Celestial Machine Learning: Discovering the Planarity, Heliocentricity, and Orbital Equation of Mars with AI Feynman
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Singapore Institute of Manufacturing Technology, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局（A*STAR）新加坡制造技术研究院）
本研究扩展符号回归工具AI Feynman，仅用天文观测数据就复现了开普勒发现火星椭圆轨道的两次范式转变，验证了AI可自主发现天体轨道规律。
2023-12-19 astro-ph.EP cs.LG
Evidence for a Past Martian Ring from the Orbital Inclination of Deimos
我们数值探讨的可能性，大的轨道倾角的火星卫星火卫二起源于一个古老的火星内部卫星比火卫一更大质量的轨道共振。我们发现，火卫二的倾角可以可靠地产生向外进化的火星卫星，约20倍以上的质量比火卫一通过3：1的平均运动共振火卫二在3.3火星半径。这种向外的迁移，与同步半径内的潮汐演化方向相反，需要与过去巨大的火星环相互作用。因此，我们的研究结果强烈支持Hesselbrock和Minton（2017）的循环火星环卫星假说。我们的研究结果，结合Hesselbrock和Minton（2017）的模型，表明火卫二表面的年龄约为3.5-4 Gyr，并要求火卫一显着年轻。
2020-06-01 astro-ph.EP
Martian atmospheric disturbances from orbital images and surface pressure at Jezero Crater, Mars, during Martian Year 36
本研究融合Perseverance地面气压与轨道图像，刻画MY36–37年Jezero的热潮汐、长周期振荡、云带和沙尘暴响应，并识别出相关斜压扰动与极区气旋涡旋。
2025-01-09 astro-ph.EP
Terrestrial Planet Formation Constrained by Mars and the Structure of the Asteroid Belt
要重现大的地球/火星质量比，需要原行星盘内1到3天文单位之间的固体物质有很强的质量损耗。Grand Tack模型调用了巨行星的特定迁移历史，以消除最初超过1 AU的大部分质量，并动态地激发小行星带。然而，人们也可以援引一个陡峭的密度梯度所产生的向内漂移和堆积的小颗粒引起的气体阻力，已被提出来解释形成的近距离超级地球。在这里，我们表明，小行星带的轨道激发提供了一个至关重要的约束，对这种情况下的太阳系。我们进行了一系列的模拟类地行星的形成和小行星带的演变开始从磁盘的星子和行星胚胎具有不同的径向密度梯度，包括木星和土星的近圆形和共面轨道。密度梯度较浅的小行星通过重力自搅拌再现了小行星带的动力学激发，但形成的火星类似物比真正的行星质量大得多。相比之下，表面密度梯度与$r^{-5.5}$成比例的圆盘再现了地球/火星的质量比，但使小行星带处于比真实带冷得多的动态状态。我们的结论是，没有磁盘的轮廓可以同时解释的类地行星和小行星带的结构。小行星带一定是被耗尽了，并被不同的机制动态地激发了，例如，在Grand Tack情景中。
2015-08-06 astro-ph.EP
Mars Obliquity History Constrained by Elliptic Crater Orientations
火星行星的动力学被认为是混沌的，历史上的~3.5 Gyr（晚西方时代以后）行星的概率密度函数（PDF）是高度不确定的，不能单独从直接模拟中推断出来。倾斜度也是对后诺亚纪火星气候的一个强有力的控制因素，在高湿度（> 40 °）时增加了赤道冰雪融化和径流的可能性，在低湿度（<25 °）时增加了深层含水层干燥的可能性。我们开发了一种新的技术，使用椭圆形陨石坑的方向来限制真正的晚期西方向前的结晶度PDF。要做到这一点，我们开发了一个前向模型的椭圆形陨石坑的方向，使用合奏的模拟火星撞击器和~3.5 Gyr-long的火星陨石模拟的影响。在我们的模型中，火星穿越物体的倾角和速度使由低角度撞击形成的椭圆形陨石坑的首选方向发生偏差。比较我们的模拟预测与验证数据库的椭圆形陨石坑的方向，使我们能够反演最佳拟合的结晶历史。我们发现，自从西方晚期开始以来，火星的平均倾斜度可能很低，在~10 °和~30 °之间，而在> 40 °的高倾斜度上花费的时间比例可能<20%。
2019-04-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
An orbital window into the ancient Sun's mass
太阳的长期演化模型表明，它的光度在20亿至40亿年前大幅降低，这与古代地球和火星地质记录中温暖和潮湿条件的大量证据不一致。对于这个所谓的“黯淡的年轻太阳悖论”的典型解决方案考虑了地球和火星大气成分的变化，虽然有吸引力，但这些想法的地质验证通常缺乏-特别是对于火星。对于年轻太阳的暗淡悖论，一个可能的未被探索的解决方案是，太阳在其一生中只是失去了百分之几的质量。如果正确的话，这将减缓，甚至可能抵消恒定质量模型预期的亮度增加。然而，这一假设是具有挑战性的测试。在这里，我们提出了一个新的观测代理太阳的古代质量，可以很容易地从地球和火星上的沉积岩积累模式测量。我们表明，太阳系行星的轨道参数进行准周期振荡的频率，给出的长期模式g_2-g_5，尺度近似与太阳的质量线性。因此，通过研究古代盆地沉积物积累的节奏，就有可能将质量恒定的太阳和质量更大的古代太阳的情况区分开来，精确度超过1%，这种方法为验证或证伪早期太阳质量大的假说提供了一条途径。
2018-11-28 astro-ph.EP
The influence of Jupiter, Mars and Venus on Earth's orbital evolution
