。该理论建立在Jansen & Ferrari（2013）的工作基础上，并通过斜压涡动热通量和辐射加热/冷却之间的平衡来确定大气对斜压不稳定性（斜压“临界性”）的不稳定程度。我们比较我们的标度理论的大气环流模型（GCM）模拟，发现赤道到极点的温度对比度和散装直减率的理论预测大致同意GCM实验与不同的旋转速率和表面压力在整个斜压不稳定制度。我们的理论研究结果表明，斜压不稳定性是一个强有力的控制热传输的大气中的类地系外行星，和我们的缩放可以用来估计赤道到极点的温度对比度和散装直减率的类地系外行星。这些比例可以通过未来太空望远镜对类地系外行星的光谱检索和全相位光变曲线进行测试。
2019-08-07 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres II: H2S and SO2 Photochemistry in Anoxic Atmospheres
硫气体是地球上火山和生物排放物的常见成分，预计将成为类地系外行星大气的重要输入气体。我们研究了大气成分和含硫化合物的类地系外行星的光谱（即，H2S和SO2）从其表面释放。本文采用一维光化学模型和辐射转移模型，研究了大气中硫从还原到氧化的化学过程。最重要的发现是，基于H2，N2和CO2大气模型，H2S和SO2在几乎所有类型的类地系外行星大气中的化学寿命都很短。这意味着直接检测表面硫排放是不可能的，因为它们的表面排放率需要非常高（>1000倍地球火山硫排放），这些气体才能达到可检测的水平。我们还发现，从地表排放的硫化合物导致大气中元素硫和硫酸的光化学形成，如果饱和，这些元素硫和硫酸会冷凝形成气溶胶。对于类太阳恒星或M星的宜居带中的类地系外行星，类地硫排放率导致在宽范围的颗粒直径（0.1-1微米）的以H2为主的还原性大气中由元素硫组成的光学厚雾，这在我们的模拟中被假定为自由参数。在由N2和CO2组成的氧化大气中，如果地表硫排放量比地球火山硫排放量高2个数量级，则会形成由元素硫气溶胶（S8）或硫酸气溶胶（H2SO 4）组成的光学厚霾。虽然不太可能通过H2S和SO2的光谱特征直接探测到它们，但可以通过用下一代空间望远镜观察反射光中与气溶胶有关的特征来推断它们的排放。
2013-02-26 astro-ph.EP
Obliquity and Eccentricity Constraints For Terrestrial Exoplanets
近年来的系外行星发现表明，类地行星异常常见。这些行星中的许多都处于紧凑的系统中，导致复杂的轨道动力学。确定这些行星表面状况的关键一步是了解大气层顶部入射的纬度相关通量作为轨道相位的函数。影响通量随时间变化的两个主要性质是行星的轨道密度和轨道偏心率。我们推导出的标准，通量变化，由于双折射是等价的通量变化，由于轨道偏心率。这种等效性计算的最大和平均通量的情况下，后者包括昼夜周期的影响。我们将这些计算应用于四个已知的多行星系统（GJ 163，K2-3，开普勒-186和Proxima Centauri），在那里我们使用轨道动力学考虑约束类地行星的偏心率，并模拟入射通量的影响。我们讨论了这些模拟气候模型的影响，类地行星和轮廓可检测的签名的行星的相似性。
2021-08-10 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres I: Photochemistry Model and Benchmark Cases
我们提出了一个全面的光化学模型，探索地球系外行星大气的化学成分。光化学模型是从头开始设计的，有能力处理所有类型的类地行星大气，从氧化到还原，这使得代码适用于广泛的预期类地系外行星成分的应用。一维化学传输模式处理多达800个化学反应，光化学过程，干和湿沉积，表面排放和热逃逸的O，H，C，N和S轴承物种，以及元素硫和硫酸气溶胶的形成和沉积。我们通过计算当前地球和火星的大气成分来验证该模型，并与地球和火星大气中主要痕量气体的观测结果一致。我们模拟了几个合理的类地系外行星的大气场景，并选择了三个基准情况下，从还原到氧化的大气。最有趣的发现是，在缺氧的大气中，原子氢总是比羟基自由基更丰富的活性自由基。原子氢是否是感兴趣分子的最重要的去除路径还取决于相关的反应速率。我们还发现火山碳化合物（即，CH4和CO2）在化学上是长寿命的，并且在还原性和氧化性气氛中往往很好地混合，并且它们到表面的干沉积速度控制大气氧化状态。此外，我们重新审视了光化学产生的氧气是否会导致检测含氧光合作用的误报，并发现在1巴富含二氧化碳的大气中，如果没有还原气体的表面排放，氧气和臭氧可能会达到以前被认为是生命的独特特征的水平。
2012-10-25 astro-ph.EP
