High-fidelity reaction kinetic modeling of hot-Jupiter atmospheres incorporating thermal and UV photochemistry enhanced by metastable CO(a3Pi)
本研究使用自动机理生成器构建纳入 CO(a³Π) 增强紫外光化学的热木星大气高保真反应动力学模型，揭示 Lyman-α 光化学反应对 CH4、H2O 和 CO2 生成的增强作用及高温主导机制。
2023-02-20 astro-ph.EP physics.chem-ph
A 3D model simulation of hydrogen chloride photochemistry on Mars: Comparison with satellite data
本研究将非均相氯化学纳入火星3D光化学模型，成功重现了MY 34和35期间卫星观测的HCl时空变化，证实非均相化学对描述HCl损失至关重要。
2025-06-23 astro-ph.EP physics.chem-ph
Atmospheric Sulfur Photochemistry on Hot Jupiters
我们开发了一个新的一维光化学动力学代码，以解决平流层的化学和平流层加热在炎热的夏季。在这里，我们解决光学活性含S物种和CO2在1200 <T <2000 K。HS（巯基）和S2是由H2S光化学和热化学生成的高反应性物质，峰值丰度在1 - 10 mbar之间。S2吸收240~340 nm的紫外光，在T> 1200 K时金属度[SH]> 0时光学厚度较大。HS可能比S2更重要，因为在热木星的条件下，它通常比S2更丰富，并且它吸收的波长更红。我们使用分子理论来计算HS吸收光谱从稀疏的可用数据，并发现HS应强烈吸收之间的300和460 nm，在较长波长的吸收温度敏感。当这两种吸收体结合在一起时，辐射加热（每千克气体）的峰值为100微巴，对于一颗在0.032天文单位处绕着太阳双星轨道运行的类木行星来说，平流层总加热量约为8 x 10^4 W/m^2。总加热量对金属丰度不敏感。CO2混合比是金属丰度的一个良好的二次函数，当-0.3 <[M/H]<1.7时，其范围为1.6 x 10 ^-8~1.6 x 10 ^-4。CO2对日照、垂直混合、温度（1200 <T <2000 K）和重力不敏感。光化学计算证实，CO2应该证明是行星金属丰度的有用探针。
2009-06-26 astro-ph.EP
Extreme ultraviolet and X-ray driven photochemistry of gaseous exoplanets
系外行星与其宿主恒星的相互作用导致了体积和大气成分以及物理和化学条件的巨大差异。恒星辐射，特别是较短波长的辐射，驱动着近轨道气态巨星的上层大气中的化学物质，使其严重偏离平衡。在这项研究中，我们的目标是揭示在不同的光谱波段的光子对大气化学，特别是由X射线诱导的分子合成所造成的影响。这项任务特别困难，因为化学演化的特征来自于广泛的时间尺度上的许多反馈，并且因为恒星光谱的不同部分之间存在相关性。大气成分的弱X射线光吸收截面将气体电离提升到真空和极紫外光子无法达到的压力。虽然X射线优先与金属相互作用，但它们产生次级电子级联，能够有效地吸收氢和氦，从而产生独特的化学性质。
2021-12-07 astro-ph.EP astro-ph.HE
Sulfur photochemistry observationally traces mantle redox states of rocky planets
University of Groningen（格罗宁根大学）；Academia Sinica（中央研究院）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究不同类型岩石行星中，脱气与光化学如何共同决定大气组成。通过耦合PROTEUS框架与化学模型模拟，发现大气组成受地幔氧化还原状态和脱气历史控制，光化学影响高层大气，其产生的SO2特征可被JWST探测，为观测提供方向。
2026-07-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
Chemistry under EUV Irradiation of H$_2$-CO-N$_2$ Gas Mixtures: Implications for Photochemistry in the Outer CSE of Evolved Stars
恒星的星周包层（CSE）是复杂的化学物体，理论模型在阐述发生的化学过程的全面概述时遇到困难。随着光解离，离子-中性反应和解离复合可能发挥重要作用，在控制分子生长的外部CSE。这项工作的目的是提供实验见解的光化学驱动的分子生长的外部CSE内的路径，绘制这些分子丰富的环境中发生的化学过程的更完整的图片。因此，通过将相关气体混合物暴露于极紫外（EUV）光子源的气相实验，在实验室中再现了简化的CSE环境。这种光化学反应器最终将使我们能够研究在类似于外部CSE的条件下发生的化学过程及其产生的产物。我们使用最近开发的EUV灯耦合到APSIS光化学电池照射CSE相关的气体混合物的H $_2$，CO和N $_2$，在一个波长，73.6 nm。通过中性和阳离子分子的原位质谱分析实现了光化学反应器中化学物种的检测和鉴定。我们发现，暴露CO-N $_2$ -H $_2$气体混合物在73.6 nm的EUV光子诱导光化学反应，产生复杂的，中性和离子物种的形成。我们的工作表明，N $_2$ H $^+$可以通过光化学与高含氧离子分子如HCO $^+$一起在CSE环境中形成。我们还观察到中性富氮有机物种，包括三唑和芳香族分子。这些结果证实了我们的实验设置调查光化学反应的适用性，并提供了基本的见解，在外部CSE的分子生长的机制。
2022-12-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Nitrogen as a Tracer of Giant Planet Formation. II.: Comprehensive Study of Nitrogen Photochemistry and Implications for Observing NH3 and HCN in Transmission and Emission Spectra
本研究利用 VULCAN 光化学模型与半解析框架，明确 NH3 可观测丰度与大气总氮丰度的适用条件，并预测 JWST 在 400–1000 K 巨行星上探测 NH3 的最佳光谱窗口。
2023-10-02 astro-ph.EP
Photochemistry of Anoxic Abiotic Habitable Planet Atmospheres: Impact of New H$_2$O Cross-Sections
