A new convective parameterization applied to Jupiter: implications for water abundance near the $24^\circ$ N region
木星的大气层有各种各样的云，这些云是由化学和大气动力学的相互作用形成的，从深红色的大红斑到高海拔的白色氨云（木星大气层中的明亮带）。在这些高层云层之下，会发生水凝结，并在大量潜热释放的驱动下偶尔导致高耸的对流风暴的形成。这些风暴导致云和大气动力结构在它们形成的纬度上的广泛破坏，使得对这些事件的研究对于理解深度动力学以及水在木星大气中的作用至关重要。在这项工作中，我们使用显式行星混合等熵坐标（EPIC）大气环流模式（GCM）研究木星大气，重点是湿对流风暴的形成从水凝结。我们提出了一个亚网格尺度的湿对流模块来模拟对流水云的形成。我们集中在$24^\circ$ N纬度，高速急流的位置，对流上升已观察到每4-5年。我们发现，潜在的对流，大气的垂直质量和能量通量与水的量密切相关，我们确定的上限的水的量在该地区周围的射流太阳[O/H]比的两倍。
2022-02-28 astro-ph.EP
Characterizing the Radiative-Convective Structure of Dense Rocky Planet Atmospheres
本文用一维逐线辐射-对流模型模拟致密类地行星大气，发现H2O和CO2的强短波吸收抑制近表面对流并显著降温，突出了短波加热对岩浆海洋行星的关键作用及高温光谱学改进需求。
2025-05-01 astro-ph.EP
The Impact of the Convective Blueshift Effect on Spectroscopic Planetary Transits
我们在这里提出了一个小的异常径向速度（RV）信号预计将存在于RV曲线测量行星凌日期间。这种信号是由对流蓝移（CB）效应引起的-一种从恒星表面发出的净蓝移，这是由于上升的热而明亮的气体相对于较冷和较暗的下沉气体的贡献更大。由于CB径向分量在恒星表面上是变化的，因此在凌日期间被行星阻挡的光将具有变化的RV分量，导致测量的RV的小偏移。CB引起的异常RV曲线与众所周知的罗斯特-麦克劳克林（RM）效应不同且独立，后者用于确定宿主恒星旋转轴和行星轨道角动量轴之间的天空投影角。观察到的RV曲线是CB和RM信号的总和，并且它们都叠加在轨道开普勒曲线上。如果不考虑，光谱传输RV曲线中CB RV信号的存在可能会使自旋轨道角的估计发生偏差。此外，未来非常高精度的RV将允许使用凌日行星来研究其宿主恒星的CB。
2011-03-15 astro-ph.EP
Convective dynamics and disequilibrium chemistry in the atmospheres of giant planets and brown dwarfs
不平衡化学过程对亚恒星天体的光谱有很大的影响。为了研究这些影响，动力学不平衡已被参数化使用淬火和涡扩散近似，但很少有工作已经做了探索这些近似在现实的行星条件下，在不同的动力学制度。作为解决这个问题的第一步，我们研究了本地化，小尺度对流动力学的行星大气的直接数值模拟完全可压缩流体动力学与反应示踪剂使用Dedalus代码。使用多向分层，平面平行的大气中的2-和3-D，我们探讨了不同的抽象化学物种的猝灭行为作为一个函数的动力学条件的大气参数化的瑞利数。我们发现，在2-D和3-D，化学物种淬火深度比预测的基础上简单的混合长度参数。相反，它是必要的，以使用长度尺度的基础上的反应物种的化学平衡曲线，以预测淬灭点和进行化学动力学建模在1-D。基于我们的模拟结果，我们提供了一个新的长度尺度，来自化学尺度的高度，它可以用来执行这些计算。这个长度尺度很容易从已知的化学数据计算，并为我们的动力学模拟做出合理的预测。
2018-02-08 astro-ph.EP
Conservation of Total Escape from Hydrodynamic Planetary Atmospheres
大气逃逸是控制行星演化的关键过程之一。然而，估计逃逸率的任何细节是困难的，因为有许多物理过程有助于总逃逸率。在这里，我们表明，作为能量守恒的结果，总逃逸率从流体动力学行星大气的外流保持亚音速下几乎是恒定的恒星XUV光子通量时，增加逃逸效率从外底水平，符合能量有限逃逸近似。因此，估算行星演化史中的大气逃逸量可以大大简化。
2013-08-02 astro-ph.EP
Planetary atmospheres Through Time: Effects of Mass Loss and Thermal Evolution
本文研究行星大气质量损失如何受热流体动力学逃逸与非热动力学效应共同驱动，揭示质量损失率对行星和恒星参数的复杂依赖，从而解释行星大气演化路径的多样性。
2024-02-21 astro-ph.EP
Convective Mixing in Gas Giant Planets with Primordial Composition Gradients
本研究模拟巨行星演化，发现对流混合效率受初始熵控制，低熵下成分梯度可长期存在，并提出了预测混合的解析模型，强调大气成分未必代表整体成分。
2025-08-27 astro-ph.EP
Study of atmospheres in the solar system, from stellar occultation or planetary transit
该研究从基本原理推导行星大气中光线传播的方程，利用恒星掩星和行星凌星现象中的折射效应，来推导大气密度、压力、温度廓线及重力波和纬向风等关键参数。
2022-12-29 astro-ph.EP
Convective storms and atmospheric vertical structure in Uranus and Neptune
冰巨人天王星和海王星有氢为基础的大气层，有几种成分在它们寒冷的上层大气中凝结。在这两颗行星上观测到的少量明亮云系是湿对流风暴的良好候选者，但它们的观测性质（大小，时间尺度和活动周期）与气体巨人中的湿对流风暴不同。这些云和风暴可能是由于甲烷冷凝，观测还表明在几巴的深度存在更深的硫化氢云（H $_2$ S）。热化学模型预测，在更深的地方，氢硫化氨（NH $_4$ SH）和水的压力在几十到几百巴之间，形成了延伸的深层天气层。由于氢的分子量小，挥发性物质含量高，它们的凝结产生了一个强烈稳定的分子量垂直梯度，比木星和土星的分子量垂直梯度大。由此产生的对垂直运动的抑制应该会导致一种潮湿的对流状态，这种对流状态与地球或泰坦等氮基大气中发生的对流状态有很大不同。因此，天王星和海王星深层大气的热结构还没有得到很好的理解。类似的过程可能发生在土星的木星深水云上，但冰巨人提供了在甲烷云层上层研究这些物理方面的可能性。将需要结合轨道和原位数据来了解对流及其在冰巨人大气动力学中的作用，并进一步了解包括木星、土星和巨型系外行星在内的氢大气中的作用。