Stellar Proton Event-induced surface radiation dose as a constraint on the habitability of terrestrial exoplanets
发现在邻近恒星周围的宜居带中运行的类地系外行星是现代天文学的重大发展之一。超过12颗这样的行星，如Proxima Centauri b和TRAPPIST-1 e，都处于近距离配置中，它们与主恒星的接近使它们对恒星活动高度敏感。像耀斑这样的偶发事件有可能对近距离行星造成严重破坏，对它们的可居住性产生不利影响。快速旋转的年轻M型恒星上的耀斑发生频率比G型恒星高出100倍，这使得它们的行星更容易受到恒星活动的影响。恒星质子事件（SPE）产生的恒星高能粒子（SEP）会造成大气层破坏（侵蚀和光化学变化），并产生次级粒子，从而导致行星表面辐射剂量增加。我们探讨的SPE和行星因素在确定行星表面辐射剂量的作用。这些因素包括SPE通量和光谱，行星柱密度和磁场强度。以1956年至2012年期间观测到的70个主要太阳事件的粒子谱为代表，我们使用GEANT 4蒙特卡罗模型模拟SPE与系外行星大气的相互作用，并计算表面辐射剂量。我们证明，除了注量，SPE光谱也是一个决定表面辐射剂量的关键因素。我们讨论了这些发现在约束类地系外行星的可居住性的影响。
2019-10-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Atmospheric Circulation of Terrestrial Exoplanets
对其他恒星周围行星的研究始于对气态巨星的研究，但现在正在扩展到超级地球和类地行星的发现和表征。基于这一观测潮，我们探讨了类地系外行星大气环流的基本动力学原理，并讨论了类地系外行星大气环流与水文循环和全球尺度气候反馈的相互作用。类地系外行星占据了广泛的物理和动力学条件，其中只有一小部分尚未被详细探索。我们的方法是列出控制类地行星上大气环流的基本动力学原理--广义的--并展示它们如何为理解这些世界的大气行为提供基础。我们首先调查基本的大气动力学，包括地转的作用，斜压不稳定性，并在强旋转制度（“外热带”）和哈德利环流的作用，波调整的热结构，并在缓慢旋转制度（“热带”）的赤道超旋转的趋势。然后，我们调查水文循环的关键要素，包括控制降水，湿度和云量的因素。接下来，我们总结了环流影响全球平均气候的关键机制，从而影响行星的可居住性。特别是，我们讨论了失控的温室效应，过渡到雪球状态，大气崩溃，以及大气环流和CO2风化率之间的联系。最后，我们总结了未来这一新兴领域的关键问题和挑战。
2013-06-11 astro-ph.EP
Assessing the Interior Structure of Terrestrial Exoplanets with Implications for Habitability
天体物理观测揭示了系外行星的半径和质量的巨大差异。重要的是要描述系外行星的内部，以了解行星的多样性，并进一步确定地球的独特性。评估内部结构具有挑战性，因为数据很少，不确定性很大。因此，对于给定的系外行星，一系列内部结构模型可以满足现有数据。通常，内部模型的目的是约束径向结构和组成的核心和地幔，以及额外的冰，海洋和气体层，如果合适的。约束这些层的参数也可以告诉我们内部动力学。然而，它仍然具有挑战性的约束内部动态使用内部结构模型，因为结构模型是相对不敏感的热状态的行星。然而，阐明内部动力学仍然是外行星学的一个关键目标，因为它在确定表面条件和可居住性方面发挥着重要作用。到目前为止，可以排除类似地球的可居住性，因为超级地球非常接近它们的恒星，因此具有高地面温度，促进了当地的岩浆海洋。
2017-10-16 astro-ph.EP
Exploring terrestrial lightning parameterisations for exoplanets and brown dwarfs
观测和模型表明，形成闪电的条件可能存在于形成云的太阳系外行星和褐矮星大气中。这些天体上的闪电与太阳系已知的闪电是相似还是非常不同，有待回答，因为太阳系外天体的闪电还没有被探测到。我们探索地球闪电parameterisations比较辐射的能量和总的无线电功率发射的闪电放电地球，木星，土星，太阳系外的巨大气体行星和褐矮星。我们发现，炽热的巨型气体行星和褐矮星上的闪电可能具有$10^{11}$ - $10^{17}$ J量级的能量，比地球闪电的平均总能量（$10^9$ J）大2到8个数量级，比木星或土星上的闪电（$10^{12}$ J）高出5个数量级，肯定了这些大气层之间的明显差异。系外行星和褐矮星上的闪电可能比从太阳系观测到的更有活力，释放出更多的无线电功率。这样的能量将增加探测到太阳系外天体与闪电有关的无线电发射的可能性。