在未来的几年里，很可能会发现第一个潜在的类地行星围绕其他恒星运行。一旦发现，这些行星的特征将在确定哪些行星将被选为寻找太阳系以外生命的第一个目标方面发挥至关重要的作用。因此，我们必须能够衡量影响潜在行星可居住性的各种因素的相对重要性，以便最好地集中搜索。在这一过程中需要考虑的众多因素之一是所讨论的系外地球的气候变化。在太阳系中，地球的长期气候是由几个因素驱动的，包括生命对我们大气层的影响，以及太阳光度的时间演变。太阳系中其他行星的引力影响增加了一个额外的复杂性，驱动了米兰科维奇循环，这些循环被认为是导致过去几百万年来主导地球气候的一系列冰川和间冰期的原因。在这里，我们提出了三套集成的初步结果，一起研究太阳系建筑对地球的米兰科维奇循环的影响。我们分别考虑木星、火星和金星的影响，它们都对地球轨道演化的作用力有贡献。我们的研究结果说明了一个给定的行星系的结构的微小变化如何导致其中行星的潜在可居住性发生显着变化，并且是开发一种方法的重要的第一步，通过这种方法可以描述我们太阳系以外行星上气候变化的性质。
2017-08-11 astro-ph.EP
The Climate of Early Mars
早期火星气候的性质是行星科学中尚未回答的主要问题之一。关键的挑战依然存在，但新一波的轨道和现场观测以及气候建模的改进在过去十年中取得了重大进展。现在，多条地质证据表明，在3-4 Ga的诺亚纪晚期和西方纪早期，地表存在周期性温暖。火星在最初的10亿年里接收到的太阳辐射量很低，二氧化碳等温室气体的效率也很低，这意味着火星早期的稳定气候可能是寒冷的。一个更稠密的二氧化碳大气层会导致表面的绝热冷却，从而使水冰迁移到更高海拔的赤道和南部地区。短暂的变暖造成冰雪融化，水文循环暂时活跃，导致河谷网络和其他河流地貌受到侵蚀。变暖机制的确切细节尚不清楚，但影响，火山活动和轨道强迫都可能发挥了重要作用。火星大部分古老地形缺乏冰川作用的证据，这表明诺亚纪晚期的地表水不足以维持北部的海洋。虽然火星表面主要是不适合居住的，但早期的火星可能为微生物生命的发展提供了重要的机会。
2016-06-09 astro-ph.EP
Mass, Density, and Formation Constraints in the Compact, Sub-Earth Kepler-444 System including Two Mars-Mass Planets
开普勒-444是一个五行星系统，围绕着一颗大约110亿年的主恒星。这五颗凌日行星的半径都低于地球，轨道周期在3到10天之间。在这里，我们使用完整的开普勒数据集，以确定行星的质量，提出了一个系统的过境时间分析。两颗行星，开普勒-444 d（$M_\mathrm{d}=0.036^{+0.065}_{-0.020}M_\oplus$）和开普勒-444 e（$M_\mathrm{e}=0.034^{+0.059}_{-0.019}M_\oplus $），由于它们接近共振，造成过境时间变化，因此有信心检测到质量。这些行星的质量比加上可能的恒星-行星潮汐效应的大小表明，如果没有显著的形成后扰动，在相当长的距离上平滑的盘迁移不太可能使系统达到目前观察到的轨道结构。
2017-03-09 astro-ph.EP
Delivery of DART Impact Ejecta to Mars and Earth: Opportunity for Meteor Observations
本研究通过模拟DART撞击抛射物的动力学，发现其抛射物可能在7至13年内到达火星和地球，为流星观测提供了预测和特征信息。
2024-08-30 astro-ph.EP
Population control of Mars Trojans by the Yarkovsky & YORP effects
我们探讨的假设，火星特洛伊人的人口是通过YORP效应和他们最终逃离特洛伊云通过Yarkovsky驱动的轨道演化的新的小行星（“YORPlets”）的生产之间的平衡的结果。我们的主要观测数据是：（5261）尤里卡，它的8颗小行星家族和没有家族的特洛伊人（101429）1998 VF 31和（121514）1999 UJ 7。我们将种群演化模型化为一个生灭随机过程，并假设它处于稳态。然后，我们模拟发现的特洛伊木马程序的日期，并发现家庭成员101429和121514，如果他们存在，本质上更难以检测比尤里卡。它们的未被发现可以作为它们不存在的证据，但前提是它们相对于母小行星的亮度与尤里卡家族的亮度相似。为了找出如何有效地火星特洛伊木马丢失的特洛伊云由于Yarkovsky效应，我们进行动力学模拟的测试粒子来自这些母体。我们发现，来自尤里卡和121514的天体在~1 Gyr后开始逃逸，但来自101429的天体在那时已经消失了，可能是由于该小行星接近火星共轨区域内的偏心型长期共振。这可能是101429轨道附近没有特洛伊人的原因。相比之下，121514的孤立状态表明，在太阳系最近的20%的历史中，小行星本身无法产生YORPlets，这一发现可能与121514目前的低角动量旋转状态有关，除非尤里卡家族在一次裂变事件中迅速形成。
2019-07-30 astro-ph.EP
Hungaria region as possible source of Trojans and satellites in the inner solar-system
匈牙利族（主带最接近火星的区域）是行星穿越小行星的重要来源，甚至是类地行星的撞击物。我们提出的可能性，来自匈牙利家庭的小行星被捕获到与太阳系内的类地行星共轨运动。因此，我们进行了长期的数值积分（高达1亿年），以分析迁移从他们原来的位置-匈牙利家庭地区-到内部太阳系。在积分时间内，我们观察到匈牙利是否被捕获到与类地行星共轨运动。我们的研究结果表明，200个匈牙利人中有5.5%从匈牙利地区逃脱，成为共轨物体（特洛伊人，卫星或马蹄铁）的概率约为3.3%：火星为1.8%，地球为1.5%。此外，我们还区分了小行星被捕获的共轨运动类别以及它们在稳定运动中停留的时间。大多数逃脱的匈牙利人成为准卫星，而被捕获的特洛伊人则倾向于L_5拉格朗日点。这项工作突出表明，匈牙利地区是火星和地球共轨物体的来源。
2016-12-01 astro-ph.EP
Paleohydrology on Mars constrained by mass balance and mineralogy of pre-Amazonian sodium chloride lakes
火星上的含氯沉积物记录了火星湿润时代（诺亚纪中期到西斯佩里纪晚期）衰退阶段的高海拔湖泊。这些分布广泛的湖泊的水源途径、季节性、盐度、深度、寿命和古气候驱动因素都是未知的。在这里，我们结合反应传输模型，轨道光谱，和新的体积估计从高分辨率数字地形模型，以约束水文边界条件形成氯化物。考虑到T = 0 ℃的系统，我们发现：（1）个别湖泊的深度大于100米，持续了几十年或更长时间;（2）如果火山脱气是氯的来源，那么水岩比或总水量可能很低，与熔点以上的短暂漂移和/或干旱气候相一致;（3）如果氯源是火成氯磷灰石，则Cl-浸出事件将需要在熔点下的（累积）时间>10年;（4）Cl质量除以集水面积，得到的柱密度为0.1 ~ 50 kg Cl/m^2，这些柱密度涵盖了季节性温暖活动层的氯磷灰石-Cl预期含量。不需要深层地下水。总之，我们的结果与火星在氯化物形成时通常具有寒冷的水平隔离水圈是一致的。