2021-11-30 astro-ph.EP
Jets and Superrotation in Deep and Shallow Planetary Atmospheres
University of Exeter（埃克塞特大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；ETH, Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文探讨了深层与浅层行星大气中急流和超旋转的形成机制，包括对流、β效应、位涡均质化、波-平均流相互作用和系外行星的潮汐锁定。
2026-05-30 astro-ph.EP
Planetary Core Formation with Collisional Fragmentation and Atmosphere to Form Gas Giant Planets
巨大的行星核心（$\sim 10$地球质量）引发快速的气体吸积，形成气体巨行星\rev{such as}木星和土星。我们调查的核心增长和核心的可能性，以达到这样一个关键的核心质量。在后期阶段，行星核心通过与小行星的碰撞而成长。微行星与行星核心的引力相互作用导致微行星的碰撞碎裂，减少了周围微行星的数量，从而减少了最终的核心质量。从小的微行星开始，碎片迅速移动，形成质量较小的核心。然而，行星核心在气体快速吸积之前获得了扩大其碰撞截面的大气。一旦行星核心超过火星质量，大气层就会显著加速核心的生长。我们表明，考虑到碎片和大气的影响，最初大的星子使足够大的核心形成。另一方面，由于大型星子的核心生长缓慢，因此需要一个巨大的磁盘才能使核心在磁盘寿命内充分增长。如果初始星子大小为100\，km的圆盘质量是最小质量太阳星云的10倍，那么在类木行星区域（$>5\,$ AU），行星核心的质量可以超过10个地球质量。
2011-06-10 astro-ph.EP
A model of rotating convection in stellar and planetary interiors: I - convective penetration
恒星和行星对流的单峰模型推导出均方根速度的大小，程度的超绝热，和特征长度尺度作为旋转速率的函数，以及与热和粘性扩散。对流模型被用来作为一个边界条件的对流不稳定和稳定的分层区域之间的过渡区域的运动方程的线性化，产生的深度对流渗透到稳定区域，并建立该深度和当地的对流Rossby数，扩散率，和这些流量的压力标度高度之间的关系。向上和向下的穿透对流有一个类似的标度与旋转速率和扩散率，但它们取决于不同的压力标度的高度，由于不同的能量过程发生在对流核心的早型恒星与对流信封的晚型恒星。
2019-02-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Unraveling the origin of giant exoplanets: Observational implications of convective mixing
本文通过模拟0.3至3倍木星质量气态巨行星的长期演化，揭示对流混合使大气金属丰度随时间增加并影响行星半径，证明结合半径与大气成分可约束行星形成历史，为探测巨行星原始状态提供新途径。
2025-08-28 astro-ph.EP
The Diffusion Limit of Photoevaporation in Primordial Planetary Atmospheres
本研究针对原始行星大气中X射线与紫外光引发的光蒸发过程，探究其扩散极限，发现大气顶部低碰撞频率下的成分分馏效应更强，还推导了扩散限制质量损失率与交叉质量的新解析表达式。
2024-02-10 astro-ph.EP
Formation of planetary atmospheres: Analytical estimation of vapor production via planetary impacts
本文通过iSALE模拟和解析推导，建立了基于热项简化状态方程的冲击内能与压力场解析模型，并将其应用于行星撞击汽化过程，为地球大小行星的大气再形成提供了有效估算。
2024-06-29 astro-ph.EP
Unified simulations of planetary formation and atmospheric evolution II: Rapid disk clearing by photoevaporation yields low-mass super-Earth atmospheres
超级地球拥有低质量的H $_2$ /He大气（通常小于10%质量）。然而，超级地球大气层的起源尚未确定。我们研究了在超级地球及其大气形成过程中，光蒸发快速清除盘的作用。我们进行统一的模拟超级地球的形成和大气演变的不断发展的磁盘，考虑光蒸发风和磁驱动的磁盘风。对于行星核的生长模式，我们考虑了两种情况下，行星胚胎生长的卵石吸积和没有。我们的主要发现总结如下。(i)大气吸积的时间跨度缩短了快速磁盘耗散由于光蒸发，这阻止了超级地球的核心吸积大量的大气。(ii)即使在没有卵石吸积的情况下，行星核通过胚胎吸积快速增长，失控气体吸积的开始也会延迟，因为胚胎吸积的隔离质量很小。与快速的磁盘清理一起，可以避免大质量大气的吸积。(iii)在快速的磁盘清理之后，一些高偏心率的胚胎可以留在外轨道上。此后，这些胚胎可能会与超级地球相撞，导致吸积大气的有效撞击侵蚀。因此，我们发现具有低质量H $_2$ /He大气的超级地球是由考虑现实磁盘演化的N体模拟自然产生的。
2020-07-27 astro-ph.EP
Planetary Science by the NLSI LUNAR Team: The Lunar Core, Ionized Atmosphere, & Nanodust Weathering
