A One-Dimensional Energy Balance Model Parameterization for the Formation of CO2 Ice on the Surfaces of Eccentric Extrasolar Planets
本研究将CO2冰反照率参数化引入一维能量平衡模型，发现偏心行星需更高轨道平均通量才能解冻，且近星点热量助其退出雪球状态，强调该参数化对评估宜居性的重要性。
2025-01-20 astro-ph.EP
Structure of Surface-H2O Layers of Ice-covered Planets with High-pressure Ice
许多太阳系外的（束缚的）类地行星和自由漂浮的（非束缚的）行星已经被发现。有液态水的束缚和非束缚类地行星的存在是一个重要的问题，特别重要的是它们的可居住性问题。即使是一个全球都被冰覆盖的行星，来自行星内部的地热也可能融化内部的冰，形成一个被冰壳覆盖的内部海洋。在本文中，我们讨论了在行星演化的时间尺度上，类地行星必须满足这样一个内部海洋存在的条件。这个问题是根据行星的质量，到中心恒星的距离，水的丰度和放射性热源的丰度来解决的。此外，我们调查的冰覆盖的行星的表面H2O层的结构，通过考虑冰在高压下的影响（高压冰）。作为一个基准的情况下，1 M $\oplus$行星在1 AU从它的中央恒星和0.6至25倍的地球质量的水可能有一个内部海洋。我们发现，高压冰层可能出现在内部海洋和岩石部分之间的行星上，其H2O质量超过地球的25倍。行星的质量和丰富的地表水强烈限制了太阳系外类地行星可能拥有内部海洋的条件，而海洋下没有高压冰。这种内部海洋下面的高压冰层可能会影响地球的可居住性。
2013-08-01 astro-ph.EP
Clouds in the atmospheres of extrasolar planets. II. Thermal emission spectra of Earth-like planets influenced by low and high-level clouds
我们研究了多层云（低层水云和高层冰云）对绕不同类型恒星运行的类地行星的热发射光谱的影响。由于云的波长依赖性吸收和散射特性，云对行星的发射光谱有重要影响。我们还调查了云的影响，从低分辨率光谱获得行星地面温度的信息的能力。
2011-05-18 astro-ph.EP
The runaway greenhouse on subNeptune waterworlds
水蒸气失控的温室效应对水资源丰富的亚海王星的影响。特别是，有一个非常高的水库存的行星后失控的平衡过程的性质得到解决。从亚失控到超失控的条件跨越阈值导致从冷的深层液体海洋和深层内部冰X相的平衡状态过渡到热的超临界流体内部的状态。对于一个给定的质量，有一个相应的明显的半径膨胀，类似于前面提到的类地行星的失控的温室半径膨胀效应，但在目前的情况下，膨胀涉及行星的整个内部。计算采用AQUA状态方程数据库，简化了内部结构计算。对$\mathrm{H_2}$外加剂、硅酸盐芯和热态与冷态启动演化轨迹的影响进行了一些推测。观测的影响进行了讨论，虽然考虑的现象的质量半径签名的搜索是有限的简并和缺乏数据。
2022-12-05 astro-ph.EP
Extreme Climate Variations from Milankovitch-like Eccentricity Oscillations in Extrasolar Planetary Systems
尽管我们的太阳系主要以圆形轨道为特征，但迄今为止发现的系外行星表明，这是例外而不是规则。这可能会对系外行星的气候产生至关重要的影响，既因为偏心的类地系外行星可能会有极端的季节变化，也因为偏心轨道上的巨行星可能会激发潜在的宜居类地行星的米兰科维奇式变化，在数千年到数百万年的时间尺度上。一个特别有趣的暗示是，地球被认为在过去的10亿年里至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态，当冰盖关闭碳酸盐-硅酸盐循环时，它可能在数百万年的温室气体积累后退出。富含水的太阳系外类地行星有能力承载生命，可能有陷入类似雪球状态的风险。在这里，我们表明，如果一个类地行星有一个巨大的同伴在一个足够偏心的轨道上，它可以经历米兰科维奇振荡的偏心率足够大的幅度融化的雪球状态。