我们提出了一个研究的非生物适居行星与缺氧的CO $_2$ -N $_2$大气的光化学。这些世界是早期地球、火星和金星以及类似系外行星的代表。H $_2$ O光解离通过产生活性OH控制这些世界的大气光化学，这主导了大气痕量气体的去除。近紫外（NUV; H $>200$的吸收截面在OH的产生中起着巨大的作用;这些截面迄今为止在可居住温度（$<373$ K）下还没有测量过。我们提出的第一次测量NUV H $_2$ O吸收在$292$ K，并表明它吸收的数量级比以前假设的。为了探索这些新的截面的影响，我们采用了光化学模型，我们首先相互比较它与其他两个和解决过去的文献分歧。由于这些更高的截面，OH的产生增强，导致CO和O $_2$的有效重组，相对于过去的预测，抑制了两个数量级，并消除了O $_2$作为太阳型恒星周围生物特征的低释气“假阳性”情况。增强的[OH]增加了还原剂到表面的雨出，与前生物化学有关，也可能抑制CH $_4$和H $_2$ ;后者取决于还原剂的埋藏是否被抑制在下面的行星上，就像非生物世界所争论的那样。虽然我们专注于CO $_2$丰富的世界，我们的结果是相关的缺氧行星一般。总的来说，我们的工作通过提供关键的新H $_2$ O截面和解决文献中过去的分歧来推进光化学模型的最新发展，并表明在岩石系外行星大气中检测光谱活性痕量气体（如CO）可能比以前考虑的更具挑战性。
2020-05-22 astro-ph.EP
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
Atmospheric circulation, chemistry, and infrared spectra of Titan-like exoplanets around different stellar types
随着越来越小、越来越冷的系外行星的发现，必须越来越多地考虑具有朦胧大气层的类地世界。我们太阳系的泰坦是一颗典型的朦胧行星，其大气层可能代表了我们银河系中大量的行星。作为表征这样的世界的一步，我们模拟了类似泰坦的系外行星，但轨道上有三个不同的恒星宿主：G-，K-和M-矮星。我们使用大气环流和光化学模型来探索这些泰坦类行星在不同的恒星光谱下的环流和化学，在所有情况下，假设泰坦类的日射。由于大气霾强烈吸收可见光，较红的辐射伴随着较晚的恒星类型产生更多的等温平流层，在毫巴压力下更强的纬向温度梯度，以及更深更强的纬向风。在所有的情况下，行星的大气层都是强烈的超旋转，但是在更红的星光下，高空的日冕环流圈更弱。碳氢化合物和腈类物质的光化学随恒星光谱而变化，FUV/NUV通量比的变化起着重要作用。我们的研究结果初步表明，在所有三个主机下，柱雾的产生率可能是相似的，这意味着许多不同恒星周围的行星可能具有与土卫六大气相似的特征。最后，我们提出了理论发射光谱。总的来说，我们的研究表明，尽管存在重要和微妙的差异，但类泰坦系外行星的循环和化学对宿主恒星的差异相对不敏感。这些发现可能会进一步探索未来的空间设施，如WFIRST，LUVOIR，HabEx和OST。
2017-12-11 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
Photochemistry and Spectral Characterization of Temperate and Gas-Rich Exoplanets
太阳系外行星的恒星辐照度大约等于或小于地球的恒星辐照度已经被发现，其中许多行星都适合进行光谱表征。在这里，我们专注于温带行星，有大量的H2占主导地位的大气，并跟踪的化学反应和运输后的H2O，CH 4，NH3，和H2S的光解，与K2-18 b，PH 2 b和开普勒-167 e代表温带/冷行星周围的M和G/K恒星。我们发现，NH3可能是耗尽的光分解的云甲板上的行星周围的G/K星，但保持完整的中间大气层的行星周围的M星。在温带行星上的一个常见现象是，在CH 4存在下，NH3的光解导致HCN作为主要的光化学产物。CH_4与H_2O一起光解生成CO和CO_2，烃类的合成受到抑制。具有超太阳大气金属丰度和可观内部热量的温带行星可能含有来自内部的额外CO和CO2以及较少的NH3，从而较少的HCN。我们的K2-18 b模型可以解释哈勃测量的透射光谱，并表明未来在0.5-5.0 μ m的观测将提供检测平衡气体CH 4，H2O和NH 3，光化学气体HCN以及CO2的灵敏度。因此，温带和富含H2的系外行星是大气化学的实验室，在太阳系中没有发现的制度下运行，这些行星在过境或反射星光时的光谱特征有望大大扩展在系外行星大气中检测到的分子类型。
2021-08-10 astro-ph.EP
Influence of C/O Ratio on Hot Jupiter Atmospheric Chemistry
我们已经进行了实验室实验，研究热木星大气中的化学成分，C/O比为0.35。我们已经比较了我们的结果与以前获得的大气中的C/O比为1的光化学有机气溶胶的化学和形成的C/O比的影响。我们发现，C/O比和气体混合物的组成强烈影响负责CO2的形成的途径。热化学反应是低C/O比大气中CO2形成的主要原因，而光化学反应是高C/O比大气中的主要过程，即使两种情况下的最终CO2浓度相同。我们的研究结果表明，低C/O气氛中的热化学平衡含有较高的水丰度，而高C/O气氛中的水显着耗尽。然而，在低C/O气氛中，水丰度不受UV光解的影响，而我们以前的工作表明，在高C/O比气氛中可以产生大量的水。水生产的这种对比表明，在解释系外行星过境光谱时，应考虑光化学。最后，我们没有观察到在低C/O大气中形成可检测量的非挥发性光化学气溶胶，与我们以前的研究相反。我们推断，对于C/O比< 1，水可能会抑制有机物的生长和气溶胶的形成，这表明光化学有机气溶胶可能会在行星中观察到，与它们的宿主恒星相比，这些行星呈现出碳富集。
2022-04-14 astro-ph.EP
UV Surface Environments and Atmospheres of Earth-like Planets Orbiting White Dwarfs
围绕白矮星运行的类地系外行星将暴露在与地球不同的紫外线环境中，影响其大气光化学和紫外线表面环境。使用耦合的1D气候光化学代码，我们模拟大气中的类地行星的可居住区的白矮星的地面温度在6000 K和4000 K之间，对应于约70亿年的白矮星演化，以及讨论行星模型的演变过程中的宜居带。
2018-06-28 astro-ph.EP
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
Disequilibrium Carbon, Oxygen, and Nitrogen Chemistry in the Atmospheres of HD 189733b and HD 209458b
我们建立了系外行星HD 189733 b和HD 209458 b的一维光化学和热化学动力学及扩散模型，研究了化学不平衡对“热彗星”大气成分的影响。“在这里，我们研究了中性碳，氢，氧和氮物种的耦合化学，并将模型结果与现有的过境和日食观测结果进行了比较。我们发现，垂直剖面的分子成分的运输诱导的淬火和光化学的显着影响，特别是在较冷的HD 189733 b;然而，温暖的平流层温度HD 209458 b可以帮助维持热化学平衡，减少不平衡化学的影响。对于这两个行星，甲烷和氨的摩尔分数被发现是增强其平衡值在几巴的压力小于一毫巴，由于运输诱导淬火，但甲烷和氨在较高的海拔光化学去除。原子种类，不饱和烃（特别是C2 H2），一些腈（特别是HCN），和自由基如OH，CH 3和NH 2是增强的非平衡预测，因为淬灭和光化学。相比之下，CO、H2O、N2和CO2更接近于它们的平衡分布，除了在压力< 1微巴时，CO、H2O和N2被光化学破坏，而CO2在其最终的高空破坏之前产生。特别是HCN、CH 4和NH3的丰度增加，预计会影响HD 189733 b和其他相对较冷的近距离凌日系外行星的光谱特征和热分布。我们检查我们的结果的敏感性，假设的温度结构和涡扩散系数，并讨论这些模型的进一步观测结果。