月球大学天体物理学研究网络（LUNAR）在美国宇航局月球科学研究所（NLSI）的任务范围内进行全方位的科学调查，即月球科学，月球上和来自月球的科学。LUNAR团队的月球科学工作是本白皮书的主题，是在确定太阳系的内容、起源和演化的更广泛背景下进行的。
2011-08-16 astro-ph.EP
The Evolution and Internal Structure of Neptunes and Sub-Neptunes: The importance of thermal conductivity in non-convective regions
University of Zurich（苏黎世大学）
研究探讨了非对流区域热导率对海王星与亚海王星热演化和内部结构的影响，指出热导率假设对行星半径推断有显著影响。
2026-03-02 astro-ph.EP
Convective inhibition with an atmosphere, I: super-critical cores on sub-Neptune/super-Earths
在这项工作中，我们推广了对流抑制的概念，以适用于存在无限可冷凝物质库的情况（即，海洋）。我们提出了一个新的模型的内部结构和热演化的超级地球的氢信封。从热力学第一性原理出发，导出了广义相混合物中对流抑制的判据。然后，我们调查全球海洋的情况下，使用水氢系统，我们有数据，作为一个例子。然后，我们将我们的论点扩展到适用于氢和硅酸盐蒸气的系统。然后，我们采用一个简单的大气模型，将我们的研究结果应用于超级地球，并对其内部结构和热演化进行预测。对于氢包层质量大约在地球质量的0.1-10%之间的范围内，包层和核心之间的对流接触可能会关闭，因为硅酸盐部分蒸发产生的成分梯度。对于包层氢质量，导致相关的基础压力超过纯硅酸盐（一对偶极）的临界压力，包层的底部和核心的顶部位于两相氢硅酸盐相图的临界线上。相应的温度比对流模型所显示的要高得多。核心然后冷却效率低，与内在的热通量可能相当于地球的内部热通量今天。这种低的热通量可能使核心保持在高熵超临界状态数十亿年，但这取决于高压下双组分相图的性质，这是目前未知的。超临界堆芯在热力学上允许大量的氢溶解到堆芯中。
2022-07-11 astro-ph.EP
Planetary albedo is limited by the above-cloud atmosphere: Implications for sub-Neptune climate
本研究提出行星反照率受云层上方大气限制的解析模型，结合辐射传输模型分析亚海王星K2-18b的观测数据，发现其反照率低于宜居阈值，该方法可普遍用于约束系外行星反照率、评估宜居性。
2025-09-04 astro-ph.EP
The influence of forward-scattered light in transmission measurements of (exo)planetary atmospheres
[摘要]通过行星大气的光传输可以作为高度和波长的函数使用恒星或太阳掩星来研究，通常对大气成分有独特的限制。对于系外行星，凌日产生了大气层的边缘积分，波长依赖的透射光谱。当行星大气中存在散射雾和/或云粒子时，透射通量的量不仅取决于被探测的倾斜光路的总光学厚度，而且还取决于散射粒子的前向散射量。在这里，我们提出了一个三维蒙特卡罗代码，模拟掩星或过境期间的传输流量的计算结果。对于各向同性散射粒子，如气体分子，传输通量似乎是很好地描述了总的大气光学厚度。然而，强烈的前向散射粒子，例如在太阳系行星的大气中常见的粒子，可以显着增加透射通量。对于系外行星来说，这种增加的通量可以将行星的视半径减少几个标度高度，这与系外行星凌日光谱中的预测和测量特征相当。我们进行了详细的计算土卫六的大气层之间的2.0和2.8微米，并表明，烟雾和气体丰度将被低估约8%，如果前向散射被忽略的检索。在较短的波长下，气体和烟雾的丰度以及烟雾粒子的光谱斜率的误差可能是百分之几十，对于其他太阳系行星大气也是如此。我们还发现，前向散射的贡献，可以相当好地描述模拟大气作为一个平面平行板。
2012-08-14 astro-ph.EP
Convective outgassing efficiency in planetary magma oceans: insights from computational fluid dynamics
行星大气通常被认为是冷却的岩浆海洋有效放气的结果。在这个阶段，在熔融内部的强烈对流运动被认为是迅速运输溶解的挥发物到浅的深度，在那里他们exsolve和爆裂的表面。这种有效脱气和大气形成的假设对行星演化有着重要的意义，但从来没有经过流体动力学的检验。然而，在一个对流循环中，只有有限的一部分岩浆海洋可以到达挥发物出溶可能发生的浅层，大规模的环流可能会阻止大量的岩浆海洋快速到达行星表面。因此，我们进行了计算流体动力学实验的剧烈的二维和三维瑞利-Bénard对流普朗特数的单位表征的能力的对流流体到达浅的深度，在挥发物被exsolved和提取到大气中。排气效率基本上是对流速度大小的函数。这使得推导出简单的表达式来预测作为岩浆海洋控制参数的函数的脱气挥发物的量的时间演化。对于合理的情况下，所需的时间，以exsolve所有过饱和水可以超过岩浆海洋的寿命在一个给定的高度激烈的瞬态阶段，导致不完全或甚至可以忽略不计的放气。此外，行星的大小和初始岩浆海洋的水含量，通过对流活力和出溶深度，分别强烈影响岩浆海洋脱气效率，可能导致不同的行星演化路径和由此产生的表面条件。总的来说，尽管有强烈的对流，对于一个显着的参数范围内，对流脱气似乎不像以前认为的那样有效。
2022-09-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
The evaporation of planetary atmosphere
本文提出了一种通过观测验证行星大气蒸发假设的新方法，指出已有足够明亮目标可供观测，且PLATO任务将发现更多。
2024-01-05 astro-ph.EP
The Effect of Carbon Monoxide on Planetary Haze Formation
有机烟雾在许多行星过程中起着关键作用，从影响大气的辐射预算到作为表面上的益生元分子的来源。许多实验研究了通过将N $_{2}$ /CH $_{4}$的混合物暴露于各种能源而产生的气溶胶。然而，许多N $_{2}$ /CH $_{4}$在我们的太阳系和太阳系外的行星系的大气中也含有CO。我们已经进行了一系列的大气模拟实验，以探讨CO的形成和颗粒大小的行星霾类似物的CO混合比例的范围内使用两种不同的能源，火花放电和紫外线。我们发现，CO强烈影响在我们的实验中产生的气溶胶的数密度和颗粒大小，并表明CO可能发挥重要的，以前未探索的，气溶胶化学在行星大气中的作用。