2010-10-11 astro-ph.EP
Tidal Heating and the Habitability of the TRAPPIST-1 Exoplanets
上下文对围绕超冷M矮星TRAPPIST-1运行的七颗行星的质量和半径的新估计允许改进它们的成分、潮汐耗散加热和固体对流去除潮汐热的模型。目标。在这里，我们计算由于太阳辐射和潮汐加热的热通量的内部四个行星。方法.我们应用麦克斯韦粘弹性流变学计算潮汐响应的行星使用的粘度和刚性的金属，岩石，高压冰和液态水/冰I层的体积加权平均。结果我们表明，TRAPPIST-1d和e可以避免进入失控的温室状态。行星e是最有可能支持可居住环境的行星，它的地面温度与地球相似，可能还有液态水海洋。如果行星d的表面反射率至少和地球一样高，它也可以避免温室效应失控。行星b和c离恒星较近，其热通量高到足以引发失控的温室效应，并支持其岩石层表面的火山活动，使其温度过高，不适合生命存在。行星f、g和h距离恒星太远，无法经历显著的潮汐加热，并且可能有固体冰表面，可能有地下液态水海洋。
2019-02-11 astro-ph.EP
Abrupt climate transition of icy worlds from snowball to moist or runaway greenhouse
正在进行的和未来的太空任务旨在确定我们太阳系和更远的地方可能适合居住的行星。行星的可居住性不仅取决于行星当前的恒星日照和大气特性，还取决于其气候的演化历史。有人认为，当它们的宿主恒星变亮时，它们最初的冰盾融化后，冰冷的行星和卫星变得适合居住。在这里，我们通过全球气候模型模拟表明，那些具有不活跃的碳酸盐-硅酸盐循环和低浓度温室气体的冰冷行星和卫星的气候演变并未达到宜居状态。这类行星体的例子有冰质卫星欧罗巴和土卫二，以及某些绕G星和F星运行的冰质系外行星。我们发现，克服行星初始雪球状态所需的恒星通量是如此之大，以至于它们导致了显著的水分流失，并排除了可居住的行星。具体而言，它们超过了潮湿温室极限，即水蒸气在高海拔地区积聚，很容易逃逸，或者超过了失控温室极限，即温室强度增加，直到海洋蒸发。我们认为，一些冰冷的行星体可能会直接过渡到潮湿或失控的温室，而不需要经过一个可居住的类地球状态。
2018-09-05 astro-ph.EP
CO2 condensation is a serious limit to the deglaciation of Earth-like planets
人们普遍认为，碳酸盐-硅酸盐循环是地球和类地行星在冻结状态下由CO $_2$温室效应引起冰川消退的主要因素。在这里，我们使用三维全球气候模型来模拟冻结的行星通过积累足够的气态CO $_2$来逃离冰川的能力。我们发现，如果类地行星的轨道距离大于$\sim$ 1.27 AU（通量$<$ 847 W m $^{-2}$或太阳常数的62 $\%$），则它们可能永远无法摆脱冰川作用，因为CO $_2$会在两极凝结，形成永久的CO $_2$冰帽。这限制了大气中CO $_2$的量，从而限制了其温室效应。能够被捕获在极冠中的CO $_2$的量取决于CO $_2$冰横向流动的效率以及其相对于地下水冰的重力稳定性。CO $_2$冰从两极到赤道的流动主要受底部温度的控制，因此也受内部热通量的控制。我们发现，一个冻结的类地行星位于1.30天文单位的类太阳恒星可以存储多达1.5/4.5/15巴的干冰在两极，内部热通量为100/30/10毫瓦米$^{-2}$。但这些数量是下限。对于有大量水冰覆盖的行星，我们表明CO $_2$冰沉积物应该是重力不稳定的。它们在$\sim$ ~10 $^4$年的地质短时间尺度内被埋在水冰盖下，主要受水冰粘度的控制。CO $_2$将以CO $_2$液体、CO $_2$笼形水合物和/或溶解在冰下水库（如果有的话）的形式永久地隔离在水冰盖之下。这将大大增加捕获的CO $_2$的量，并进…
2017-08-17 astro-ph.EP