2021-06-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Atmospheric Dynamics of a Near Tidally Locked Earth-Size Planet
地球大小的行星处于或接近潮汐锁定状态的发现和表征对于理解类地行星的演化至关重要，金星是一个明显的类比。系外行星科学处于描述数百个陆地行星大气特征的起点，从而提供了远大于太阳系内有限的陆地行星大气清单的统计样本。然而，用于表征系外行星大气的基于模型的方法依赖于太阳系数据，导致我们有限的库存既是基础又是关键的大气实验室。目前的类地系外行星人口统计数据严重偏向于短周期行星，其中许多行星预计将被潮汐锁定，也可能是失控的温室候选者，类似于金星。在这里，我们描述了陆地系外行星人口的增加和气候模拟潮汐锁定的研究。这些系外行星的研究被放置在金星的背景下，金星是一个地球大小的异步转子的本地例子，接近潮汐锁定极限。我们描述了最近关于金星大气动力学的经验教训，以及这些经验教训如何与我们兄弟星球的进化有关。我们讨论了这些经验教训的系外行星大气的影响，并概述了金星气候的全面表征，以实现全面和强大的解释陆地行星大气的必要性。
2022-04-20 astro-ph.EP
Earth as a Transiting Exoplanet: A Validation of Transmission Spectroscopy and Atmospheric Retrieval Methodologies for Terrestrial Exoplanets
本研究利用地球高信噪比透射光谱验证类地系外行星大气反演模型，证实高分辨率下模型吻合度高且可探测多种气体，同时验证一维模型可满足JWST对M型矮星类地行星的观测需求。
2023-08-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Terrestrial Exoplanet Simulator (TES): an error optimal planetary systems integrator that permits close encounters
我们提出TES，一个新的n体积分代码的准确和快速的传播的行星系的存在下，密切接触。TES建立在经典的Encke方法的基础上，只将扰动集成到开普勒轨迹中，以减少模拟的误差和运行时间。整个过程中使用可变步长，以便精确处理近距离接触。一套数值的改进，一起使TES最佳的能量误差。与使用ias15的直接集成相比，在所有考虑的测试问题中发现了更低的运行时间。工商业污水附加费是免费提供的。
2021-01-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Condensation-Coalescence Cloud Model for Exoplanetary Atmospheres: Formulation and Test Applications to Terrestrial and Jovian Clouds
一些凌日的系外行星具有无特征的透射光谱，这可能表明在高海拔地区存在云。一个真实的云模型对于了解这种高空云形成的大气条件是必要的。在这项研究中，我们提出了一个新的云模型，考虑到凝结和合并的微观物理。我们的模式提供了一组给定的物理参数，包括上升气流速度和云凝结核（CCN）的数密度的云和雨粒子的大小和密度的垂直廓线。我们测试我们的模型，通过与地球上的信风积云和木星的氨冰云的观测比较。对于信风积云，包括凝结和合并的模型给出的预测与观测结果一致，而只包括凝结的模型高估了云滴的质量密度高达一个数量级。对于木星氨云，冷凝合并模型同时再现有效粒子半径，云的光学厚度，云的几何厚度从旅行者号观测推断，如果上升气流速度和CCN数密度被认为是一致的湿对流模拟和伽利略探测器测量的结果，分别。这些结果表明，凝聚粒子的聚结是重要的，不仅在陆地水云，而且在木星冰云。我们的模型将有助于理解系外行星大气中的动力学、成分和成核过程如何通过云微物理影响系外行星云的垂直范围和光学厚度。
2017-01-04 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
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
Enhanced constraints on the interior composition and structure of terrestrial exoplanets