2017-09-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
High-Precision Relativistic Time Scales for Mars Surface and Orbital Clocks
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）
提出火星中心后牛顿框架，用于关联质心坐标时、火星中心坐标时、火星表面时及时钟固有时，数值实现保留5e-18频率或0.1皮秒幅度项，评估典型轨道并给出领先项。
2026-09-22 astro-ph.EP astro-ph.IM gr-qc
Waterfront on the Martian Planitia: Algorithmic emergent catchments on disordered terrain
在地球化情景下，火星上重新激活的水文循环将导致水由于蒸发和降水而向上运动。如果火星早期的冰川化集水区排水不足，火星有限的水资源可能会被火山口湖泊和冰川完全吸收，对地球化的努力产生负面影响。我们证明了一个稳定的，收敛的算法，在无序的地形水流的有效建模。该模型应用于火星轨道激光高度计数据，并成功地预测了只有在更高的分辨率下才能看到的河流和峡谷的形成。这项探索性的研究表明，尽管火星表面看起来非常崎岖，但古代的水流已经雕刻出了通道，为火星表面的大部分地区提供了有效的排水。我们还提供了一个可能的重建地形化的地表水分布。
2016-06-16 astro-ph.EP
Is the Eureka cluster a collisional family of Mars Trojan asteroids?
我们探讨的假设，尤里卡家庭的亚公里小行星在L5区域的火星可能已经形成的碰撞。我们估计的家庭成员的现有信息的大小分布指数，碰撞碎片的轨道分散模型，并进行正式计算的碰撞寿命作为大小的函数。我们发现，正如Rivkin等人（2003）最初推测的那样，（5261）尤里卡大小的物体的碰撞寿命至少为几个陀螺，比类似大小的主带小行星显着更长。相比之下，观测到的轨道紧凑程度与所有能量最低的家庭形成碰撞不一致。因此，如果轨道因引力扩散和雅科夫斯基效应而逐渐分散，家族小行星可能是过去约1 Gyr的某个时候撞击事件的喷出物（Cuk等人，2015）。在这种情况下，最大系列成员的可比尺寸需要可忽略的目标强度或特定的撞击几何结构（Durda等人，2007; Benavidez等人，2012）。或者，该家族可能是由一系列YORP引发的裂变事件形成的（Pravec.et.al，2010）。该家族的浅尺寸分布与小型MBA相似（Gladman等人，2009年），解释为由于Eureka家族大小的小行星的这种机制占主导地位（Jacobson等人，2014年）。然而，我们的人口指数估计可能是一个下限，由于家庭小行星的数量很少，观测不完整。未来寻找更微弱的家族成员，进一步观察已知特洛伊人的物理特性以及轨道和旋转演化模型将有助于区分不同的形成模型。
2017-05-30 astro-ph.EP
Equatorial locations of water on Mars: Improved resolution maps based on Mars Odyssey Neutron Spectrometer data
我们提出了一个地图的近地下氢分布在火星上，超热中子数据的基础上，从火星奥德赛中子谱仪。通过一种新形式的pixon图像重建技术，地图的空间分辨率大约提高了两倍。我们发现了远离两极的富氢矿物，包括~10 wt. %的水当量氢（WEH）和大于40 wt.在水母槽形成（MFF）的% WEH。在MFF的高WEH丰度意味着散装水冰的存在。这支持了最近一段高轨道密度时期的假设，在此期间，水冰在表面上是稳定的。我们发现年轻的未分割的通道系统材料在南部极乐平原是不同于它的周围环境和异常干燥，没有证据表明在极乐平原的位置水化建议包含一个埋藏的水冰海。最后，我们发现，复发的斜率线（RSL）的网站不相关的地下水化。这意味着RSL不是由大型近地下含水层提供的，而是小型（直径小于120公里）含水层、高氯酸盐和氯酸盐潮解或干燥颗粒流的结果。
2017-08-01 astro-ph.EP
Modeling the evolution and propagation of the 2017 September 9th and 10th CMEs and SEPs arriving at Mars constrained by remote-sensing and in-situ measurement
2017年9月10日，源自活动区12673的太阳高能粒子（SEP）被登记为地球的地面增强（GLE），也是自2012年8月Currency火星车着陆以来，辐射评估探测器（RAD）观测到的火星表面最大的GLE。基于多点日冕物质抛射图像，我们确定了一个非常快的日冕物质抛射及其冲击波阵面的初始三维运动学，以及另外2个日冕物质抛射发射小时前（以中等速度）使用的毕业圆柱壳（GCS）模型。这三个CME相互作用，向外传播到日光层，并合并成一个复杂的行星际CME（ICME）。冲击波和ICME到达火星后，RAD观测到了非常显著的福布什衰减（FD），比地球晚了几个小时，地球距离太阳约0.5天文单位。我们调查的传播的三个CME和随之而来的ICME一起使用基于阻力的模型（DBM）和WSA-ENLIL加锥模型约束的现场SEP和FD/冲击开始的时间。ICME和SEP到达地球和火星的协同建模表明，为了更好地预测人类探索任务在地球和其他日光层位置的潜在危险的空间天气影响，必须分析1）CME运动学，特别是在它们相互作用期间，2）空间和时间变化的日光层条件，例如流相互作用区域的演变和传播。
2018-07-30 astro-ph.EP physics.space-ph
The Reflectivity of Mars at 1064 nm: Derivation from Mars Orbiter Laser Altimeter Data and Application to Climatology and Meteorology