2011-05-16 astro-ph.EP
Chemical Tracers for 3D Atmospheric Asymmetries on WASP-69 b
Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）；Institute for Theoretical and Computational Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学理论与计算物理研究所）；Space Research and Planetary Sciences, Physics Institute, University of Bern（伯尔尼大学物理学院空间研究与行星科学系）；Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）
本研究以WASP-69b为对象，结合三维环流模型与一维光化学模型，揭示CH4、SO2、CO2的空间变化特征，发现三维化学不对称性会影响透射光谱的解释，强调需考虑大气三维结构。
2026-08-13 astro-ph.EP
Atmospheric chemistry on Uranus and Neptune
相对而言，我们对天王星和海王星的大气化学知之甚少，因为对这些寒冷、遥远的“冰巨人”进行远程光谱观测是一项挑战，而且每颗行星在20世纪80年代的短暂飞越中只被一艘航天器访问过。预计热化学平衡将控制这两颗行星大气层较深、较热区域的成分，但不平衡的化学过程，如运输引起的淬灭和光化学，会改变可以远程探测的高层大气区域的成分。两颗行星之间不平衡化学产品丰度的惊人差异表明大气传输存在显着差异。天王星和海王星的大气成分可以为解开行星形成和演化的细节提供关键线索，但前提是完全理解大气成分在三维意义上的变化方式和原因，以及来自行星外部的物质如何影响观测到的丰度。未来的任务规划应该考虑到关于天王星和海王星的大气化学仍然没有答案的关键未决问题，特别是那些与行星形成和演化有关的问题，以及那些解决在我们的太阳系内外的冰巨人上运行的复杂的耦合大气过程的问题。
2020-06-19 astro-ph.EP
Proposed energy-metabolisms cannot explain the atmospheric chemistry of Venus
金星云层中的生命，如果数量足够多，一定会影响大气化学。据推测，丰富的金星生命可以通过三种可能的硫能量代谢从环境中获得能量。这些新陈代谢增加了金星神秘的云层SO $_2$ -耗尽是由生命引起的可能性。我们在这里耦合每一个建议的能量代谢的光化学动力学代码和自相一致的预测金星的大气组成的情况下，生活产生所观察到的SO $_2$ -耗尽。使用这种光-生物-化学动力学代码，我们表明，所有三种代谢都可以产生SO $_2$ -耗尽，但这样做违反了其他观测约束金星的大气化学。我们计算的最大可能的生物量密度的硫代谢生命在云，违反观测约束之前，是$\sim10^{-5}\,-\,10^{-3}\,{\rm mg\,m^{-3}}$。所采用的方法同样适用于类金星系外行星上的空中生物圈，这些行星在不久的将来最适合进行大气表征。
2022-06-13 astro-ph.EP
Stellar control on atmospheric carbon chemistry, CO runaway, and organic synthesis on lifeless Earth-like planets
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；National Institute for Environmental Studies（国立环境研究所）
研究恒星类型和轨道距离对无生命地球类行星大气碳化学的影响，揭示CO失控和有机合成的关键因素。
2026-01-09 astro-ph.EP
Gas Phase Chemistry of Cool Exoplanet Atmospheres: Insight from Laboratory Simulations
恒星紫外线通量引起的光化学反应应该会在系外行星大气中产生薄雾颗粒。最近的观测表明，系外行星的大气层中存在薄雾和/或云层。然而，行星外大气中的光化学过程在很大程度上仍然未知。我们用PHAZER室进行了实验室实验，以模拟在一系列系外行星大气（富氢，富水和富二氧化碳，在300，400和600 K）中形成的霾，并观察气相组成的变化（初始气体的破坏和新气体物种的形成）在这些实验中与质谱仪。质谱显示，不同的化学过程发生在实验中作为不同的初始气体混合物和不同的能源（等离子体或UV光子）的函数。我们发现，有机气体产品和O2的光化学产生的实验中，表明光化学生产是这些潜在的生物签名的非生物来源之一。多个模拟大气同时产生有机物和O2，这表明即使有机物和O2的共同存在也可能是假阳性生物特征。从气相组成的变化，我们确定了潜在的前体（C2 H2，HCN，CH 2NH，HCHO等）。对于雾的形成，其中可以发生复杂的反应并产生更大的分子。我们的实验室结果表明，复杂的大气光化学可能发生在不同的系外行星大气中，并导致新的气体产物和烟雾颗粒的形成，包括可能被错误地识别为生物特征的化合物（O2和有机物）。
2018-12-17 astro-ph.EP
Photochemistry of Venus-Like Planets Orbiting K- and M-Dwarf Stars
与系外行星的多样性相比，金星是地球的一个名副其实的天体物理双胞胎，但它的全球云层截断了透射光谱的特征，掩盖了它的非地球性质。因此，能够区分金星外和地球外的观测指标必须在云层之上存在。云上的大气主要由光化学作用所控制，光化学作用取决于主星的光谱，因此在恒星系统之间会发生变化。我们探索的系统性变化的光化学类金星系外行星绕K-矮星或M-矮星宿主恒星的云，使用最近验证的模型的完整的金星大气层（0-115公里）和恒星光谱从MUSCLES财政部调查。SO2、OCS和H2S是类金星行星中的关键气体种类，它们在类地球行星中不存在，因此如果它们的大气丰度足够高，可以作为观测判别。我们发现，SO2，OCS和H2S都生存在云层上方时，最冷的K-矮星和所有7个M-矮星的照射，而这些物种是严重的光化学消耗以上的金星的云层。形成云层的硫酸分子的产生量随着恒星有效温度的降低而减少。随着恒星有效温度的降低，稳态光化学氧和臭氧的形成减少，氯催化反应循环的影响减少，有利于HOx和SOx催化循环。我们的结论是，微量硫气体将是主要的观测指标金星类系外行星周围的M-矮星的主机恒星，可能能够区分一个exo-Venus从exo-Earth。
2021-08-12 astro-ph.EP
Sulfur-driven Haze Formation in Warm CO2-rich Exoplanet Atmospheres