2014-01-08 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres I: Connecting Disk Astrochemistry to the Formation of Planetary Atmospheres
我们提出了一个模型的早期化学成分和元素丰度的行星大气的基础上累积的气态化学物质，吸积到行星形成的核心吸积从不断发展的原行星盘。宿主磁盘的天体化学是使用粘性演化磁盘模型内的电离驱动、非平衡化学网络来计算的。我们使用标准的核心吸积模型吸积气体巨行星，其轨道演化由行星陷阱控制，并跟踪吸积到原行星上的物质的化学成分。我们选择了一个基准盘模型，并在3个陷阱-水冰线，死区和热转换的行星演化。对于一个寿命为410万年的盘，我们在热转换和冰线陷阱中产生两个热中子（M = 1.43，2.67 M $_{\rm Jupiter}$，r = 0.15，0.11 AU），在死区中产生一个失败的核心（M = 0.003 M $_{\rm Jupiter}$，r =3.7 AU）。这些行星被发现与CO和H $_2$ O的混合比分别为$1.99\times 10^{-4}$，$5.0\times 10^{-4}$两个热彗星。此外，对于这些行星，我们发现CO $_2$和CH $_4$，混合比分别为$1.8\times 10^{-6}\rightarrow 9.8\times 10^{-10}$和$1.1\times 10^{-8}\rightarrow 2.3\times 10^{-10}$。这些范围与多位作者通过检测热致发光物的发射光谱推断出的混合比范围很好地对应。我们计算出冰线行星的碳氧比为0.227，热过渡…
2016-06-21 astro-ph.EP
Estimating precipitation on early Mars using a radiative-convective model of the atmosphere and comparison with inferred runoff from geomorphology
我们比较大气降水的估计在火星诺亚-赫斯珀边界3.8 Gyr前计算的大气辐射对流柱模型与径流值估计从地貌分析的树枝状山谷网络放电率。在大气模型中，我们假设CO2-H2O-N2大气的表面压力从20 mb变化到3 bar，输入太阳光度降低到现代值的75%。从山谷网络分析的结果是几毫米d-1的液态水降水量（1.5-10.6毫米d-1，中位数为3.1毫米d-1）的顺序。大气模型的结果要低得多，降雪量约为0.001-1 mm d-1（取决于CO2分压）。因此，大气模型预测的降水量明显低于地貌分析的估计值。此外，全球平均地面温度低于冰点，即径流很可能与降水没有直接联系。因此，我们的研究结果强烈支持一个寒冷的早期火星与情节融雪作为径流的来源。我们的方法受到了大多数不受约束的参数的挑战，例如温室气体丰度、全球气象学（例如云）和行星参数（如影响大气结果的湿度），以及估计古代火星上的排放和径流的固有问题，例如缺乏对渗透和蒸发速率以及洪水时间尺度的了解，这些都会影响地貌数据。尽管如此，我们的工作是结合和解释早期火星大气和地貌研究中应用的定量工具的第一步。
2014-11-19 astro-ph.EP
Global 3D Radiation Hydrodynamic Simulations of Proto-Jupiter's Convective Envelope
巨型行星形成的核心吸积模型受到了挑战，因为发现行星外壳和圆盘之间的循环流动可以减缓或停止外壳吸积。我们进行了3D辐射流体动力学模拟与更新的不透明度汇编模型的原木星的信封。为了隔离对流和再循环的3D效果，我们模拟了孤立的球形信封和嵌入圆盘的信封。封套以给定的速率加热以达到稳定状态，从而能够与1D模型进行比较。我们改变信封属性，以获得辐射和对流的解决方案。使用被动标量，我们观察到显着的质量回收轨道上的时间尺度。对于辐射包层，再循环只能从圆盘表面渗透到$\sim$ 0.1-0.2行星希尔半径，而对于对流包层，对流运动可以“挖掘”更深的包层部分，使整个对流包层有效地再循环。然而，这种回收对包封的热结构的影响有限。嵌入圆盘中的辐射包层与孤立包层具有相同的结构。当对流包层嵌入盘中时，其密度略高。我们引入了一种修改后的1D方法，可以完全再现我们的3D模拟。与我们更新的不透明度和一维模型，我们重新计算木星的信封吸积与10 $M_{\oplus}$核心，和失控吸积的时间尺度比在以前的研究光盘寿命短。最后，我们讨论了有效的再循环对观测到的行星大气（特别是超级地球和迷你海王星）的化学丰度的影响。
2021-09-01 astro-ph.EP
Convective heat transport in stratified atmospheres at low and high Mach number
我们研究完全可压缩对流的背景下，平面平行，多方分层大气。我们进行了一套二维和三维模拟，其中我们改变初始超绝热性（$ε$）和瑞利数（Ra），而固定的初始密度分层，纵横比，和普朗特数。演化的热输运，量化的努塞尔数（Nu），遵循的标度关系类似于那些在研究充分，不可压缩的瑞利-贝纳德问题。这种缩放在2D和3D中都成立，并且不受$ε$的大小的明显影响。
2017-08-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
A Systematic Retrieval Analysis of Secondary Eclipse Spectra III: Diagnosing Chemical Disequilibrium in Planetary Atmospheres
化学不平衡最近已成为凌日系外行星、褐矮星和直接成像系外行星大气研究的一个相关课题。我们提出了一种新的方法来评估类木星大气是否处于化学不平衡状态，通过观测可检测或推断的气体，如H $_2$ O，CH $_4$，CO和H $_2$。我们的假设，根据以前的动力学模型研究，是较冷的大气将显示出更强的迹象，比较热的大气不平衡。我们验证了这一点与化学运输模型，并表明，行星的温度低于$\sim$ 1200 K可能会显示出最强烈的迹象不平衡，由于垂直淬火的CO，我们的新方法是能够捕捉到这个过程。我们还发现，在某些情况下，行星的组成可能会出现在平衡时，它实际上是不是由于简并的垂直混合比剖面的形状。我们确定了八个系外行星的不平衡状态，使用二次日食温度和丰度检索的结果。我们发现，在我们的样本中的所有行星是一致的热化学平衡，在3西格玛。未来的观测需要进一步限制丰度，以明确确定系外行星大气的不平衡。