系外行星内部模型通常假设行星的元素丰度与其母星的元素丰度相同。主恒星丰度是行星丰度的良好代表，但仅适用于难熔元素。对于类地行星来说尤其如此，这可以从太阳与地球和其他内太阳系天体之间的整体化学成分的相对差异中得到证明。因此，行星主星的元素丰度必须被去挥发，以便正确地表示其类地行星的整体化学成分。此外，镍和轻元素与铁一起对类地行星的核心做出了重要贡献。因此，我们采用了扩展的化学网络的核心，由铁/镍比为18 $\pm$ 4（按数量）的约束。通过将这些约束应用于太阳，我们的模型再现了地幔和核心的组成，以及地球的核心质量分数。我们还将我们的建模应用于四颗具有精确测量元素丰度的系外行星宿主恒星：开普勒-10，开普勒-20，开普勒-21和开普勒-100。如果这些恒星在它们的宜居带中也有类地行星，我们发现绕开普勒-21运行的行星最像地球，而绕开普勒-10运行的行星最不像地球。为了评估岩石系外行星在内部组成和结构方面与地球的相似性，高精度的宿主恒星丰度至关重要。我们的模拟表明，丰度的不确定性应优于$\sim$ 0.04 dex，以便进行此类评估。
2018-12-03 astro-ph.EP
Earth$'$s polar night boundary layer as an analogue for dark side inversions on synchronously rotating terrestrial exoplanets
决定同步旋转行星的潜在可居住性的一个关键因素是暗侧表面和自由大气之间的大气边界层逆温的强度。在这里，我们分析了从南极和加拿大警报中心的极夜测量中获得的数据，这是地球上最接近同步旋转系外行星黑暗面条件的类似物，分别没有和有海洋影响。在地球上，这种逆温的强度很少超过30 K，这是因为由所谓的中尺度斜坡风等现象引起的湍流混合效应，这种斜坡风的水平尺度为10 s到100 s km，表明对近地表暗面逆温有类似的限制。我们讨论了反演强度对地形和全球尺度环流等因素的敏感性，并将其与Proxima Centauri b行星的模拟进行了比较。我们的研究结果表明，与地球数据的比较在系外行星研究的重要性，并强调需要进一步研究的系外行星大气塌陷问题，使用中尺度和涡分辨模型。
2020-03-13 astro-ph.EP
Atmospheric characterization of terrestrial exoplanets in the mid-infrared: biosignatures, habitability & diversity
本文论证了发展中红外波段大型天基系外行星成像任务对于表征类地行星大气、搜寻生物印记和评估宜居性的独特价值，并建议ESA在“Voyage 2050”框架下牵头推进。
2021-08-20 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Collisional formation of massive exomoons of super-terrestrial exoplanets
围绕类地或超类地系外行星运行的系外卫星尚未被发现;因此，它们的可能存在和性质仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们探索通过巨大的行星碰撞形成的系外卫星。我们利用光滑粒子流体动力学（SPH）碰撞模拟和调查一个大的相空间的地球/超地球行星碰撞。我们描述了这种碰撞的性质，发现一种罕见的情况下，其中一个exomoon形式通过一个放牧和捕获的情况下，除了一些放牧和合并或击中和运行的情况。然而，通常情况下，我们的碰撞形成巨大的环行星盘，为此，我们使用后续的N体模拟，以获得随后的系外卫星的下限质量估计。我们调查的质量，长期的潮汐稳定性，组成和起源的物质在光盘和exomoons。我们的巨型撞击模型通常会产生相对富含铁的卫星，这些卫星形成于行星的同步半径之外，因此会以稳定的轨道向外潮汐演化，而不是被摧毁。我们的研究结果表明，通过单一的巨大撞击，碰撞形成目前可探测到的绕超级类地行星运行的系外卫星是极其困难的。也许有可能通过多次撞击形成的较小的系外卫星的几次合并来形成大质量的、可探测的系外卫星，但需要更多的研究才能得出结论。鉴于目前的观测计划，搜索应主要集中在更大的行星类别。然而，我们的模型预测的大约四分之一的系外卫星大约是水星质量或更多，并且更有可能被检测到，因为未来仪器的检测能力提高了2倍，这为它们的发展提供了进一步的动力。
2020-01-28 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
The Impact of Planetary Rotation Rate on the Reflectance and Thermal Emission Spectrum of Terrestrial Exoplanets Around Sun-like Stars