含硫气体对太阳系中行星大气的光化学有着重要影响，并被认为是系外行星大气的重要组成部分。然而，由于缺乏相关条件下硫物质的化学动力学信息，对系外行星背景下的硫光化学知之甚少。在这里，我们研究的光化学作用的硫化氢（H2S）在温暖的富含CO2的系外行星大气（800 K）进行实验室模拟。我们发现，H2S在光化学中起着重要的作用，即使在大气中的浓度相对较低（1.6%）。它参与气相和固相化学，导致其他含硫气体产物（CH 3SH/SO、C2 H4 S/OCS、SO2/S2和CS2）的形成，并导致固体混浊颗粒产生和组成复杂性的增加。我们的研究表明，我们可能会期望更厚的薄雾与小颗粒尺寸（20至140纳米）的温暖的富含CO2的系外行星大气中含有H2S。
2020-04-06 astro-ph.EP
Photochemistry in hot H2-dominated exoplanet atmospheres
光化学有可能对系外行星的大气成分产生重大影响，从而对大气的辐射转移、热结构和动力学产生影响，特别是在紫外线丰富的恒星环境中。在这里，我们提出了第一个实验室实验模拟的结果，在高温下的富碳系外行星大气中的光化学。用红外光谱和质谱定量监测气相分子组成的演变。我们发现，H2/CO气体组成可以显着改变从热平衡组成时，在温度范围从600 K到1500 K的莱曼α光子照射。二氧化碳和水被认为是由光解引起的主要产物，而甲烷的形成也在较小程度上被观察到。我们发现，光化学效率是强烈相关的温度升高。我们的发现是，在超级太阳C/O=1的环境中，光化学可以有效地产生水，这代表了相对于太阳值C/O比= 0.54的C增强，这对许多系外行星透射光谱的解释具有重要意义。我们还发现在1500 K和莱曼α紫外线辐射下形成有机固体冷凝物，证实了在热木星系外行星大气中形成光化学雾的可能性，与太阳相比，其C/O比增强。
2022-02-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Impact of Cometary 'impacts' on the Chemistry, Climate, and Spectra of Hot Jupiter Atmospheres
本研究通过参数化彗星撞击模型与大气模型ATMO耦合，发现即使小撞击体也能显著改变热木星大气化学，增强水、CO等丰度并清除碳氢化合物，可能影响C/O比与行星形成位置的关联。
2024-02-08 astro-ph.EP
Atmospheric Supply of Hydrogen Cyanide Is Not the Rate-limiting Step for Prebiotic Chemistry across Rocky Exoplanets
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Bern（伯尔尼大学）
研究通过大气化学模型比较了气态氢氰酸向温湿池的输送效率，发现其在类地行星上普遍高于陨石输送，且受C/O比、轨道半长轴等因素影响，但并非前生命化学反应的速率限制步骤。
2026-04-16 astro-ph.EP
Atmospheric Constraints on the Surface UV Environment of Mars at 3.9 Ga Relevant to Prebiotic Chemistry
最近的发现表明，火星可能是一个适合生命出现的环境，甚至可能在这方面比地球更有利。这些发现重新唤起了人们对一种假设的兴趣，即具有生命前重要性的分子甚至是新生生命可能是在火星上形成的，然后被转移到地球上。紫外线在生命前化学中起着关键作用。描述早期火星表面紫外线环境的特征是了解火星与地球相比如何作为生命前化学的关键。在这里，我们提出了两个流多层计算的紫外线表面辐射在火星上在3.9 Ga，以约束作为大气状态的函数的表面紫外线环境。我们探索了大范围的大气压力，温度和成分，对应于火星大气状态的多样性与可用的限制。我们包括云和灰尘的影响。我们计算剂量率，以量化不同的大气状态对紫外线敏感的益生元化学的影响。我们发现，对于标准的晴空CO2-H2O大气，年轻火星上的紫外线环境与年轻地球相当。这种相似性对中等云层覆盖是稳健的：厚云（$τ$ >100）需要显着影响火星的紫外线环境，因为云的吸收与大气中的CO2退化。另一方面，来自SO2、H2S和灰尘的吸收与CO2是非简并的，这意味着如果它们可以积累到高水平，表面紫外线通量将被抑制。这些吸收剂具有光谱可变吸收，这意味着它们的存在以不同的方式影响益生元途径。特别是，高SO2环境可能会承认紫外线通量，有利于途径有利于非生物发生的途径不利it. However，更好地测量这些途径的光谱量子产率，以评估这一假设明确。
2017-08-01 astro-ph.EP
Carbon Monoxide Affecting Planetary Atmospheric Chemistry
CO是许多N2/CH 4大气中的重要成分，包括土卫六，海卫一和冥王星，并且在许多系外行星的大气中也被检测到。在实验室中已经进行了许多实验模拟，以了解N2/CH 4气氛中的化学，但很少有模拟包括CO在初始气体混合物中。CO对这些大气中发生的化学反应的影响仍然知之甚少。在一系列行星大气模拟实验中，我们研究了CO对低温（~100 K）下气相和固相化学的影响，实验中使用了CO、CH 4和N2的混合气体，CO的混合比例为0.05%~ 5%。我们发现，CO影响的气相化学，密度，和固体的组成。具体地说，随着初始气体中CO的增加，气相中产生的H2减少，而H2O、HCN、C2 H5 N/HCNO和CO2增加，而固体的密度、氧含量和不饱和度增加。结果表明，CO对我们的实验中发生的化学反应有重要影响，因此在行星大气中也有重要影响。
2017-05-23 astro-ph.EP
PICASO 4.0: Clouds and Photochemistry in Climate Models of Brown Dwarfs and Exoplanets
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；SETI Institute（搜寻地外文明研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Dordt University（多尔特大学）；Space Science Institute（空间科学研究所）；University of Arizona（亚利桑那大学）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构）；California Institute of Technology（加州理工学院）
PICASO 4.0通过整合Virga进行自洽云模型、改进挥发性物种的雨出和冷 trapping 处理以及支持光化学，扩展了气候模型的模拟能力，以应对近期JWST观测揭示的非平衡化学和云现象。
2026-03-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Chemical Processes in Protoplanetary Disks II. On the importance of photochemistry and X-ray ionization