2013-09-25 astro-ph.EP
Venus boundary layer dynamics: eolian transport and convective vortex
很少有航天器研究金星深层大气的动力学，这是了解表面和大气之间相互作用所必需的。最近的全球模拟表明，地面风的日周期对行星边界层的深度有很大的影响。我们建议使用一个有效的解决模式来描述金星边界层和地面风的影响的第一次。在赤道低平原和高地形以及中午和午夜进行了模拟。在高地形中，一个强的日变化周期被解决，对流层达到当地地面以上7公里，垂直风速为1.3米/秒。低平原的边界层深度与沙丘场的观测波长一致。中午时分，这两个地点的地面风场都足够强大，可以扬起尘埃颗粒并形成微型沙丘。金星上的对流涡旋首次被解析。
2022-10-17 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
Thermo-compositional diabatic convection in the atmospheres of brown dwarfs and in Earth's atmosphere and oceans
通过将对流理论推广到任何类型的热和成分源项（非绝热过程），我们表明，地球海洋中的热盐对流，恒星大气中的指状对流和地球大气中的湿对流都来自相同的一般非绝热对流不稳定性。我们还表明，在棕矮星大气中由CO/CH 4跃迁引发的“辐射对流”与辐射转移类似于湿对流和热盐对流。我们推导出一个广义的混合长度理论，包括在一维码的源项的效果。结果表明，与地球大气中的湿对流相似，CO/CH 4辐射对流可以显著降低棕矮星大气中的温度梯度，从而解释了棕矮星光谱的变红现象。通过使用理想化的二维流体动力学模拟在勒杜不稳定制度，我们表明，成分源项确实可以引起温度梯度的降低。L/T转变可以用绝热和非绝热对流传输之间的分歧来解释，并且可以被看作是一个巨大的冷却危机：液体/蒸汽-水对流流动中沸腾危机的模拟。这种机制与其他化学转变可能存在于许多巨大和类地系外行星中。研究不同参数（有效温度、成分变化）对CO/CH 4辐射对流的影响以及与地球湿对流和热盐对流的类比，为利用褐矮星更好地了解我们地球气候中起作用的物理学的某些方面提供了可能性。
2019-02-10 astro-ph.EP
Susceptibility of planetary atmospheres to mass loss and growth by planetesimal impacts: the impact shoreline
本文研究了微行星撞击对行星大气的影响。大气的演化取决于挥发物的增益与大气剥离损失的比值f_v;对于恒定轰击，f_v<1的大气在有限时间内被破坏，而f_v>1的大气随时间线性增长。用一个碰撞结果公式说明了f_v与小行星碰撞速度、大小分布和组成的关系。低质量和/或靠近恒星的行星具有在撞击中耗尽的大气层，而高质量和/或遥远的行星则会产生次级大气层。将这些结果划分为fv=1的撞击海岸线，类似于Zahnle和Catling的宇宙海岸线。撞击海岸线的位置取决于假设的撞击微行星的性质，因此，对于像地球这样的行星的大气演化的结论只有与这些假设一样强。对系外行星群的应用表明，在~1.5R_earth处行星半径分布的间隙与撞击海岸线重合，这与观测到的间隙对轨道周期和恒星质量的依赖性相似。如果有足够的撞击，缝隙下方的行星预计将失去大气层，而缝隙上方的行星可能会有挥发物含量增加的大气层。大气层变化的程度取决于一颗行星所经历的总轰击，以及该系统的其他行星和微行星（通常未知），尽管大质量的遥远行星的吸积效率很低。低光度恒星周围的宜居带行星更容易受到大气层剥离的影响，如果类似地球的撞击有利于生命的发展，那么M星就不适合作为承载生命的行星的宿主。
2019-10-23 astro-ph.EP
Wind shear and the role of eddy vapor transport in driving water convection on Jupiter
本研究利用EPIC GCM模拟木星对流，发现深层风切变和局地动力学控制对流分布，其中化学机制（水汽平流）是驱动对流最强因素。
2025-05-22 astro-ph.EP
Theory for planetary exospheres: III. Radiation pressure effect on the Circular Restricted Three Body Problem and its implication on planetary atmospheres
行星外太空层在其外部知之甚少，因为中性密度与仪器的探测能力相比很低。因此，外逸层模型往往是这种高空的主要信息来源。本文提出了一种新的方法来分析恒星辐射压对行星外大气层的附加影响。在一系列的论文中，我们提出了一个哈密顿方法的辐射压力的动力学轨迹，密度分布和逃逸的热通量的影响。我们的工作是对Bishop和Chamberlain（1989）研究的概括。在第三篇论文中，我们研究了恒星辐射压对圆形限制三体问题（CR3BP）的影响，也称为光引力CR3BP，以及它对行星外球面逃逸和稳定性的影响，特别是对热彗星。特别是，我们描述了变换的等势和拉格朗日点的位置，我们提供了一个修改后的方程的希尔球半径，包括辐射压力的影响。最后，热木星HD 209458b的应用程序揭示了恒星辐射压力引起的吹脱逃逸制度的存在。
2015-08-03 astro-ph.EP
Unstructured Grid Dynamical Modeling of Planetary Atmospheres using planetMPAS: The Influence of the Rigid Lid, Computational Efficiency, and Examples of Martian and Jovian Application