需要建立强有力的大气和辐射转移模型，以正确解释类地系外行星的反射光和热发射光谱。这将有助于打破众多大气，行星和恒星因素之间的观测简并性，这些因素驱动行星气候。在这里，我们使用ROCKE-3D大气环流模型模拟了太阳周围类似地球的世界的气候，这些世界的旋转周期越来越慢，从类似地球到完全与太阳同步。然后，我们提供这些结果作为输入的光谱行星模型（SPM），它采用智能辐射转移模型来模拟行星的光谱，因为它将被观察到从未来的太空望远镜。我们发现，行星自转速率减慢的主要可观察影响是云分布、高度和不透明度的改变，这些变化随后通过改变生物相关气体物种的吸收带深度（例如，H2O、O2和O3）。我们还确定了一个潜在的诊断功能的同步旋转的世界中红外H2O吸收/发射谱线。
2020-04-01 astro-ph.EP
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
The Habitable-zone Planet Finder Detects a Terrestrial-mass Planet Candidate Closely Orbiting Gliese 1151: The Likely Source of Coherent Low-frequency Radio Emission from an Inactive Star
由LOFAR探测到的来自Gliese 1151（一颗静止的M4.5矮星）的相干低频无线电发射，其无线电发射特性与理论预期的地球大小的行星在1-5天轨道上的恒星-行星相互作用一致。来自麦克唐纳天文台10米霍比-埃伯利望远镜上的宜居带行星X（HPF）光谱仪的新的近红外径向速度，与HARPS-N以前的速度相结合，揭示了一个周期性的多普勒特征，与一颗轨道为2.02天的$m\sin i = 2.5 \pm 0.5 M_\oplus$系外行星一致。凌日系外行星勘测卫星（TESS）的精确测光显示没有耀斑或活动特征，与静止的M矮星一致。虽然在TESS数据中没有检测到行星凌日，但在$\sim2$日周期的测光中可以检测到弱的光度调制。这种用多普勒径向速度技术对候选行星信号的独立探测进一步增加了在无线电波长上首次探测到恒星-系外行星相互作用的权利，并有助于验证这种用于探测系外行星的新兴技术。
2021-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Analogous response of temperate terrestrial exoplanets and Earth's climate dynamics to greenhouse gas supplement
本文通过ExoCAM和CMIP6模拟对比TRAPPIST-1e与地球，发现CO2补充在非受照区域引发类似放大增温并改变全球环流，同时增加近地表稳定性、降低低气压稳定性，揭示两类行星气候动力学对温室气体补充具有一致的相对响应。
2023-07-05 astro-ph.EP physics.ao-ph
The atmospheric circulation and climate of terrestrial planets orbiting Sun-like and M-dwarf stars over a broad range of planetary parameters
最近发现的温带类地行星绕附近的恒星和承诺的特点，其大气激发了需要了解的多样性可能的行星参数如何影响气候的类地行星。在这项工作中，我们调查的大气环流和气候的类太阳和M-矮星的类地系外行星的轨道上广泛的可能的行星参数，包括行星自转周期，表面压力，入射恒星通量，表面重力，行星半径和云粒子大小。我们这样做使用的大气环流模式（GCM），其中包括非灰色辐射转移和云的影响。从这套模拟的结果一般表现出定性相似的依赖关系的环流和气候的行星参数作为理想化的GCM，与定量的差异，由于包括额外的模型物理。值得注意的是，我们发现有效云粒子大小是一个关键的未知参数，可以极大地影响类地系外行星的气候。我们证实了低和高白昼侧云覆盖率的同步旋转的类地行星旋转周期增加之间的过渡。我们确定，这种云的过渡是由于涡驱动的收敛附近的亚恒星点，不应该是参数化依赖。最后，我们计算全相位光变曲线从我们的模拟行星绕M-矮星，发现改变入射恒星通量和旋转周期影响可观察到的属性的类地系外行星。我们的GCM结果可以指导对未来太空望远镜观测到的广泛可能的类地系外行星的行星气候的预期。
2019-02-08 astro-ph.EP
Optical Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet LHS 3844b from 13 Ground-Based Transit Observations