我们研究了光化学和X射线电离对一个典型金牛座T星周围的原行星盘的分子组成和电离分数的影响。我们使用一个复杂的物理模型，其中包括一个强大的处理紫外线和X射线辐射的辐射转移，并计算与时间相关的化学结构，使用一个全面的化学网络。在以前的工作中，我们近似的光化学和X射线电离，在这里，我们重新计算的光反应速率显式紫外波长光谱和波长依赖的反应截面。我们重新计算的X射线电离率使用我们明确的元素组成和X射线能谱。我们发现光化学比X射线电离对分子组成有更大的影响。可观察到的对光酸盐敏感的分子包括OH、HCO+、N2 H+、H2O、CO2和CH 3OH。唯一受X射线电离显著影响的分子是N2 H+，这表明在典型的金牛座T星盘系统中采用现有的X射线电离率近似值是安全的。重新计算光电流增加了外盘中性分子的丰度，凸显了考虑原行星盘紫外光谱形状的重要性。由于H/H2和C+/C比率的调整，光反应速率的重新计算也影响气相化学。光化学和X射线电离的计算方法对盘电离率的影响不显著。我们确定有一个可能的“死区”的吸积被抑制，目前在一个层，Z/R <~ 0.1 - 0.2，在磁盘中平面，在R \approx 200 AU。
2012-01-12 astro-ph.EP astro-ph.GA
Thermochemistry and Photochemistry in Cooler Hydrogen Dominated Extrasolar Planets: The Case of GJ436b
介绍了一种新的热化学动力学和光化学模型。我们使用高温双向反应速率进行重要的H、C、O和N反应（最重要的是CH $_4$到CO的相互转化），使我们能够在大气深处纯动力学地实现热化学平衡。这使得从头化学建模的整个大气，从深大气热化学平衡的光化学为主的制度。我们使用我们的模型来探索较冷的（$T_{eff} < 10^3$ K）太阳系外巨行星的大气化学。特别是，我们选择模拟附近的热海王星GJ 436 b，唯一的行星在这个温度制度，光谱测量和化学丰度的估计，现在存在。最近的{ \it Spitzer}测量与检索表明，甲烷被强烈驱动的平衡，并在GJ 436 b的向阳面深度耗尽，而淬灭的一氧化碳是丰富的。这是令人惊讶的，因为GJ 436 b是冷却器比许多严重照射热木星和热有利于CH $_4$，因此需要一个有效的机制来摧毁it. We包括现实的估计紫外线通量从母dM星GJ 436，约束直接光解和光敏耗尽CH $_4$。虽然我们的模型表明，在较冷的系外行星中，在一系列行星金属丰度范围内，可能存在相当丰富的不平衡条件，但我们无法产生CH $_4$大量破坏的条件。一种可能性是在0.01-1巴之间有大量的H原子（它们攻击CH $_4$）的异常来源，但我们还不能确定产生这些热原子的有效方法。
2011-08-03 astro-ph.EP
Modeling Atmospheric Alteration on Titan: Hydrodynamics and Shock-Induced Chemistry of Meteoroid Entry
本文使用Athena++和Cantera模拟流星体进入行星大气的三维非平衡化学过程，发现激波加热与冷却淬灭导致产物偏离平衡预测，并揭示该机制在早期土卫六大气HCN等分子供应中发挥了重要作用。
2025-07-14 astro-ph.EP
Earth-like exoplanets in spin-orbit resonances: climate dynamics, 3D atmospheric chemistry, and observational signatures
该研究利用三维耦合气候-化学模型模拟Proxima Centauri b在1:1与3:2自旋-轨道共振下的大气环流、臭氧和水汽变化，并提出可通过发射光谱相位差异区分共振状态。
2024-10-24 astro-ph.EP
The Effects of Consistent Chemical Kinetics Calculations on the Pressure-Temperature Profiles and Emission Spectra of Hot Jupiters
在这项工作中，我们调查的影响，计算非平衡化学丰度一致的温度结构的大气中的高辐射，接近气体巨系外行星。化学动力学模型在文献中被广泛用于研究热木星大气的化学成分，这些大气预计会通过垂直混合和光化学等过程被驱离化学平衡。迄今为止，所有这些模型都使用压力-温度（P-T）分布作为固定的模型输入。这导致化学与大气的辐射和热特性脱钩，尽管在自然界中它们是错综复杂地联系在一起的。我们使用一个一维的辐射对流平衡模型，ATMO，其中包括一个复杂的化学方案来计算P-T配置文件是完全符合非平衡化学丰度，包括垂直混合和光化学。我们的主要结论是，在强化学不平衡的情况下，一致的计算可以导致高达100 K的P-T曲线的差异相比，假设化学平衡的P-T曲线。这种温度变化反过来又会对化学丰度本身以及模拟的发射光谱产生重要影响。特别是，我们发现，执行化学动力学计算一致，可以减少非平衡化学的整体影响，可观察到的发射光谱的热闪烁。因此，从不一致的模型中得出的模拟观测结果可能会产生错误的解释。我们表明，这种行为是由于不一致的模型违反了大气的能量收支平衡。
2016-07-14 astro-ph.EP
Titan Atmospheric Chemistry Revealed by Low-temperature N2-CH4 Plasma Discharge Experiments
土卫六的N2-CH 4大气中的化学物质产生了复杂的有机气溶胶。化学过程和由此产生的有机化合物仍然远未被理解，尽管广泛的观察，实验室和理论模拟已经大大改善了土卫六大气层的物理和化学约束。在这里，我们进行了一系列的泰坦大气模拟实验与N2-CH 4气体混合物和调查的影响，初始CH 4的比例，压力和流量上的生产率和气体和固体产品的组成在泰坦的相关温度（100 K）的第一次。我们发现，气体和固体产物的生产率增加，增加甲烷比例。含氮物质具有比气体产物中的烃高得多的产率，并且固体产物的N-对-C比率与具有相同CH 4比率的先前等离子体模拟相比似乎是最高的。在低温模拟实验中，氮的掺入程度更大，这表明温度可能在土卫六寒冷大气中的氮掺入中发挥重要作用。我们还发现，H2是占主导地位的气体产品，并作为新的有机分子在实验中的生产率的指标，和CH 2NH可能大大有助于将碳和氮的固体颗粒。压力和流速影响气体混合物暴露于能源的时间量，并因此影响由等离子体放电引发的N2-CH 4化学，强调了能量通量在泰坦大气化学中的影响。
2022-09-22 astro-ph.EP
Atmospheric physics and Atmospheres of Solar-System bodies
本章第一部分从太阳系天体的例子出发，简要介绍了控制行星大气的物理原理。概述了碰撞区、平衡方程、流体静力学平衡和能量输送的概念。还进一步讨论了支配大气层起源和演变的主要驱动因素以及这些系统中发生的化学和物理变化，如光化学、气溶胶凝结和扩散。在第二部分中，提供了关于太阳系大气的概述，主要集中在对流层。也就是说，描述了与岩石行星（金星和火星）、气态和冰质巨星以及外太阳系较小的冰质天体的气溶胶发生、全球环流、气象学和热结构有关的现象。