我们提出了一个新的行星全球环流模式，planetMPAS，最先进的NCAR MPAS大气环流模式的基础上。利用WRF和MPAS的交叉兼容性，planetMPAS包含了大部分用于火星和泰坦等类地行星的planetWRF物理参数化方案。PlanetMPAS还包括一套物理学，代表木星大气的辐射转移，干对流，湿对流及其相关的微观物理学。我们证明，尽管刚性盖近似，planetMPAS是适合模拟火星和木星大气中的气候系统与潜在的应用程序，如土卫六缓慢旋转的行星。使用planetMPAS进行的模拟表明，新模型可以再现火星和木星上观测到的许多特征，例如火星上的季节性CO2循环、极地氩富集、纬向平均温度和定性尘埃不透明度，以及木星上的赤道超旋转和带状纬向风模式。
2022-10-31 astro-ph.EP
The Evolution of Stellar Rotation and the hydrogen atmospheres of habitable-zone Terrestrial Planets
在气态原行星盘内形成的类地行星可以积累大量的氢包层。由于XUV驱动的蒸发，这种大气的演变取决于宿主恒星的活动演变，而宿主恒星本身又敏感地取决于其旋转演变，因此也取决于其初始旋转速率。在这封信中，我们推导出一个简单适用的计算行星大气蒸发的方法，它结合了流体静力学低层大气和流体动力学高层大气的模型。我们发现，中心恒星的初始旋转速率是至关重要的行星大气的演变，可以确定如果一个行星保持或失去其原始的氢信封。我们的研究结果强调，需要一个详细的治疗恒星活动的演变时，研究行星大气的演变。
2015-11-11 astro-ph.EP
Near-UV transit photometry of HAT-P-32 b with the LBT: Silicate aerosols in the planetary atmosphere
宽波段系外行星凌日测光可以在多个选定的过滤器上观察时表征行星大气。这种观测技术可以揭示太阳系外行星光谱中的梯度，例如由气溶胶散射引起的从短到长的光学波长的不透明度下降的斜率。在这项工作中，我们观察到的热木星HAT-P-32 b凌日在最短的波长可能从地面使用大双目望远镜（LBT）。这些数据包括迄今为止拍摄的系外行星过境的最佳地面U波段。与以前发表的中长光波长的宽带观测相比，行星透射谱中存在明显的散射斜率。最有可能的是，散射颗粒是大于0.1微米的硅酸镁气溶胶。我们定义了一个光谱指数来比较HAT-P-32 b的散射特征与其他系外行星的已发表结果。结果表明，在比较样本中，它的振幅非常典型。此外，我们在这个样本中寻找光谱指数与行星平衡温度，表面加速度和恒星活动指标的相关性，但无法揭示任何相关性。
2017-09-18 astro-ph.EP
Analysis of the planetary mass uncertainties on the accuracy of atmospherical retrieval
描述系外行星大气的特性依赖于几个相互关联的参数，这使得很难独立地确定它们。行星质量在决定大气层的尺度高度方面起着类似于气体平均分子量的作用。我们调查的行星质量知识的光谱检索的相关性，确定的情况下，需要质量测量的清晰或多云和主要或次要的大气，以及相关的精度，在欧空局M4阿里尔任务的背景下。我们使用TauREx模拟Ariel任务参考样本的代表性目标的Ariel透射光谱，假设不同的场景：热木星和热海王星的原始多云大气，以及超级地球的次级大气也表现出云的存在。我们提取的信息的各种性质的大气的情况下，未知的质量或质量具有不同的不确定性。我们还测试了信噪比如何影响不同波长范围的大气反演。我们准确地检索原始大气成分独立于质量的不确定性清晰的大气，而我们发现，高海拔云的不确定性增加。我们强调的重要性，信噪比的瑞利散射区域的频谱。对于二次大气的情况下，质量不确定性不大于50%是足够的检索大气参数，即使在云的存在。我们的分析表明，即使在最坏的情况下，50%的质量精度水平也足以产生可靠的检索，而在没有任何行星质量知识的情况下进行大气检索可能会导致多云的主要大气层以及次级大气层的偏差。
2022-12-02 astro-ph.EP
Thermo-Resistive Instability of Hot Planetary Atmospheres
在欧姆耗散、弱磁阻力和强风的存在下，热彗星和其他强受力系外行星的大气层容易受到热不稳定性的影响。当欧姆耗散率随温度的增加快于辐射（冷却）率时，不稳定性发生在以辐射为主的大气区域。不稳定域涵盖了特定的大气压力和温度范围，对于热的类地行星来说，通常是P ~ 3-300 mbar和T ~ 1500- 2500 K，这使得它成为解释一些这样的系外行星的昼侧热“反转”的候选机制。高水平的非热光电离抑制的不稳定性，在最近建立的观测趋势可能的协议。我们强调几个缺点的不稳定性处理在这里提出。了解的出现和结果的不稳定性，这应该会导致当地更热的大气层与更强的阻力水平，将需要全球非线性大气模型与足够的MHD处方。
2012-06-15 astro-ph.EP
Constraining the effect of convective inhibition on the thermal evolution of Uranus and Neptune
天王星和海王星的内部热流仍然是行星科学中主要的悬而未决的问题。天王星令人惊讶的冷有效温度与绝热热演化模型不一致，而海王星的大量内部热流是其接收到的日射量的两倍。在这项工作中，我们约束的影响冷凝，包括潜热和对流抑制的大小，可以对这些机构的热演化。我们发现，虽然效果可以是显着的，它是不足以解决天王星昏暗的问题本身。自洽地考虑潜热释放和稳定层结的影响，假设甲烷丰度为5%，甲烷冷凝可以使天王星和海王星的冷却时间加快不超过15%。水凝结的作用方向相反;水凝结可以减缓天王星和海王星的冷却时间尺度不超过15%，假设12%的摩尔水丰度。我们还限制对流抑制的气象影响。我们证明，足够丰富的冷凝物将放松到一个辐射对流平衡的状态，需要有限的激活能破坏。我们还评论的重要性，考虑对流抑制建模行星内部。
2021-06-08 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
Impact-driven planetary desiccation: The origin of the dry Venus