The Runaway Greenhouse: implications for future climate change, geoengineering and planetary atmospheres
最终的气候紧急情况是“失控的温室”：炎热和富含水蒸气的大气层限制了热辐射向太空的排放，导致失控的变暖。只有当地表温度达到1400 K左右并发出近红外线辐射时，变暖才会停止，因为水不是一种好的温室气体。这将蒸发整个海洋并消灭所有行星生命。金星在过去经历了失控的温室效应，我们预计随着太阳光度的增加，地球将在大约20亿年内失控。但是，我们目前改变气候的活动是否会过早地带来这样一场灾难？在这里，我们回顾一下关于失控温室的已知信息来回答这个问题，描述了向外辐射的各种限制以及气候将如何在这些限制之间演变。好消息是，几乎所有的证据都使我们相信，即使在原则上，通过向大气中添加二氧化碳等不可冷凝的温室气体来引发完全失控的温室效应也是不可能的。然而，我们对高温和蒸汽大气的动力学、热力学、辐射传输和云物理学的理解还很薄弱。因此，我们不能完全排除人类行为可能导致过渡的可能性，如果不是完全失控，那么至少是比现在更温暖的气候状态。高气候敏感性可能会提供一个警告。如果我们，或者更有可能是我们遥远的后代，受到失控的温室的威胁，那么反射阳光的地球工程可能是生命的唯一希望。... [2句子削减，以满足arXiv字符限制].失控的温室效应在行星科学和天体生物学中也仍然相关：随着太阳系外行星更小，更接近它们的恒星，一些行星将处于失控的温室效应状态。
2012-01-08 astro-ph.EP physics.ao-ph
Sulfur in the Giant Planets, their Moons, and Extrasolar Gas Giant Planets
本文综述了气态巨行星及其卫星的硫化学，涵盖H2S光化学、Io火山硫循环、冰冷卫星表面辐射分解及地下海洋的硫酸盐形成机制，并指出天王星和海王星卫星硫化学研究空白。
2024-10-14 astro-ph.EP
From planetesimals to planets: volatile molecules
太阳系和太阳系外行星是众多研究的主题，旨在确定它们的化学成分和内部结构。在太阳系外行星的情况下，组成是重要的，因为它部分地决定了它们的潜在可居住性。此外，对行星大气化学成分的观测测定也逐渐成为可能，特别是对于凌日行星。目前的工作旨在确定太阳化学组成的恒星系统中形成的行星的化学组成。这项工作的主要目的是为行星形成和演化的模型提供有价值的理论数据，并为未来解释太阳系和太阳系外行星的化学组成提供参考。我们开发了一个模型，利用冰和行星形成模型计算不同恒星系统中行星中冰的组成。给出了太阳系中行星的化学组成、冰岩质量比和C：O摩尔比。从星云最初的均匀成分中，我们产生了各种各样的行星化学成分，这些成分是盘质量和与恒星距离的函数。行星中的挥发性物质主要由H2O、CO、CO2、CH 3OH和NH3组成。冰态或海洋行星的分子丰度比巨行星和岩石行星更高。与冰冷或海洋行星相比，气体巨行星缺乏高挥发性分子，如CH 4，CO和N2。在冰或海洋和气体巨行星中，冰/岩石质量比最大分别为1.01+-0.33和0.8+-0.5，这与行星形成模型中通常假设的2-3的比例不同。气体巨行星大气中的C：O摩尔比至少比太阳值低30%。
2014-07-27 astro-ph.EP
3D modelling of the early Martian Climate under a denser CO2 atmosphere: Temperatures and CO2 ice clouds
根据地质证据，人们常说，由于厚厚的大气层的温室效应，早期火星的气候温暖到足以让液态水在表面流动。我们提出了早期火星气候的三维全球气候模拟，假设一个微弱的年轻太阳和二氧化碳大气压力在0.1和7巴之间。该模型包括一个详细的辐射转移模型，使用修订后的CO2气体碰撞引起的吸收特性，和CO2冰云微物理和辐射特性的参数化。通过使用不同的湿度值、轨道参数、云微尺度参数、大气尘埃负荷和表面特性，探索了各种可能的气候。与今天的火星不同，当压力高于一个巴的几分之一时，地面温度会随着高度的变化而变化，这是因为大气层垂直移动时会绝热冷却和加热。在大多数模拟中，CO2冰云覆盖了地球的大部分，但温室效应不超过+15 K。我们发现，二氧化碳大气不可能使地球上任何地方的年平均温度升高到0°C以上。大气崩溃成永久的二氧化碳冰帽预测压力高于3巴，或相反，如果湿度足够低，在压力低于1巴。夏季日平均地面温度高于0°C（这是一种可能形成河流的条件），在高纬度地区，但不是在大多数山谷网络观测的地方。在没有其他变暖机制的情况下，我们的气候模型结果因此与火星早期寒冷的情景相一致，其中必须发生非气候机制来解释液态水的证据。在华兹华斯等人的一篇配套论文中，我们模拟了这样一个星球上的水文循环。