2018-04-23 astro-ph.EP
A dry Venusian interior constrained by atmospheric chemistry
本研究通过计算 H₂O、CO₂ 和 OCS 的大气损耗及火山补给需求，推断金星内部干燥，火山气体水摩尔分数至多 6%，支持其从未存在长期地表液态水。
2024-12-02 astro-ph.EP
Three-dimensional transport-induced chemistry on temperate sub-Neptune K2-18b, Part II: the combined effects of atmospheric dynamics and chemical reactions
Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院大气与海洋科学系）；Department of Physics and Astronomy, Faculty of Environment, Science and Economy, University of Exeter（埃克塞特大学环境、科学与经济学院物理与天文系）
本研究利用三维环流模型模拟温带亚海王星K2-18b的大气动力学与化学反应的耦合效应，发现垂直输运显著改变化学结构，使CO₂和CO在上层大气中丰度增加，并提供了等效涡扩散系数Kzz以支持一维模型。
2026-04-23 astro-ph.EP
Chemical Kinetics on Extrasolar Planets
化学动力学在控制所有行星大气（包括太阳系外行星）的大气成分方面起着重要作用。对于最热的系外行星，其组成可以密切遵循热化学平衡预测，至少在日面（日食）条件下的可见光和红外光球中。然而，对于大气温度< ~2000 K，以及在任何温度下的最高层大气，化学动力学都很重要。动力学过程驱动系外行星大气层脱离平衡的两个关键机制是光化学和运输引起的猝灭。我们详细回顾这些不平衡过程，讨论观测结果，并检查一些目前的证据动力学过程的太阳系外行星。
2013-07-20 astro-ph.EP
Atmospheric Chemistry in Giant Planets, Brown Dwarfs, and Low-Mass Dwarf Stars III. Iron, Magnesium, and Silicon
我们使用热化学平衡计算模型铁，镁，硅化学在大气中的巨行星，棕矮星，太阳系外的巨行星（EGP），和低质量的恒星。个别Fe，Mg和Si的气体和冷凝物的行为被确定为温度，压力和金属丰度的函数。因此，我们的结果与任何特定的模型大气无关。铁金属的冷凝通过有效地从气相中除去含铁物质而强烈地影响铁化学。单原子铁是EGP和L矮星大气层中最丰富的含铁气体，也是巨行星和T矮星深层大气中最丰富的含铁气体。镁橄榄石（Mg2SiO4）和顽火辉石（MgSiO3）云的形成有效地从大气中去除了含镁和硅的气体。单原子镁是EGP和L矮星大气层中以及巨行星和T矮星深层大气中的主要镁气体。一氧化硅（SiO）是棕矮星和EGP深层大气中最丰富的含硅气体，而SiH4在木星和其他气体巨行星的深层大气中占主导地位。随着有效温度的降低，其他几种含Fe、Mg和Si的气体变得越来越重要。原则上，一些Fe、Mg和Si气体是亚恒星大气中天气或温度诊断的潜在示踪剂。
2010-01-20 astro-ph.EP
Evidence for disequilibrium chemistry from vertical mixing in hot Jupiter atmospheres. A comprehensive survey of transiting close-in gas giant exoplanets with warm-Spitzer/IRAC
[摘要]目的。本文利用Spitzer/IRAC在3.6和4.5 μ m波段的红外透射测光技术对49颗气态巨系外行星进行了大规模的大气研究。方法.我们使用自定义管道统一分析了33个过境行星的70个光度光变曲线，该管道实现了像素级去相关。我们利用这一调查来了解红外测光如何跟踪大气化学性质的变化作为行星温度的函数。我们比较我们的测量网格的一维辐射对流平衡向前大气模型，其中包括不平衡化学。我们探索了垂直混合的各种强度（Kzz = 0 - 10^12 cm 2/s）以及两种化学成分（1x和30 x太阳）。结果我们发现，平均而言，斯皮策探测器探测3.6和4.5微米之间的0.5大气尺度高度的差异，这是在7.5西格玛的显着性水平。我们发现，与预期相比，最冷的行星显示出甲烷的缺乏，这也是以前对单个物体的研究所报道的。我们发现，最冷行星的样本排除了1x太阳成分，置信度>3sigma，同时支持低垂直混合（Kzz = 10^8 cm 2/s）。另一方面，我们发现热行星最好用1x太阳金属丰度和高垂直混合（Kzz = 10^12 cm 2/s）的模型来解释。我们解释这是由于CH 4向大气上层的漂移。改变内部温度会改变对深层平衡化学的预期，因此对不平衡化学的预期会更高。我们还发现了一个显着的分散在传输签名的中温带和超热的行星，可能是由于增加了大气的多样性，而不需要调用更高的金属丰度。此外，我们比较斯皮策传输与排…
2021-03-12 astro-ph.EP
Linking atmospheric chemistry of the hot Jupiter HD 209458b to its formation location through infrared transmission and emission spectra
热彗星大气中碳、氮和氧的元素比例可能是它们在原恒星盘中形成位置的线索。在这项工作中，我们采用气相化学丰度的C，N和O从几个位置在光盘化学动力学模型的热木星HD 209458 b的信封的来源，并使用一维化学动力学模型，处理垂直混合和光化学演变的行星的大气成分。我们考虑两个大气压力-温度分布，一个有，一个没有热逆温。从每一个产生的32个大气成分配置文件，我们发现，分子CH 4，NH 3，HCN，和C2 H2是更突出的大气中使用一个现实的非倒置的P-T配置文件相比，以前的平衡化学为基础的工作，使用分析的P-T配置文件计算。我们还计算了这些大气的合成透射和发射光谱，发现许多光谱特征随行星包络吸积的圆盘位置而变化。通过与使用最新的高分辨率地面观测检测到的物种进行比较，我们的模型表明HD 209458 b可能已经在其原恒星盘的CO2和CH 4冰线之间吸积了大部分气体，其超级太阳能C/O比，这反过来又直接继承了其化学丰度。最后，我们模拟观测地球与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），并表明，关键物种的光谱特征的差异可以识别。我们的研究证明了JWST在提供对热木星形成环境的新见解方面的巨大重要性。
2022-05-11 astro-ph.EP
Carbon-rich Giant Planets: Atmospheric Chemistry, Thermal Inversions, Spectra, and Formation conditions