金星表面水的命运是比较行星学中最重要的突出问题之一。这里提出了一个新的概念来解释水去除蒸汽覆盖的原金星，被称为影响驱动的行星干燥。由于水蒸气气氛在光化学上是不稳定的，因此水蒸气分解成氢和氧。然后，氢很容易通过年轻太阳强烈的极紫外线辐射驱动的流体动力学逃逸进入太空。重点是在行星吸积的最后阶段作为大量还原剂的发电机的强烈撞击轰击。细粒的喷出物通过含铁岩石在热大气中的氧化作用，带走了剩余的氧，这是逃逸的氢的对应物。因此，超高速撞击造成行星表面的净干燥。我构建了一个随机陨石坑模型，使用蒙特卡罗方法来调查的累积质量的非氧化，喷出的岩石，由于强烈的冲击轰击。结果表明，与陆地海洋质量相当的厚蒸汽大气将被移除。释放到大气层中的岩石喷出物的累积质量达到宿主行星的1wt%，这是目前地球大气质量的10000倍。这些结果强烈表明，如此大量的喷出物和行星大气之间的化学反应是了解大气质量及其组成所需的关键因素之一，不仅在太阳系，而且在太阳系外系统。
2015-09-04 astro-ph.EP
A New Line-By-Line General Circulation Model for Simulations of Diverse Planetary Atmospheres: Initial Validation and Application to the Exoplanet GJ 1132b
探索不同的行星大气需要既精确又灵活的建模工具。在这里，我们开发了一个三维大气环流模式（3D GCM），第一次使用线的方法来描述的辐射转移。我们通过与不同的1D和3D模型所做的已发表的结果进行比较来验证我们的GCM。为了证明该模型的通用性，我们将GCM应用到热的地球大小的系外行星GJ 1132 b，并研究其气候和环流，假设大气主要由非生物氧（O $_2$）。我们的模拟结果表明，一个小CO $_2$组成可以改变环流格局大大，加强赤道超旋转特别是。计算的相位分辨光谱表明，超旋转喷流的垂直剖面可以推断在未来的分光光度观测的热点在CO $_2$主要吸收带中心在667厘米$^{-1}$的相移。我们还表明，大气质量可能会受到限制的相位振幅在O $_2$振动的基本频带的行星与O $_2$丰富的大气，虽然进一步的实验和/或理论O $_2$ -O $_2$碰撞引起的吸收数据在高温下需要证实这一点。未来将在GCM中实施更多的物理方案，如潮湿动力学，以便它可以用于解决各种各样的行星气候问题。
2019-05-12 astro-ph.EP
Stellar winds and planetary atmospheres
恒星风与行星的磁层和大气层之间的相互作用涉及许多过程，包括粒子的加速，上层大气的加热以及各种各样的大气损失过程。恒星风会带走恒星的角动量，导致旋转减速和磁场活动衰减，从而保护大气层免受侵蚀。虽然风的相互作用受到恒星的X射线和紫外线活动以及大气的化学成分的强烈影响，但行星磁场的作用尚不清楚。在这一章中，我回顾了我们对恒星活动和风的性质和演化的认识，并讨论了这些过程对行星大气长期演化的影响。我不认为大量的重要过程发生在行星表面，导致大气层和行星内部之间的交换。
2021-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary Spectrum Generator: an accurate online radiative transfer suite for atmospheres, comets, small bodies and exoplanets
我们已经开发了一个在线辐射传输套件（https：psg.gsfc.nasa.gov），适用于广泛的行星物体（例如，行星、卫星、彗星、小行星、TNO、KBO、系外行星）。行星光谱发生器（PSG）可以合成来自任何天文台的宽波长范围（UV/Vis/近IR/IR/远IR/THz/sub-mm/Radio）的行星光谱（大气和表面）。JWST，ALMA，Keck，SOFIA），任何轨道飞行器（例如，ExoMars、Juno）或任何着陆器（例如，MSL）。这是通过结合几种最先进的辐射转移模型、光谱数据库和行星数据库（即，气候和轨道）。PSG有一个3D（三维）轨道计算器，可以计算太阳系中大多数天体和所有已确认的系外行星，而辐射传输模型可以从几个光谱库中摄取数百个物种的数十亿光谱特征。它集成了最新的辐射传输和散射方法，以便通过逐线计算来计算高分辨率光谱，并在中等分辨率下利用高效的相关k方法，而对于计算彗星光谱，PSG处理非LTE和LTE激发过程。PSG包括一个现实的噪声计算器，它集成了几个望远镜/仪器配置（例如，干涉测量法，日冕仪）和探测器技术（例如，CCD、外差探测器、测辐射热计）。这种将先进的光谱方法整合到在线工具中的做法可以极大地服务于行星界，最终能够从遥感数据中检索行星参数，有效的飞行任务规划战略，解释当前和未来的行星数据，校准光谱数据，以及开发新的仪器/航天器概念。
2018-05-23 astro-ph.EP
Computing planetary atmospheres with algorithms derived from action thermodynamics and a novel version of the virial theorem for gravitating polyatomic molecules
本文对等温行星大气的拉普拉斯气压公式提出了一个客观的修正。根据克劳修斯维里定理（将均方根动能等同于重力势能的一半），由于热力学热流和重力的相互作用，要求行星大气具有随高度降低的温度。维里作用假说预测了温度的非绝热递减率，从而为计算大气熵、自由能、分子密度和压力随高度的变化提供了一种实用的方法。值得注意的是，新的公式推导出的大气剖面的物理性质非常类似于地球，金星和火星上观察到的预测。这些新公式为计算大气动力学形态提供了客观依据。气候科学家可能会考虑这个解释性假设的自我组织的行星大气，其可能的相关性预测全球地面温度。
2015-04-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
Global-mean Vertical Tracer Mixing in Planetary Atmospheres I: Theory and Fast-rotating Planets