火星全球探测器（MGS）上的火星轨道器激光高度计（MOLA）通过主动探测和被动辐射测量法对火星在1064 nm处的反射率（$R_{1064}$）进行了$> 10^{8}$测量。过去对$R_{1064}$的研究忽略了大气不透明度和观测几何对主动和被动测量的影响，并确定了被动辐射测量的潜在校准问题。因此，到目前为止，还没有可接受的参考$R_{1064}$，以获得一个柱不透明度产品的大气研究和规划未来的轨道激光雷达观测。这里，通过寻求$R^{M,N}_{1064}$来导出这样的参考$R_{1064}$：在清晰条件下的Minnaert校正法向导数，并假设最小相位角依赖性。在较暗的表面，$R^{M,N}_{1064}$和大气不透明度的绝对水平估计从主动探测。在所有表面上，来自主动探测的不透明度用于排除在不透明条件下进行的被动辐射测量，并估计$R^{M,N}_{1064}$。这些后一种估计，然后重新校准的比较$R^{M,N}$来自哈勃太空望远镜（HST）的观测近似均匀的反射率的地区。从重新校准的被动辐射测量估计的$R^{M,N}_{1064}$通常同意HST观测在10%以内。由此产生的$R^{M,N}_{1064}$，然后用来推导和量化的不确定性的列不透明度产品，它可以应用于气象和气候研究的火星，特别是检测和测量中尺度云/气溶胶结构。
2017-01-27 astro-ph.EP
Mars' Young Sedimentary Rocks: Early thinning, late persistence, diachronous boundaries, and a regional dichotomy
基于新数据首次对火星沉积岩古环境物理性质进行全球分析，发现3.5 Ga后岩层厚度在约1000 km尺度上的连贯变化与火山和气候假说不符，证实了火星全球沉积岩记录的穿时转变，并揭示了此前未量化的年轻沉积岩区域二分性。
2025-03-02 astro-ph.EP
Effect of Mars Atmospheric Loss on Snow Melt Potential in a 3.5-Gyr Mars Climate Evolution Model
后诺亚纪火星古河道表明，大约3.5 Gya后火星表面存在液态水（Irwin等人，2015; Palucis等人，2016年）。为了探索CO $_{2}$分压和结晶度的变化对地表水存在可能性的影响，我们建立了一个零维表面能平衡模型。我们结合这个模型与物理上一致的轨道历史跟踪条件在过去的3.5 Gyr的火星历史。我们发现，对于对应于$dP/dt \propto t^{-3.73}$或更快的指数损失率的大气压力，允许熔化，但是如果我们假设由火星大气和挥发性演化（MAVEN）任务进行的初始测量所计算的速率在$0.5 σ$范围内，则我们假设由MAVEN测量的所有逸出的氧气都来自大气CO $_{2}$（Lillis等人，2017; Tu等人，2015年）。假设在每个火星年最温暖的部分期间有最佳的融化条件，以这种损失率融化与西方河流网络形成的选定关键地质约束相匹配（Irwin等人，2015; Stopar等人，2006; Kite等人，2017年a，b）。大气压力对表面能的影响比火星平均湿度的变化更大。这些结果表明，MAVEN对大气损失的初步测量结果与大气损失是将火星从允许融化的气候转变为不允许融化的气候的主要过程相一致（Jakosky等人，2017年），但如果$<2$ Gya古通道得到证实，或者如果MAVEN测量的大部分逃逸氧气来自H $_{2}$ O，则需要非CO $_{2}$升温。
2018-02-28 astro-ph.EP
Formation of Venus, Earth and Mars: Constrained by isotopes
本文从不同的行星形成模型和来自182 Hf-182 W、U-Pb、亲石-亲铁元素、来自行星构造块的48 Ca/44 Ca同位素样品、金星和地球大气中的36 Ar/38 Ar、20 Ne/22 Ne、36 Ar/22 Ne同位素比值等方面讨论了类地行星形成的认识现状。地球深部地幔中预期的太阳3 He丰度和地球的D/H海水比率，揭示了早期原行星的吸积时间。可以解释不同同位素比的吸积情景，包括大约在月球形成之后的月球形成事件。5000万年，支持地球质量的大部分（>80%）最有可能在10- 3000万年内增加的理论。通过对上述同位素的综合分析，我们发现，在最初的~4-5百万年（原行星盘的近似寿命）内，原地球吸积了0.5-0.6百万年。对于金星来说，现有的大气惰性气体数据太不确定，无法准确地限制行星的吸积情况。然而，根据现有的Ar和Ne同位素测量，我们发现原金星在盘消散之前可能已经增长到0.85-1.0 MVenus。经典的类地行星形成模型一直在努力在原行星盘的典型寿命内从最微小的材料中快速生长出大型行星胚胎。卵石吸积可以解决这个长期存在的时间尺度争议。卵石吸积和流动不稳定性产生大的星子，在早期吸积阶段成长为火星大小和更大的行星胚胎。吸积的后期阶段可以用Grand-Tack、环带或耗尽盘模型很好地解释。卵石吸积和星子吸积/巨行星撞击的相对作用知之甚少，应该用包括卵石和多颗原行星的N体模拟来研…
2021-02-11 astro-ph.EP
A spherical Monte-Carlo model of aerosols: Validation and first applications to Mars and Titan
火星和土卫六的大气层中充满了气溶胶，这些气溶胶会影响对它们表面的遥感观测。在这里，我们提出的算法和第一个应用程序的辐射转移模型在球面几何设计的行星数据分析。我们首先描述了一个快速的蒙特卡罗代码，利用对称性和几何冗余。然后，我们将此模型应用于OMEGA/Mars Express和VIMS/Cassini获得的火星和土卫六表面的观测。这些观测被用来探测气溶胶在地表的垂直分布。在火星上，我们发现尘埃颗粒的尺度高度根据季节在6公里到12公里之间变化。气溶胶的垂直尺寸分布的时间变化也突出显示。在土卫六上，气溶胶尺度高度为80 \pm 10 km，总光学厚度随波长呈幂律减小，指数从1.08 μm处的2.3 \pm 0.5变为-2.0 \pm 0.4。一旦气溶胶属性已被约束，该模型被用来检索在高太阳天顶角和日落后的表面反射率属性。
2011-03-16 astro-ph.EP
Possibility of microscopic liquid water formation at landing sites on Mars and their observational potential