2012-10-15 astro-ph.EP
Enabling martian habitability with silica aerogel via the solid-state greenhouse effect
今天火星表面的低温和高紫外线辐射水平目前排除了生命在任何地方的生存，除非是在有限的地下壁龛中。以前已经提出了几个使火星表面更适合居住的想法，但它们都涉及大规模的环境改造，在可预见的未来将远远超出人类的能力。在这里，我们提出了一个新的方法来解决这个问题。我们表明，火星表面的广泛地区可以通过固态模拟地球大气温室效应，在未来适合光合作用生命的居住。具体来说，我们通过实验和建模证明，在火星环境条件下，2至3厘米厚的二氧化硅（SiO2）气凝胶层将同时传输足够的可见光进行光合作用，阻挡有害的紫外线辐射，并将温度永久升高到水的熔点以上，而不需要任何内部热源。因此，在火星表面足够多冰的区域放置二氧化硅气凝胶保护层，可以使光合作用生命在那里生存，而随后的干预最小。这种使火星适宜居住的区域性方法比全球大气改造更容易实现。此外，它可以从最少的资源开始系统地开发，并可以在当今地球上的极端环境中进行进一步测试。
2019-07-22 astro-ph.EP
Warm Ice Giant GJ 3470b. I. A Flat Transmission Spectrum Indicates a Hazy, Low-methane, and/or Metal-rich Atmosphere
我们报告了我们对凌日冰巨星GJ 3470 b大气传输的光谱研究，以及新的凯克/MOSFIRE光谱仪对太阳系外行星观测的第一个结果。我们在2.09-2.36微米的带通和这个波长范围内的六个较窄的波段中测量了RP/Rs = 0.0789 +/- 0.0020的行星/恒星半径比。当与现有的宽带测光相结合时，这些测量排除了化学平衡中的无云大气，假设太阳丰度（5.4 sigma置信度）或中等水平的金属富集（50倍太阳丰度，3.8 sigma），证实了以前的结果，即这些模型不代表冷，低质量，外部照射的太阳系外行星。目前的测量结果与平坦的透射光谱相一致，这表明大气层是由高海拔的云和薄雾，不平衡的化学，意想不到的丰度模式，或大气层是非常丰富的金属（> 200倍太阳）。由于GJ 3470 b的低体积密度设定了行星大气富集度的上限<300倍太阳能，因此大气平均分子量必须<9。因此，如果大气层是无云的，其光谱特征应该是可检测的未来观测。较短波长的凌日观测将为区分各种可能的情况提供最佳机会。我们获得了光谱与GMOS摄谱仪，但这些观测表现出很大的系统不确定性，由于薄，持久的卷云条件。最后，我们还提供了第一个详细的步骤，必要的校准MOSFIRE观测，并提供建议，为未来的观测与该仪器。
2013-08-29 astro-ph.EP
Erosion of icy cores in giant gas planets
使用从头算模拟，我们研究水冰是否在巨行星的核心是稳定的，或者它是否溶解到上面的金属氢层中。通过吉布斯自由能的计算，我们发现，当压力在10 ~ 40毫巴之间时，冰-氢界面在温度高于3000 K时是不稳定的，这远远低于木星和土星核-幔边界的温度，即10000 K的量级。这意味着太阳系和太阳系外巨行星的核心至少部分受到侵蚀。
2011-11-27 astro-ph.EP
Retention of surface water on tidally locked rocky planets in the Venus zone around M dwarfs