大多数行星大气的化学和云形成模式采用一维（1D）扩散方法来近似全球平均垂直示踪剂输送。在这个框架中的关键参数，涡流扩散率$K_{zz}$的物理基础，通常是模糊的。在这里，我们分析和数值研究在三维分层大气中的垂直示踪剂输送和预测$K_{zz}$作为一个功能的大尺度环流强度，水平混合由于涡和波和当地示踪剂源和汇。我们发现$K_{zz}$随示踪剂化学寿命和环流强度的增加而增加，但随水平涡动混合效率的增加而减小。我们在行星大气中划分了三个$K_{zz}$区域。在第一个政权，示踪剂的寿命是短的运输时间尺度和水平示踪剂分布下的化学平衡（$χ_0$）是均匀分布在全球范围内，全球平均垂直示踪剂混合行为扩散。但是，在目前的一维模型中，所有化学物质都是通过相同的涡流扩散系数传输的传统假设通常会被打破。我们发现，在一个单一的大气中，不同的化学物种，原则上应该有不同的涡动扩散配置文件。在第二种情况下，示踪剂是短暂的，但$χ_0$是不均匀分布的，一个显着的非扩散组件可能会导致负$K_{zz}$下的扩散假设。在第三个制度的示踪剂是长寿命的，全球平均垂直示踪剂输运也在很大程度上受非扩散效应。快速旋转的纬向对称行星的二维示踪剂输运的数值模拟验证了我们的分析$K_{zz}$理论在一个广泛的参数空间。
2018-08-16 astro-ph.EP
Giant planet interiors and atmospheres
本文综述了太阳系四颗巨行星内部与大气的当前认识，阐述内部结构演化模型原理及其与大气之间的联系，并总结外行星成分、结构及未来挑战。
2024-07-08 astro-ph.EP
The impact of rotation on turbulent tidal friction in stellar and planetary convective regions
恒星和行星对流区的湍流摩擦是驱动恒星和行星内部潮汐流动能耗散和系统演化的关键物理机制之一。这种摩擦作用于这些层中的平衡/非波浪状潮汐和潮汐惯性波。因此，有必要获得这种摩擦的稳健处方。在目前的最先进的，它是由一个湍流涡粘性系数，混合长度理论的基础上，应用于潮汐的速度。然而，目前的处方都没有考虑到旋转的作用，可以强烈影响湍流对流。因此，我们使用的理论比例尺的对流速度和特征lengthscales在旋转的恒星和行星，最近已被证实的3-D高分辨率非线性笛卡尔数值模拟推导出一个新的处方。一个相应的本地模型的潮汐波是用来了解线性潮汐耗散的后果。最后，旋转恒星模型的新网格和行星对流Rossby数的公布值被用来讨论天体物理学的后果。旋转对对流的作用深刻地改变了作用在潮汐上的湍流摩擦。在快速旋转的制度（与对流Rossby数低于0.25），涡动粘度可能会减少了几个数量级。这可能导致平衡潮汐的粘性耗散效率的损失，并导致大部分对流区域中的潮汐惯性波的更有效的复杂和共振耗散。因此，有必要对恒星-行星系统和多恒星的潮汐/旋转演化进行完全耦合的处理，并对潮汐流的变化及其作为旋转函数的耗散进行连贯的处理。
2016-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Pre-conditioned Backward Monte Carlo solutions to radiative transport in planetary atmospheres. Fundamentals: Sampling of propagation directions in polarising media
上下文对来自行星大气的偏振辐射的解释必须依赖于矢量辐射输运方程（vRTE）的解。蒙特卡罗积分的vRTE是一个有价值的方法，其灵活的处理复杂的观察和/或照明几何形状，因为它可以直观地结合精细的物理。目的。我们提出了一种新的预条件反向蒙特卡罗（PBMC）算法求解vRTE，并将其应用于从上面照射的行星大气。作为经典的BMC方法，我们的PBMC算法通过模拟从探测器到辐射源的光子轨迹来构建解决方案，即以实际光子位移的相反顺序。方法.我们发现，在经典的BMC算法中的光子传播方向的采样偏振的忽视导致保守的，光学厚，强偏振介质，如瑞利大气的不稳定和有偏见的解决方案。数值上的困难是避免了预处理的散射矩阵与信息从散射矩阵的先前（在BMC集成顺序）光子碰撞。预处理通过模拟轨迹在光子偏振态中引入历史感。结果PBMC算法是强大的，它的准确性被广泛证明通过与来自文献的例子在不同介质中的散射比较。由于MC积分的收敛速度与积分的维数无关，该方案是一个有价值的选择，用于估计从行星反射的恒星辐射的盘积分信号。这样的工具是相关的系外行星相位曲线的前瞻性研究。我们制定了两个磁盘集成框架，并作为一个应用程序，探讨大气层结对行星相位曲线的影响…
2014-08-18 astro-ph.EP
Magnetised winds and their influence in the escaping upper atmosphere of HD 209458b
Lyman $α$在系外行星凌日期间的观测已被证明对研究恒星风与行星大气之间的相互作用非常有用。它们已被广泛用于约束行星系中无法直接观测到的参数，如行星的质量损失率。通过这种方式，Ly $α$观测可以成为推断行星磁场存在的有力工具，因为预计后者将影响逃逸的行星物质。为了探索磁场对HD 209458 b的Ly $α$吸收的影响，我们运行了一组包括行星和恒星的偶极磁场的3D MHD模拟。我们假设行星两极的表面磁场值在[0 - 5] G的范围内，恒星两极的磁场值在1到5 G之间。我们的模型还包括碰撞和光电离，辐射复合，和辐射压力的近似。我们的结果表明，行星和恒星的磁场改变了Ly $α$吸收剖面的形状，因为它控制着行星磁层的范围和其中中性物质的数量。最能再现HD 209458 b中观测到的吸收的模型（具有恒星风参数的正则值）对应于在极点处<~1高斯的偶极行星场。
2018-06-06 astro-ph.EP
A theory of transmission spectroscopy of hydrodynamic outflows from planetary atmospheres: Spectral-line saturation and limits on mass-loss constraints
Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)（安达卢西亚天体物理研究所）
通过将标准透射几何与稳态球对称等温外流耦合，建立了流体逃逸大气透射光谱理论，揭示了透明度限制和饱和两个区域，并给出了质量损失率可被约束的临界条件。
2026-04-08 astro-ph.EP
Dynamics and Clouds in Planetary Atmospheres from Telescopic Observations
本文综述太阳系行星、泰坦及系外行星的大气结构、气溶胶、化学与动力学，强调两类研究的双向知识迁移，并提出可用现有及未来光学/红外望远镜开展的课题。
2023-12-09 astro-ph.EP