显微镜下的液体盐水，特别是高氯酸钙，可能会在夜间在火星上潮解而出现。利用气候模型计算和轨道湿度观测，比较了过去、现在和未来各着陆点的理想周期及其年和日特征。这些结果为今后的分析和下一次火星飞行任务的相关观测提供了背景。根据分析，在大多数（但不是所有）过去的任务着陆点，微观盐水可能会在夜间出现不同的持续时间。分析ExoMars漫游者在Oxia Planum的主要着陆点的条件，发现最佳年周期在$L_s$ 115 - 225之间，在$Local\hspace{0.1cm} Time$ 2 - 5，午夜之后。在理想的情况下，可以在那里出现4小时的连续液相。局部条件可能导致值与模型估计的值不同。热惯性尤其会造成这种差异（低TI值有利于快速冷却和松散表面上的$\textrm{H}_2\textrm{O}$冷捕获），风化层中高氯酸钙盐的浓度也会影响这一过程（它可能优先发生在长期暴露的表面，而最近没有松散的灰尘覆盖）。在确定未来火星液态水观测目标时，应考虑这些因素。
2016-09-26 astro-ph.EP
Building the Terrestrial Planets: Constrained Accretion in the Inner Solar System
到目前为止，还没有一个吸积模型能够成功地再现内太阳系中所有观测到的约束。这些限制包括：1）轨道，特别是小的偏心率; 2）类地行星的质量--特别是火星相对较小的质量在以前的模拟中没有得到充分的再现; 3）地球和火星的形成时间尺度，从Hf/W同位素解释; 4）小行星带的整体结构，特别是缺乏行星胚胎大小物体的印记; 5）地球相对较大的含水量，假设它是以富含水的原始小行星物质的形式提供的。在这里，我们提出了40个高分辨率（N=1000-2000）动力学模拟的后期行星吸积的结果，再现这些约束的目标，虽然忽略了水星。我们假设木星和土星在每次模拟开始时都是完全形成的，并测试与“尼斯模型”一致和相反的轨道配置。“我们发现，木星和土星在圆形轨道上的配置在正确的时间尺度上形成了低偏心率的类地行星和富含水的地球，但火星的质量太大了5-10倍，胚胎经常滞留在小行星带中。木星和土星在当前位置但初始偏心率略高（e = 0.07-0.1）的配置产生了一个小火星，一个无胚胎的小行星带，和一个合理的地球模拟，但很少允许水输送到地球。我们测试的配置中没有一个再现了所有观察到的约束。（节略）
2009-05-22 astro-ph.EP
Origin of Phobos and Deimos : Orbital evolution shortly after formation from a potential dislocation
本文扩展了火卫一和火卫二起源于原始天体解体的研究，加入太阳摄动、火星轴进动与形变等额外因素，发现两卫星仍会在类似时间尺度内碰撞，支持解体假说下其形成后10万年内仅约10%存活率的结论。
2025-04-11 astro-ph.EP
Characterization and mapping of surface physical properties of Mars from CRISM multi-angular data: application to Gusev Crater and Meridiani Planum
从颗粒（粒度、形状和内部结构）到其组织（表面粗糙度）的表面纹理分析提供了地质过程的信息。CRISM多角度观测（不同的发射角）允许表征表面散射行为，这取决于成分以及材料的物理性质（例如，晶粒尺寸、形状、内部结构、表面粗糙度）。在利用CRISM观测资料反演地表反射率的多角度方法进行大气校正后，利用单次散射、二项相函数、宏观粗糙度和二项对置效应反演Hapke光度模型，分析了不同几何条件下的地表反射率。创建表面光度图，以观察表面散射特性的空间变化，作为CRISM空间分辨率（200米/像素）的地质单元的函数。介绍了在位于古谢夫环形山和子午线平原的火星探测漫游车着陆场的应用，在那里可以进行轨道和现场观测。补充轨道观测（如CRISM光谱，热发射成像系统，高分辨率成像科学实验图像）用于解释估计的哈普克光度参数的物理性质。现场观测被用作地面实况，以验证解释。在CRISM观测（5x 10公里）内观察到不同的散射特性，表明表面受当地地质过程（如火山表面重塑，风成和影响过程）而不是区域或全球控制。观测结果与现场观测结果一致，从而验证了该方法和使用光度学来表征火星表面物理特性的可行性。
2015-03-21 astro-ph.EP
Evolution of Water Reservoirs on Mars: Constraints from Hydrogen Isotopes in Martian Meteorites
火星表面的形态意味着火星曾经温暖到足以在其表面保持持久的液态水。虽然目前火星大气的高D/H比（约为地球海水的6倍）表明在火星历史上已经从表面损失了大量的水，但水损失的时间，过程和数量都没有得到很好的限制。离子探针分析火星陨石的最新技术发展提供了准确的估计氢同位素组成（D/H）的火星水库时，陨石形成。根据陨石的D/H数据，这项研究表明，在前诺亚纪（>41-99米全球等效层，GEL）的水损失比火星历史的其余部分（>10-53米GEL）更显着。结合我们的研究结果与古海洋的地质和地貌证据，我们提出，未被检测到的地下水/冰（~100-1000 m GEL）应该存在，它超过了火星上可观测到的现有水资源（~20-30 m GEL）。
2014-03-17 astro-ph.EP
Artificial Neural Network classification of asteroids in the M1:2 mean-motion resonance with Mars
人工神经网络（ANN）在过去几年中已成功地用于识别天文图像中的模式。然而，人工神经网络在小行星动力学领域的应用迄今为止还是有限的。在这项工作中，我们第一次使用人工神经网络的目的，自动识别受M1：2平均运动与火星共振的小行星轨道的行为。我们的模型在识别小行星共振参数的图像时，在准确度、精确度和召回率等标准指标方面的表现都能够达到85%以上，从而能够识别该地区所有编号小行星的轨道类型。我们还使用监督机器学习方法，通过使用遗传算法进行优化，预测了该地区所有多轨道小行星的轨道状态。我们确认，M1：2共振主要影响的Massalia，Nysa和灶神星小行星家族的轨道。
2021-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.NE
Two Possible Orbital Histories of Phobos
本文通过数值积分比较火卫一的古老内迁假说与环—卫星循环假说，发现二者均符合其当前轨道，且火卫二偏心率因弱混沌不能用于区分二者。
2025-03-16 astro-ph.EP
Comet C/2013 A1 Siding Spring. How treatment of data and NG effects can change our predictions about close encounters with Mars ?