本文利用双柱湿辐射-对流-下沉模型研究M矮星金星带内潮汐锁定行星从失控温室状态的水凝结过程，发现凝结存在暖不稳定与冷稳定两个平衡态，并量化了塌缩态表面水质量随入射通量、背景气压和温室气体光学厚度的变化。
2025-06-04 astro-ph.EP
Extrasolar planet population synthesis II: Statistical comparison with observation
这是一系列论文中的第二篇，展示了太阳系外行星人口综合计算的结果。在配套文件（文件I）中，我们已经详细介绍了我们的方法。通过应用径向速度调查的观测检测偏差，我们确定了潜在的可检测的合成行星。这些行星的性质在定量统计测试中与精心挑选的实际系外行星子种群的性质进行了比较。我们使用二维Kolmogorov-Smirnov检验来比较合成和观测到的行星的质量距离分布，以及一维KS检验来比较质量，半长轴和[Fe/H]分布。我们发现，一些模型可以解释到一个合理的程度的显着性所观察到的属性。我们同时考虑到许多其他观察到的功能，例如“金属丰度效应”。这让我们相信，我们的模型捕捉到了巨型行星形成的几个基本特征。我们的模拟还使我们能够提取尚未检测到的潜在系外行星种群的特性。例如，我们已经推导出行星初始质量函数（PIMF），并得出结论，迄今为止发现的行星只是冰山一角。PIMF还可以用来预测当径向速度测量的精度提高到0.1 m/s的极端精度时，可探测的太阳系外行星数量将如何变化。
2009-04-16 astro-ph.EP
The Earth as an extrasolar planet: The vegetation spectral signature today and during the last Quaternary climatic extrema
所谓的植被红边（VRE）是指在$700 nm$周围反射率的急剧增加，是植被光谱的一个特征，因此，如果能在未分辨的太阳系外类地行星积分反射率光谱中检测到VRE，则可将其作为生物标志物。在这里，我们调查的植被光谱检测在最后第四纪气候极值，末次冰盛期（LGM）和全新世最佳，过去的气候模拟的潜力。当地球的气候和生物群落图与今天不同时，通过测试这些极端期间的VRE可探测性，我们能够测试与现代地球不同的类地行星上的植被可探测性。来自Biome3.5模型的数据与每个生物群落和云层的可见GOME光谱相关联，以得出给定地球相位和观测者位置的地球综合光谱。然后测量VRE。结果表明，在最后一次气候极值期间，植被仍然是可检测的。与目前的地球相比，全新世最佳与绿色撒哈拉略有增加的平均VRE一方面，而另一方面，在LGM期间的北半球的大冰帽降低植被的可探测性。最后，我们讨论的VRE的可探测性的背景下，最近提出的空间任务。
2009-01-09 astro-ph.EP
Anatomy of rocky planets formed by rapid pebble accretion II. Differentiation by accretion energy and thermal blanketing
我们探讨了岩石行星的加热和分化，通过快速的卵石吸积生长。我们的类地行星生长在冰线之外，最初以质量计吸积了28%的水冰。当原行星达到质量为$0.01\,M_{\rm E}$时，水的吸积停止，此时气体包层变得足够热，使冰升华，并通过循环流将蒸汽输送回原行星盘。$^{26}$ Al衰变释放的能量融化了积冰，形成粘土（层状硅酸盐）、氧化铁（FeO）和一个质量是地球现代海洋十倍的水表层。当有效吸积温度超过300 K时，海气系统发生逃逸温室效应。失控的温室过程蒸发了水层，从而捕获了吸积热，并将表面加热到6,000 K以上。这导致地幔的上部融化并形成全球性的岩浆海洋。金属熔体从硅酸盐熔体和沉积物中分离出来，向岩浆海洋的底部移动;沉积释放的重力能量导致正反馈，行星开始分化，导致整个地幔熔化和分化。因此，所有岩石行星都自然地经历了岩浆海洋阶段。我们证明，地球的小过量的$^{182}$ W（$^{182}$ Hf的衰变产物）相对于辉长岩是一致的，这样的快速核心的形成在5万年内，随后由地球地幔中的W水库与$^{182}$ W-贫材料的行星质量的冲击器的核心平衡，只要平衡度至少是25%-50%，取决于初始的Hf/W比。行星碰撞肯定发生在类地行星主要吸积阶段至少3500万年后。