对光谱可及的类地系外行星的大气研究为这些世界和太阳系类地行星之间的比较行星学奠定了基础。LHS 3844 b是一颗高辐射的类地系外行星（R=1.303+/-0.022R_Earth），绕着一颗距离地球15秒差距的中M矮星运行。基于近红外斯皮策相位曲线的工作排除了这颗行星上表面压力>/=10巴的大气。我们提出了13个凌日观测LHS 3844 b采取的麦哲伦粘土望远镜和LDSS 3C多目标光谱仪覆盖620-1020 nm。我们使用高斯过程回归分别分析了13个数据集，并提出了白色和光谱光曲线。在组合白光曲线中，当合并到10分钟时，我们实现了65 ppm的RMS精度。（Rp/Rs）^2的平均白光曲线值为0.4170+/-0.0046%。为了构建透射光谱，我们将白光曲线分成20个分光光度带，每个带跨度为20 nm，并计算每个带的（Rp/Rs）^2的平均值。我们比较了两套大气模型的透射谱。我们不赞成一个清晰的，太阳组成的大气（mu=2.34）与表面压力>/=0.1巴至5.2西格玛的信心。我们不赞成表面压力>/=0.1 bar至低置信度（2.9-sigma）的透明H2O蒸汽气氛（mu=18）。我们观察到的透射光谱倾向于一条平线。对于表面压力>/=1 bar的太阳成分大气，我们排除了云顶压力为0.1 bar（5.3-sigma）的云，但我们无法解决低压下的高空云。我们的研究结果进一步证明LHS 3…
2020-08-12 astro-ph.EP
Ground-based Optical Transmission Spectroscopy of the Nearby Terrestrial Exoplanet LTT 1445Ab
附近的M矮星系统目前为地球系外行星大气的光谱研究提供了最有利的机会。LTT~1445系统是一个由三颗M矮星组成的等级系统，有两颗已知的行星围绕着主星LTT~ 1445 A。利用Magellan II/LDSS 3C对LTT~ 1445 Ab（$R=1.3$ R $_\oplus$，$M=2.9$ M $_\oplus$）进行了低分辨率观测。我们使用LTT~ 1445 BC对的组合通量作为比较星，这标志着第一次使用M矮星从另一个M矮星的时间序列观测中去除大地变化。我们在LTT~ 1445 B和C的辐射中都发现了H $α$，在LTT~ 1445 C的一个数据集中也发现了耀斑。这些受污染的数据将从分析中删除。我们建立了LTT~（1445）Ab在620- 1020 nm的宽带渡越光曲线。在3分钟的时间段内，我们实现了49 ppm的组合宽带光变曲线的均方根。我们构建了一个透射光谱与20个分光光度箱，每个跨度20纳米，并将其与模型的清晰，1 $\times$太阳能组成的气氛。我们排除了表面压力为10 bar（$3.2 σ$置信度）和表面压力为1 bar（$3.1 σ$置信度）的大气情况。即将进行的LTT~ 1445 Ab的二次日食观测将进一步探索高平均分子量大气，雾或多云大气，或根本没有大气的情况。
2023-02-25 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
The influence of bulk composition on long-term interior-atmosphere evolution of terrestrial exoplanets
目的：类地行星的次级大气层是在地质时期与内部相互作用的结果而形成和演变的。我们的目标是量化的影响，行星的整体组成的内部-地球大小的类地行星的大气演化，以帮助解释未来的观测地球系外行星的大气。研究方法：我们使用的地球化学模型，以确定主要元素组成的行星内部（MgO，FeO和SiO2）的岩浆海洋结晶后，行星形成，预测的组成配置文件的内部作为我们的长期热演化模型的初始条件。我们的一维演化模型预测的压力-温度结构的内部，我们用来评估近表面的熔体生产和随后的挥发性放气。挥发物根据质量守恒在内部和大气之间交换。结果如下：基于Hypatia目录中报告的恒星组成，我们预测大约一半的岩石系外行星具有作为单层对流（全地幔对流）的地幔，另一半由于存在中地幔成分边界而表现出双层对流。双层对流是更有可能的行星与高块体行星铁含量和低镁/硅比。我们发现，低Mg/Si比的行星往往冷却缓慢，因为它们的地幔粘度高。因此，低Mg/Si的行星也倾向于通过广泛的熔化迅速失去挥发物。此外，岩石圈的动力学机制（板块构造与停滞盖）对热演化和挥发物循环具有一级影响。这些结果表明，地球外行星大气的组成可以提供信息的动力学制度的岩石圈和内部的热化学演化。
2020-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
New Frontiers for Terrestrial-sized to Neptune-sized Exoplanets In the Era of Extremely Large Telescopes