我们表明，这颗彗星与火星的近距离接触的估计取决于数据处理。利用这两年的数据，我们得出这颗彗星将在2014年10月19日与火星擦肩而过，距离它的中心约为$140\,150\pm 55$ km或$140\,300\pm 45$ km，这取决于纯引力运动模型中的数据处理方法（分别基于非加权数据或加权数据）。不幸的是，非引力运动模型仍然非常不确定，因此我们只能推测非引力轨道解的预期距离。然而，我们并没有得到一个显着的差异，在近距离接触预测之间的非引力和引力的解决方案。
2014-10-07 astro-ph.EP physics.space-ph
Focused Space Weather Strategy for Securing Earth, and Human Exploration of the Moon and Mars
这份白皮书承认了观测中的差距，这些差距一旦得到解决，将大大改善太阳辐射危害和地磁风暴预报。辐射预报依赖于我们将定义的整个“太阳辐射半球”的观测。火星探测需要在战略上安排与辐射有关的观测。我们还提出了一种轨道解决方案，通过改进现场和太阳/日光层遥感来改进地磁风暴预报。
2023-01-09 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Seasonal and Diurnal Variability of Atmospheric Pressure in Jezero Crater, Mars, from MEDA Measurements on the Perseverance Rover
Universidad Internacional de La Rioja (UNIR)（罗耀拉国际大学）
该研究基于毅力号火星车MEDA气象站数据，分析了火星杰泽罗陨石坑大气压力的季节性和昼夜变化，揭示其与太阳辐照、CO₂循环及地形的关联，发现意外压力升高现象并证明大气动力学、轨道与地形的强耦合。
2025-11-12 astro-ph.EP
Numerical Modeling of Orbit-Spin Coupling Accelerations in a Mars General Circulation Model: Implications for Global Dust Storm Activity
我们采用MarsWRF大气环流模式（GCM）来测试一个新的物理假设的预测：一个弱耦合的轨道和旋转角动量的扩展机构预计会引起循环的加强和放松的大气中的循环流。GCM的动力学核心已被修改，包括1920-2030年由于太阳系动力学的轨道-自旋耦合加速度。修改后的GCM首先进行了广泛的测试和验证。我们比较强迫和非强迫模式的结果，大规模的纬向和纬向流，近地表风速和表面风应力。在改进的GCM中，观察到了循环强化和舒张的预测周期。最值得注意的是，修改后的大气环流模式再现了在火星上观测到近日点季节全球尺度沙尘暴的年份中发生这种风暴的有利条件。在沙尘暴季节，在所有已知的近日点季节全球尺度沙尘暴的年中，GCM都发生了加强的赤道翻转（Hadley）环流。南半球夏季产生的上升流增加，可能有助于沙尘暴季节将沙尘输送到火星大气的高空，辐射加热可能进一步加强环流。还获得了显著增加的表面风和表面风应力。这些可能会局部促进跃移和灰尘从表面升起。数值模拟构成的概念证明的轨道-自旋耦合假设的评价。
2016-02-29 astro-ph.EP
Mars Encounters cause fresh surfaces on some near-Earth asteroids
所有没有空气的天体都受到太空环境的影响，小行星和陨石之间的光谱差异表明许多小行星在非常短的时间尺度上（<1My）风化。一些小行星的光谱，特别是Q型小行星，表明它们的表面看起来年轻而新鲜，这意味着它们最近才暴露出来。以前的工作发现，与地球的碰撞是主要的清新机制，可能是所有近地天体Q型的原因。在这项工作中，我们将已知的近地天体Q型样本增加了三倍。我们提出了64个Q型近地小行星的轨道分布，并试图确定其表面更新的主导机制。我们的样本揭示了两个重要的结果：i）相对稳定的部分Q型与增加半长轴和ii）存在的Q型近地小行星的最小轨道交点距离（MOID），没有轨道解决方案，通过地球。这两种情况都证明，穿越地球并不是更新近地Q型天体的唯一方式。高地球MOID小行星占Q型小行星总数的10%，并且都在Amor轨道上。虽然表面更新也可能是由主带碰撞或YORP自旋产生的质量脱落造成的，但所有高地球MOID Q型都有可能与火星相遇，这表明火星可能是具有新鲜表面的近地天体的重要组成部分。
2013-09-19 astro-ph.EP
Dust aerosol, clouds, and the atmospheric optical depth record over 5 Mars years of the Mars Exploration Rover mission
尘埃气溶胶在火星大气的行为和演变中起着重要作用。火星探测漫游者数据的前五个火星年提供了两个地点的灰尘负荷的前所未有的记录。这一记录有助于确定这些地点的大气特征，并作为轨道观测的地面实况。大气消光光学厚度已来自太阳图像校准和校正后随时间变化的灰尘，已积累在相机窗口。记录包括本地，区域和全球范围的沙尘暴。与同期热红外资料的比较表明，沙尘气溶胶的大小有显着的变化，在北部夏季的有效半径为1 μm，在沙尘扬升事件开始时的有效半径为2 μm。太阳经度（LS）20-136°周期的特征还在于机会号站点存在卷状云，特别是在LS=50和115°附近。除了水冰云，水冰雾也可能存在，二氧化碳云可能在季节早期出现。尘埃不透明度的变化对每个站点的能量平衡都很重要，并与日照的季节性变化一起控制Spirit站点的尘暴频率。
2014-03-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Water in the Martian regolith from OMEGA/Mars Express
在这里，我们讨论了目前火星上的一个水库，暴露在表面的风化层和岩石。该储层的特征在于存在含H_{2} O-和OH-相，其在近红外（NIR）反射光谱中在\sim 3 μm波长处产生宽吸收。这种吸收存在于迄今为止由轨道近红外光谱仪获得的火星表面的每一个无冰光谱中。利用OMEGA（Observatoire pour la Minéralogie，l\' \Eau，les Glaces et l\' \Activit é）成像光谱仪对火星表面3 μm吸收光谱的全球分布进行了定量分析。基于实验室反射光谱的含水矿物和相的范围很广，我们估计模型依赖的水含量为4 \pm 1重量。在赤道和中纬度地区。地表水化随纬度增加而增加，南北半球之间的含水量不对称。将表面水合作用与各种参数（湿度、灰尘、地质单位、时间、相对湿度、大气水压以及Phoenix和Curtain进行的原位测量）进行比较，以约束储层的性质。我们的结论是，火星低纬度地区的表面水化的性质是不是吸附水，而是更紧密结合的水分子和羟基基团的近顶表面的材料的结构。一个与霜冻有关的过程最好地解释了水进入和进入高纬度火星风化层的第一个微米的实施。