最近在热木星WASP-12 b中推断出富碳大气，C/O >= 1，激发了新一类富碳行星（CRP）的产生。我们报告了富碳巨行星（CRG）的大气化学和光谱特征的详细研究，以及它们形成所需的冰微行星的成分，以及它们的外壳中冰，岩石和挥发物的分配。当C/O >= 1时，当温度> 1400 K，压力（P）< 1 bar时，大气中的大部分氧气被CO占据，导致H2O的大量耗尽，并且与假设太阳丰度（C/O = 0.54）在化学平衡时获得的结果相比，CH 4的丰度过高。这些化学差异导致光谱中明显可观察到的特征。我们还发现，一个C/O >= 1强烈耗尽的丰富的TiO和VO可形成热转化，这是足以排除热转化由于TiO/VO，即使在最高辐射的热超导体，如WASP-12 b。采用恒星丰度（C/O = 0.44）作为原始盘的组成，并采用低温形成条件（T <= 30 K）作为WASP-12 b的形成条件，导致吸积星子的C/O比为0.27，因此，在行星的包层中。相比之下，WASP-12 b的包层中的C/O比为1需要盘中氧的大量消耗，对于相同的形成条件，消耗约0.41倍。这种情况也满足了对WASP-12 b报告的C/H和O/H比的限制。或者，如果在恒星组成盘中存在更热的条件，使得只有H2O被冷凝，则剩余的气体可能具有C/O ~ 1。然而，WASP-12 b中主要由气体吸积引起的高C/O将排除也符合数据的超恒星C/H比…
2011-09-14 astro-ph.EP
Thermally Induced Chemistry of Meteoritic Complex Organic Molecules: A New Heat-Diffusion Model for the Atmospheric Entry of Meteorites
过去四十年的研究表明，一些陨石中含有丰富多样的复杂有机分子。目前的这项研究试图更好地了解陨石内部的这些分子在进入大气层时所经历的热条件。特别是，我们希望了解在进入地球过程中可能发生的化学过程，这些过程可能对以这种方式进入早期地球的复杂有机或前生物物种产生影响。用Fortran编写了一个模拟，以对进入过程中产生的冲击以及随后陨石体内的热扩散产生的加热进行建模。实验数据被用于几种类型的陨石的热参数，包括铁镍和几类陨石。一个萨顿-格雷夫斯模型的驻点加热被用来计算峰值地面温度和显式差分公式被用来生成热扩散配置文件的陨石和铁镍型陨石。模拟结果表明，热解温度穿透深度约为。0.5到1厘米。陨石内部的非解离性变暖进一步渗透到约。4厘米。这些结果支持了这样的发现，即外星交付是一个可行的选择，为一个行星的益生元分子“播种”。
2014-12-19 astro-ph.EP
The impact of atmospheric circulation on the chemistry of the hot Jupiter HD 209458b
我们研究了大气环流对热木星HD 209458 b化学成分的影响。我们使用一个简化的动力学模型和一个强大的化学网络，而不是以前的研究，其中使用了一个三维循环模型耦合到一个简单的化学动力学方案。温度结构和主要大气成分的分布是在大气作为一个固体以1公里/秒的赤道旋转速率旋转的极限内计算的。这种运动模拟了一个均匀的纬向风，类似于三维环流模式发现的赤道超旋转结构。这个潮汐锁定行星的不均匀加热导致，即使在如此强烈的纬向风的存在下，昼侧和夜侧之间的温度差异高达800 K。如果大气处于化学平衡状态，这将导致某些分子丰度的重要纵向变化。纬向风则是一个强有力的不平衡过程。我们确定存在的压力水平之间的过渡两个政权，这可能是位于100和0.1毫巴之间，这取决于分子。在这个过渡层之下，化学平衡保持不变，而在它之上，纬向风倾向于使大气的化学成分均匀化，使临边和夜面区域的分子丰度接近昼面的化学平衡值特征，即在丰度中产生水平淬火效应。基于时间尺度参数的推理表明，水平和垂直混合可能会在HD 209458 b的大气中竞争，产生一个复杂的分布，其中分子丰度水平淬火到昼侧值，垂直淬火到深层的化学平衡值。
2012-10-24 astro-ph.EP
Signatures of Nitrogen Chemistry in Hot Jupiter Atmospheres
对系外行星大气分子组成的推断通常集中在含C、H和O的分子上。最近，HST WFC 3透射光谱中1.55 $μ$ m附近的额外吸收已归因于含氮化学物质：NH $_3$或HCN。这些物种如果大量存在，将是不平衡化学过程-例如垂直混合和光化学-的有力指标。反过来，衍生的N丰度也可能对行星形成机制产生重要的限制。在这里，我们研究了氮化学在系外行星大气中的可探测性。除了WFC 3带通（1.1-1.7 $μ$ m），我们发现，在K波段的观测在$\sim$ 2.2 $μ$ m，可实现与目前的地面望远镜，采样一个强大的NH $_3$功能，而在$\sim$ 3.1 $μ$ m和$\sim$ 4.0 $μ$ m样本强HCN功能。在这样的观测预期，我们预测吸收特征振幅由于氮化学在1-5 $μ$ m光谱范围可能为一个典型的热木星。最后，我们进行大气反演的9个热木星的透射光谱在搜索的近红外吸收功能暗示氮化学。我们报告了WASP-31 b中NH $_3$（2.2 $σ$）、WASP-63 b中HCN（2.3 $σ$）的微弱检测，以及HD 209458 b中可能归因于NH $_3$的过量吸收。1-5 $μ$ m的高精度观测（例如，与詹姆斯韦伯太空望远镜），将使明确的氮化学探测，反过来作为不平衡的大气化学和行星形成过程的强大诊断。
2017-11-01 astro-ph.EP
The atmospheric circulation of a nine-hot Jupiter sample: Probing circulation and chemistry over a wide phase space
我们目前的结果，从大气环流研究的九个热彗星，包括一个大的透射光谱调查使用哈勃和斯皮策太空望远镜。这些观测结果在光学和红外波长上表现出一系列光谱行为，表明其大气中有不同的云和霾特性。通过利用每个行星的特定系统参数，我们自然地探测行星半径，重力，轨道周期和平衡温度的宽相空间。首先，我们表明，我们的模型“网格”恢复的趋势显示在传统的参数研究的热彗星，特别是赤道超旋转和昼夜温度增加的对比度增加平衡温度。我们展示了空间温度的变化，特别是在昼侧和夜侧之间，西部和东部的终端，可以改变数百K，这可能意味着在这些地区的Na，K，CO和CH 4丰度的变化很大。这些化学变化可以大到足以用高分辨率摄谱仪观察到，例如VLT上的ESTERO，E-ELT上的METIS，或JWST上的MIRI和NIRSpec。我们还将我们的模型产生的理论发射光谱与每个行星的斯皮策日食深度进行了比较，发现我们的太阳金属丰度，无云模型的输出通常与许多数据集很好地匹配，即使没有额外的模型调整。尽管这些模型没有云，但我们可以利用它们的结果来了解推动大气中云形成的化学和动力学。
2016-02-22 astro-ph.EP
Lightning Chemistry on Earth-like Exoplanets