调查显示，类地到海王星大小的行星（1 $< R <$ 4 R $_{\rm{Earth}}$）是我们银河系中最常见的行星类型。探测和描述这些围绕附近恒星的小行星是理解系外行星多样性的关键，并将最终解决宇宙中生命无处不在的问题。以下基本问题将推动未来十年及以后的研究：（1）作为恒星质量的函数，类地行星到海王星大小的行星在其宿主恒星的几个天文单位内有多常见？(2)行星的组成如何取决于行星的质量、轨道半径和宿主恒星的性质？(3)最近的世界的能量收支、大气动力学和气候是什么？解决这些问题需要：a）衍射限制的空间分辨率; b）稳定性和可实现的对比度由自适应光学提供;和c）超大望远镜（ELT）的聚光能力，以及多波长观测和全面的美国ELT计划实现的全天覆盖。在这里，我们提供了一个挑战的概述，并成功的承诺，在检测和全面表征周围的小世界非常接近太阳的恒星与ELTs。本白皮书扩展和补充了国家科学院关于系外行星科学战略和天体生物学战略的报告中发表的发现和建议中的材料，以寻找宇宙中的生命。
2019-03-18 astro-ph.EP
Clouds can enhance direct imaging detection of O2 and O3 on terrestrial exoplanets
本研究利用 PSG 模拟并结合 CARMA 云模型，评估云层对 HWO 直接成像探测类地系外行星 O2 与 O3 的影响，发现低云在多种情景下通常提升其 SNR。
2025-05-12 astro-ph.EP
New Worlds: Evaluating terrestrial planets as astrophysical objects
类地系外行星即将加入天文学可访问对象的行列。解释它们的可观测特征，并为仪器设计和使用提供信息，将取决于在广泛的配置和气候强迫下成功模拟这些行星的能力。一个分层的方法，解决基本行为以及更复杂，具体的情况是至关重要的，这方面的努力，并在这里提出。扩展以地球为中心的知识和持续的跨学科工作将是至关重要的，但最终必须鼓励对类地系外行星的天体物理学研究发展成为自己的领域。
2009-02-16 astro-ph.EP
Solid grains ejected from terrestrial exoplanets as a probe of the abundance of life in the Milky Way
本文提出通过收集系外行星小行星撞击喷射至太阳系的约1 $μ$m固体微粒来探测生命，预计每年约 $10^5$ 颗此类微粒抵达地球，可通过太空探测器或极地冰层提取以寻找生物特征。
2023-02-10 astro-ph.EP astro-ph.GA q-bio.PE
Atmospheric Beacons of Life from Exoplanets Around G and K Stars
目前，开普勒任务、哈勃太空望远镜和大型地面望远镜对数千颗太阳系外行星的探测和定性爆炸式增长，开启了寻找具有适合维持生命的条件的类似地球的系外行星的新时代。随着更多地球大小的系外行星在不久的将来被发现，我们很快就有机会确定可居住的世界。以我们目前的能力可以探测到哪些来自可居住行星的大气生物特征气体？从富含氮氧的地球型系外行星探测常见的生物特征，包括分子氧（O2）、臭氧（O3）、水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和甲烷（CH 4），需要用最大的太空望远镜进行数天的积分时间，因此对目前的仪器来说非常具有挑战性。在本文中，我们建议使用强大的发射从旋转振动带的一氧化氮，羟基和分子氧作为签名的氮，氧，和水丰富的大气的地球型系外行星突出的磁性活动，从年轻的G和K主序星。来自这些生命的基本化学先决条件的信号，我们称之为生命的大气信标，创造了一个独特的机会，可以在即将到来的NASA任务中对地球大小的系外行星进行直接成像观测，具有高信噪比和低光谱分辨率。
2018-01-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Upper atmosphere dynamics and drivers of volatiles loss from terrestrial-type (exo)planets
Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院）；University of Bern（伯尔尼大学）；NASA Goddard Institute for Space Studies（美国宇航局戈达德太空研究所）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université de Toulouse/CNRS/CNES（天体物理与行星学研究 institute，图卢兹大学/CNRS/CNES）；Center for Space Research and Technology, Academy of Athens（雅典科学院空间研究与技术中心）；INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）；Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；International Space Science Institute（国际空间科学研究所）；Swedish Institute of Space Physics（瑞典空间物理研究所）；Res
研究类地行星上层大气中挥发物损失的动力学及外星系行星中挥发物损失的驱动因素。
2026-02-17 astro-ph.EP
A dynamical study on the habitability of terrestrial exoplanets I: Tidally evolved planet-satellite pairs
本文研究了类地月系统在4.5 Gyr潮汐演化后，在不同卫星质量和初始行星质量的情况下，系统的质量和自转周期，并讨论了它们与行星适居性的关系。我们发现了三种可能的结果：i）系统仍在进化，ii）系统是双同步的，或者iii）卫星与行星相撞。情况i）和ii）之间的转变是突然的，并且发生在卫星质量（$m_s \sim 0.02m_p$）略大于月球质量时。我们认为情况ii）和iii）比情况i）更不适合居住。利用巨型撞击和卫星吸积模型的结果，我们发现，模拟我们自己的旋转周期$12 < P_p < 48$ h和当前行星的行星度$\varepsilon_p < 40^\circ$或$\varepsilon_p > 140^\circ$的系统只代表14%的可能结果。Elser等人（2011）得出结论，一颗类地行星拥有一颗重卫星的概率为13%。综合这些结果，我们可以得出结论，最终形成一个像我们这样的系统的概率大约是2%。
2012-10-05 astro-ph.EP
Effects of UV stellar spectral uncertainty on the chemistry of terrestrial atmospheres
即将部署的JWST将大大提高我们表征系外行星大气的能力，无论是在精度还是对较小和较冷行星的敏感性方面。不平衡的化学过程在这些较冷的大气中占主导地位，需要对这种环境进行精确的光化学建模。宿主恒星的紫外光谱是这些模型的关键输入，但大多数系外行星宿主缺乏紫外观测。对于主机UV光谱不可用的情况，需要使用重建或代理光谱代替。在这项研究中，我们使用MUSCLES目录和紫外线缩放关系来了解重建的宿主星光谱如何使用真实的紫外线观测来重现光化学模拟的大气。我们专注于两种情况下，一个现代的地球一样的大气层和太古代地球一样的大气层，形成丰富的碳氢化合物雾。我们发现，现代地球一样的环境是很好地再现与紫外线重建，而朦胧（太古代地球）的大气遭受的变化在可观察的水平。具体来说，恒星的紫外线发射谱线和紫外线连续显着影响我们模拟的太古代大气中的化学状态和烟雾的生产，导致在其透射光谱可观察到的差异。我们的模拟结果表明，需要对单个系外行星宿主恒星进行紫外观测，以准确表征和预测朦胧的地球大气的透射光谱。在没有紫外数据的情况下，考虑到紫外发射谱线和连续谱的重建光谱是下一个最佳选择，尽管以建模精度为代价。
2022-01-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Interferometric Space Missions for the Search for Terrestrial Exoplanets: Requirements on the Rejection Ratio
讨论了研究类地系外行星的空间任务的要求。然后，我们调查是否这样的任务，特别是达尔文调零干涉仪的设计，可以在一个简化的情况下进行。这里的关键因素是接受更高水平的恒星泄漏。我们建立了详细的要求，从任务的科学原理，并计算详细的参数，为实现这些要求所需的恒星抑制。我们利用达尔文输入目录来做这件事。在该样本中，大多数目标的主要噪声源对于所有目标基本上是恒定的，而泄漏随着距离的平方而减小。这意味着恒星泄漏仅对附近恒星的积分时间有影响，而对于更远的目标，其影响显着降低。我们评估不同的阵列配置和调零配置文件的影响，并确定恒星的检测效率可以最大化。
2006-06-30 astro-ph astro-ph.EP astro-ph.IM
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