2014-07-09 astro-ph.EP
Recovery of surface reflectance spectra and evaluation of the optical depth of aerosols in the near-IR using a Monte-Carlo approach: Application to the OMEGA observations of high latitude regions of Mars
提出了一个基于蒙特卡罗方法的大气颗粒物辐射转移模型。该模型可用于分析和去除遥感观测中气溶胶的贡献。我们已经开发了一种方法来量化的贡献，大气尘埃在近红外光谱的火星表面获得的OMEGA成像光谱仪上火星快车。使用观测的最低点指向模式与太阳入射角的显着差异，我们可以推断大气尘埃的光学厚度，我们可以检索的表面反射光谱的气溶胶的贡献。火星的空气尘埃特性进行了讨论，并从以前的研究和欧米茄数据的约束。我们已经测试了我们的方法在90°E和77°N的地区广泛覆盖的欧米茄，在可见光的冰补丁的显着变化的报告。在不同的入射角恢复的冰覆盖和无冰区的反射光谱之间的一致性验证了我们的方法。在火星27年的夏季，该地区气溶胶的光学厚度变化了3倍。观测到的冰斑增亮并不是由于霜沉积，而是由于表面冰的尘埃污染减少和（在较低程度上）大气尘埃光学厚度的减少。我们的基于蒙特卡罗的模型可以应用于恢复的光谱反射率特性的表面从欧米茄光谱成像数据时，气溶胶的光学厚度可以评估。它可以被证明是有用的处理图像立方体从紧凑型侦察成像光谱仪火星（CRISM）上的火星侦察轨道器（MRO）。
2011-03-02 astro-ph.EP
The random walk of cars and their collision probabilities with planets
2018年2月6日，SpaceX在火星轨道上发射了一辆特斯拉跑车。我们进行N体模拟，以确定未来1500万年该物体的命运。轨道演变最初主要是与地球近距离接触。虽然由于这些重复的混沌散射，在未来几个世纪之后无法预测精确的轨道，但通过统计分析大量可能的轨道，可以可靠地预测长期结果，这些轨道具有轻微的扰动初始条件。与地球的重复引力散射导致随机行走。与地球、金星和太阳的碰撞是跑车轨道演变的主要原因。与水星和火星的碰撞，或者木星从太阳系的抛射，都是极不可能的。我们计算出特斯拉的动态半衰期约为1500万年，其中约22%，12%和12%的Roadster轨道实现在一个半衰期内分别影响地球，金星和太阳。由于平均运动和长期共振，我们的系综中的偏心率和倾角随着时间的推移而增加，与类地行星的撞击率在几百万年后会下降，而对太阳的撞击率大致保持不变。
2018-03-05 astro-ph.EP
Has the impact flux of small and large asteroids varied through time on Mars, the Earth and the Moon?
在过去的3 Ga内太阳系的冲击通量通常被假定为随时间的推移是恒定的。然而，在主带的小行星解体事件可能是负责陨石坑尖峰在过去的2 Ga的地月系统。我们在这里调查的521个直径大于20公里的火星撞击坑的小陨石坑的记录的撞击物的大小频率分布的可能变化。我们发现，49个陨石坑（出521）对应于完整的陨石坑人口的这种规模的形成在过去的600马。我们在火星上的研究结果表明，在过去的600 Ma中，小型（> 5米）和大型小行星（> 1公里）的通量是耦合的，彼此之间没有变化。分析了地球和月球上大陨石坑的现有数据集，并与我们在火星上的结果进行了比较。在地球上，我们推断出一组撞击坑的形成位置，由于板块构造重建，并表明在奥陶纪时期，约470 Ma前，形成的一组陨石坑似乎是一个保存偏见。在月球上，陨石坑年龄信号的后期增加可能是由于用于确定这些撞击日期的不确定校准方法（即月球撞击喷出物中的岩石丰度），其他校准与恒定的陨石坑产生率一致。我们的结论是耦合的陨石坑的生产率之间的陨石坑大小的陨石坑和直径下降到100米的内太阳系。这与将小行星送入跨行星轨道的传统模式是一致的：亚尔科夫斯基效应缓慢地将小行星解体产生的大碎片推向轨道共振，而较小的碎片则通过碰撞级联被磨碎。这表明过去小行星分裂对D > 100 m的陨石坑率的影响有限或不存在。
2021-12-31 astro-ph.EP
Formation of Terrestrial Planets in Disks with Different Surface Density Profiles
我们提出了一个广泛的研究结果的最后阶段的类地行星形成的磁盘具有不同的表面密度剖面和不同的轨道的木星和土星。我们对与r^-0.5、r^-1和r^-1.5成比例的盘密度进行了模拟，也对Izidoro等人（2014）最近的火星形成模型中的部分耗尽的盘进行了模拟。我们研究的目的是确定行星的最终组装及其物理性质如何受到盘的总质量及其径向轮廓的影响。由于长期共振在最终行星的轨道和性质中的重要作用，我们也研究了这些共振的影响。我们将这项研究分为两个部分。在第一部分中，我们感兴趣的是研究长期共振对火星形成和类地行星轨道稳定性的影响。在第2部分中，我们的目标是确定可能存在的磁盘表面密度分布和类地行星的最终属性之间的趋势。在耗尽盘模型下，结果表明nu_5共振对类地行星的最终轨道没有显著影响。然而，nu_6和nu_16共振在清除其受影响的区域方面发挥着重要作用，确保没有额外的质量将分散到火星的吸积区，以便它能够保持其质量和轨道稳定性。在第2部分中，我们的结果表明，尽管有一些小的相关性，但总的来说，盘表面密度分布与最终行星的平均数量、质量、形成时间和到中心恒星的距离之间似乎不存在任何趋势。我们提出了我们的模拟结果，并讨论其对火星和其他类地行星形成的影响，以及这些物体的物理性质，如它们的质量和水含量。
2015-12-09 astro-ph.EP
Properties of the Nili Fossae Olivine-clay-carbonate lithology: orbital and in situ at Séítah