我们提出了一个模型的闪电冲击诱导的化学，可以适用于大气中的任意H/C/N/O化学，因此为太阳系外行星和褐矮星。该模型结合了流体力学和STAND 2015动力学气相化学。对于与当代地球类似的系外行星，我们的模型预测的NO和NO2产量与观测结果一致。我们预测了在40 km处的NO ~ 1 e-3和40 km以下的NO ~ 2 ~ 1 e-4的闪电冲击之后不久的风暴期间的高度依赖的混合比，其中O3减少到痕量（<<1 e-10）。对于一个类似地球的系外行星，其大气层以CO2/N2为主，整个表面都有非常强烈的雷暴，我们预测NO，NO2，O3，H2O，H2的量会发生显着变化，并预测C2 N的丰度。我们发现，对于早期地球，O2是由闪电形成的大量，但迅速处理的光化学，与以前的工作一致的闪电。预测持续性全球雷暴的影响是显著的，主要是由于NO2，最大的光谱特征出现在~3.4 μm和~6.2 μm。透射光谱内的特征约为1 ppm，因此不太可能用JWST检测到。根据其光谱特性，C2 N可能是具有N2/CO2大体积大气的类地系外行星闪电的关键示踪剂，除非被未知的化学反应破坏。
2017-04-25 astro-ph.EP
A Comparison of Simulated JWST Observations Derived from Equilibrium and Non-Equilibrium Chemistry Models of Giant Exoplanets
我们的目标是看看平衡和不平衡化学之间的差异是否可以通过詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）在过境行星的大气中观察到。我们进行了一个案例研究，比较了像HD 189733 b，WASP-80 b和GJ 436 b这样的三颗行星的昼侧发射光谱，在两个金属丰度的化学平衡中和化学平衡之外。之所以选择这三颗行星，是因为它们跨越了大范围的行星质量和平衡温度，从热的和木星大小到温暖的和海王星大小。我们将Venot等人（2012）的一维不平衡化学模型（其中考虑了热化学动力学，垂直传输和光化学）与Pyrat Bay的一维伪逐线辐射转移模型（专门为热彗星开发）相关联，然后使用PandExo模拟JWST光谱，以比较温度，金属丰度和半径的影响。我们发现，由于CO和CO $_{2}$丰度的不平衡，以及选择病例的H $_{2}$ O，4至5个$μ$ m之间的差异最显著。我们的案例研究显示了行星质量、温度和金属丰度的某个“最佳点”，在那里可以观察到平衡和不平衡之间的差异。对于类似于WASP-80 b的行星，JWST的NIRSpec G395 M可以检测到由于一次日食事件引起的化学不平衡的差异。对于一颗类似GJ 436 b的行星，由于化学不平衡，在低金属丰度下可能观测到五次日食事件，但在高金属丰度下不可能观测到。
2017-12-04 astro-ph.EP
A Complex Systems Approach to Exoplanet Atmospheric Chemistry: New Prospects for Ruling Out the Possibility of Alien Life-As-We-Know-It
本研究采用复杂系统方法，通过化学反应网络分析模拟3万种类地大气，结合贝叶斯统计，有效区分生物与非生物来源气体，增强排除已知生命解释的置信度。
2025-04-24 astro-ph.EP
The PEPSI Exoplanet Transit Survey (PETS) IV: Assessing the atmospheric chemistry of KELT-20b
本研究利用LBT/PEPSI高分辨率发射光谱评估超热木星KELT-20b的大气化学，确认Fe I为主要光学不透明度来源，可能引起温度逆温，并探讨了与文献结果的差异及未来研究方向。
2023-10-13 astro-ph.EP
A Chemical Kinetics Network for Lightning and Life in Planetary Atmospheres
关于行星和系外行星环境中的生命前化学，有许多悬而未决的问题。越来越多的已知系外行星和其他超冷的亚恒星物体推动了在太阳系外探测生命和生命前化学的愿望。我们提出了一个从头开始构建的离子中性化学网络Stand 2015，它在100 K和30000 K之间的温度范围内准确地处理氢，氮，碳和氧化学。包括甘氨酸和其他有机分子的形成途径。该网络是完整的H6 C2 N2 O3。Stand 2015使用简单的1D光化学/扩散代码成功地测试了HD209458 b，木星和当今地球的大气化学模型。我们对早期地球的研究结果与Kasting（1993）对CO2、H2、CO和O2的结果一致，但对水和原子氧的结果不一致。我们使用该网络来模拟一个实验，其中不同的化学初始条件下照射的紫外光。我们模拟的结果是，当存在更多的氨和甲烷时，产生更多的甘氨酸。在没有任何分子氮和氧的情况下，几乎不产生甘氨酸。这表明，如果气体还原性太强，甘氨酸的产生会受到抑制。化学动力学网络的可能的应用和局限性进行了讨论。
2015-10-23 astro-ph.EP
Observing spatial and temporal variations in the atmospheric chemistry of rocky exoplanets: prospects for mid-infrared spectroscopy
University of Bern（伯尔尼大学）；SETI Institute（SETI研究所）；Blue Marble Space Institute of Science（蓝大理石空间科学研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究LIFE望远镜检测类地系外行星大气4D变化的能力，通过合成观测探讨不同自转轨道共振状态下的大气特征及光谱变化，强调相位分辨光谱对可靠参数推断的重要性。
2025-12-18 astro-ph.EP
The atmospheric chemistry of the warm Neptune GJ 3470b: influence of metallicity and temperature on the CH4/CO ratio
目前的观测技术能够探测一些巨型系外行星的大气层，并获得有关其大气成分的一些线索。然而，从观测中得出的化学成分并没有得到充分的了解，例如CH 4/CO丰度比的情况，这一比例的推断往往与化学模型的预测不同。最近，温暖的海王星GJ 3470 b被发现，由于它距离我们很近，过境深度很高，因此它是一个非常有希望的候选者，可以对其大气进行后续表征。我们研究GJ 3470 b的大气成分，以便与该行星的当前观测结果进行比较，为未来的观测做准备，同时也作为一个典型的案例研究，以了解温暖（亚）海王星的化学成分。这种大气层的金属丰度完全不确定，可能高达太阳的100倍。我们探索未知参数的空间，以预测可能的大气成分的范围。在探索的参数空间内，我们发现，在大多数情况下，甲烷是主要的含碳物种。然而，我们发现，在某些情况下，典型的高金属丰度与足够高的温度的CH 4/CO丰度比可以变得低于1，建议由其他温暖的（亚）海王星，如GJ 1214 b和GJ 436 b的一些多波长光度观测。至于GJ 3470 b的发射光谱，红外波长处的亮度温度可能在400和800 K之间变化，这取决于热分布和金属丰度。与高温分布相结合，相对于太阳能组成，重元素的显著富集系数为100，可以改变碳平衡，有利于一氧化碳，牺牲CH 4。然而，目前对这颗行星的观测还不能确定哪种模型更准确。
2013-12-18 astro-ph.EP