我们从轨道数据和火星2020漫游车在Jezero陨石坑的Séítah单元的原位研究了Nili Fossae橄榄石-粘土-碳酸盐岩性的观测特性，包括：1）成分（Liu，2022）2）粒度（Tice，2022）3）推断粘度（基于SuperCam收集的地球化学计算（Wiens，2022））。基于该单元的低粘度和分布，我们假设Séítah的橄榄石-粘土-碳酸盐岩为洪水熔岩成因。我们包括一个新的2.38 μm粘土带的CRISM地图，并使用原位数据表明，Séítah地层中橄榄石堆积物中的粘土与火星2020 SuperCam LIBS和VISIR以及MastCam-Z观测的滑石或蛇纹石一致。我们讨论了岩性历史的两个相互交织的方面：1）基于西澳大利亚皮尔巴拉的陆地类似物，并使用先前发表的洪水熔岩和熔岩湖模型，熔岩湖内堆积层的侵位和性质，以及2）侵位后蚀变的有限程度，包括粘土和碳酸盐蚀变（Clave，2022; Mandon，2022）。
2022-06-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
Dynamical simulation of the Interstellar Comet 3I/ATLAS
Physical Research Laboratory（物理研究实验室）；Indian Institute of Technology Gandhinagar（甘地纳加尔印度理工学院）
研究3I/ATLAS彗星与火星和木星的相互作用，分析其轨道演变，并考虑非重力力对轨道参数的影响。
2025-11-20 astro-ph.EP astro-ph.GA
Is the recently proposed Mars-sized perturber at $65-80~\textrm{AU}$ ruled out by the Cassini ranging data?
最近，为了解释柯伊伯带天体（KBO）中平面的某些特征，人们假设存在一个带有$1~m_\textrm{Mars}\lesssim m_\textrm{X}\lesssim 2.4~m_\oplus$的点状行星PX，它沿着一个中等倾斜的轨道以$65-80~\textrm{AU}$的速度运动。我们初步选择了两种可能的情况下，这样的PX，并数值模拟其对地球-土星范围$ρ(t)$的影响，通过改变它的一些轨道参数在一定的时间跨度，然后，我们比较了我们的结果与一些现有的实际范围残差。通过假设$m_\textrm{X} = 1~m_\textrm{Mars}$和圆形轨道，这样一个太阳系的假定新成员名义上会在$Δt = 12~\textrm{yr}~(2004-2016)$上方扰动$ρ(t)$几公里。然而，卡西尼号飞船精确地测量了$ρ(t)$到$σ_ρ\simeq 100~\textrm{m}$的水平。尽管如此，这种情况不应该被认为是必然排除的，因为卡西尼号的数据到目前为止还没有明确地模拟任何PX。事实上，NASA喷气推进实验室的一个团队最近证明，在将不完整的动力学模型（即没有PX本身）拟合到此类模拟数据时，影响克罗尼范围的4公里大的额外签名几乎完全被吸收，因此不会出现在标准的拟合后范围残差中。相反，对于$m_\textrm{X} > 1~m_\textrm{Mars}$，会出现更大的异常签名。它们…
2017-10-04 astro-ph.EP gr-qc physics.space-ph
Interstellar Object 3I/ATLAS Observed from Mars by China's Tianwen-1 Spacecraft
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）
天问一号火星轨道器首次从火星轨道外侧观测到星际天体3I/ATLAS，揭示了其尘埃动态特征及尘埃喷射速度，提供了新的尘埃动力学约束。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.GA
Simultaneous Mars-orbit observations reveal Kelvin-Helmholtz instability-driven bulk atmospheric ion escape
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；Catholic University of America（美利坚天主教大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Iowa（爱荷华大学）；University of Colorado（科罗拉多大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究借助MAVEN与天问一号的联合观测，证实开尔文-亥姆霍兹不稳定性是火星等离子体云（整体离子逃逸载体）的起源，其离子通量远高于稳态通道，揭示了KHI对无磁行星大气离子逃逸的关键作用。
2026-08-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Terraforming Mars: Mass, Forcing, and Industrial Throughput Constraints
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
通过系统级约束分析，评估了火星改造中大气压、温度、工业规模等关键限制，指出开放大气改造不可行，而区域封闭式改造在近期工业规模上可行。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
Constraints on Galileon-induced precessions from solar system orbital motions
我们使用最新的太阳系行星轨道运动的数据，把一些伽利略引起的岁差效应的约束。由于万施泰因机制的存在，伽利略型球对称场会产生一个与\sqrt{r}成比例的小的屏蔽修正，而这个修正与通常的r^-1牛顿势成比例，从而导致测试粒子近心的长期进动。就我们的太阳系而言，来自火星的最新数据可以将这种相互作用的大小限制在α<= 0.3的水平。另一个可能影响太阳系动力学的伽利略效应是由于银河系的特殊运动引起的未屏蔽的恒定梯度。这种效应的大小取决于太阳和行星的不同引力结合能，与土星补充近日点岁差的最新界限相比，其大小为0.004。
2012-06-11 astro-ph.EP gr-qc hep-ph
Constrained Diffusion for Data-Scarce Orbital Monte Carlo in Constellation Tasking
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究提出约束扩散模型增强稀缺轨道数据，在星座任务中实现局部支持内增强，但无法替代轨道动力学或作为操作后验，轨道总体构建是星座分析的重要不确定性来源。
2026-10-08 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.AI