2023-01-26 astro-ph.EP
Three regimes of extrasolar planets inferred from host star metallicities
大约一半半径小于四个地球半径的太阳系外行星（系外行星）的轨道周期很短。尽管它们数量庞大，但这些行星的组成在很大程度上是未知的。现有的证据表明，它们的组成范围从小的，高密度的岩石行星到低密度的行星，包括岩石核心，被厚厚的氢气和氦气包围。了解从气态行星到类地岩石世界的转变对于估计银河系中潜在的宜居行星数量并为行星形成理论提供约束是很重要的。在这里，我们报告的重元素的丰度（即，金属丰度）的400多颗恒星的600个系外行星候选人，并发现系外行星可以分为三个群体定义的统计上不同的（~ 4.5σ）金属丰度区域。我们将这些区域解释为反映了类地行星（半径小于1.7个地球半径）、具有岩石核心和氢氦包层的气体矮行星（半径在1.7到3.9个地球半径之间）以及冰或气体巨行星（半径大于3.9个地球半径）的形成机制。这些转变对应以及从动力学质量估计推断，这意味着主恒星的金属丰度，这是一个代理的初始固体库存的原行星盘，是一个关键的成分调节结构的行星系。
2014-05-29 astro-ph.EP
The Effect of Seafloor Weathering on Planetary Habitability
传统上，一个可居住的行星是一个可以支持液态水在其表面。适居性取决于温度，而温度是由日照和温室效应决定的，主要是由于二氧化碳和水蒸气。二氧化碳水平因火山释气而增加，并因大陆和海底风化而减少。在这里，我使用一个包括两种风化类型的全球平均气候模型来研究类地行星的气候演变。气候对大陆和海底风化的相对贡献很敏感，即使总风化率是固定的。气候还在很大程度上取决于海底风化对二氧化碳分压的依赖性。这两个因素都是不确定的。类地行星有两种平衡的气候状态：（i）无冰状态，其中释气由两种风化类型平衡，（ii）冰覆盖状态，其中释气仅由海底风化平衡。第二个问题以前没有详细探讨过。对于一些行星来说，这两种状态都不存在，气候在冰覆盖和无冰状态之间循环。对于其他一些行星，两种平衡都存在，气候取决于初始条件。由于恒星演化，日照会随着时间的推移而增加，所以行星通常会先遇到被冰覆盖的平衡。这样的行星将保持被冰覆盖，即使随后出现无冰状态，除非气候受到大的扰动。冰覆盖的平衡态覆盖了类地行星相空间的很大一部分。许多通常被分配到恒星的宜居带的行星可能因此变得不适合居住。
2020-05-18 astro-ph.EP
Spectrum-driven Planetary Deglaciation Due to Increases in Stellar Luminosity
遥远的行星在全球范围内被冰覆盖，“滚雪球”，状态可能取决于其宿主恒星亮度的增加，以成为表面生命的友好。利用大气环流模式（GCM），我们模拟了一颗行星对一系列F-、G-或M-矮星星群的平衡气候响应。允许完全冰盖和至少部分无冰气候状态的星座范围是衡量行星可能表现出的气候滞后的指标。一个有着高气候滞后的冰雪覆盖的行星，随着星座的增加，对表面冰层覆盖的初始损失和一旦冰川消退开始的突然、极端的冰层损失会表现出更高的抵抗力。我们的模拟表明，气候滞后敏感地依赖于宿主星的光谱能量分布。在固定的CO2条件下，一颗环绕M矮星的行星表现出较小的气候滞后，需要一个较小的星座来启动比行星更热，更亮的恒星。这是由于M-矮行星表面的冰和大气中的温室气体和云对近红外辐射的吸收更高。大气中二氧化碳的增加进一步降低了气候滞后，因为M-矮雪球行星比G-矮雪球行星表现出更大的辐射响应。对于较小的滞后，靠近宜居带外缘的行星将在其进化历史中较早解冻，并且将经历较不突然的全球冰盖转变。
2014-03-14 astro-ph.EP
Devolatilization of extrasolar planetesimals by 60Fe and 26Al heating
本研究量化26Al和60Fe放射性同位素加热对系外星子干燥的影响，发现26Al主导加热，但高超新星增丰时60Fe可成主要热源，进而影响低质量系外行星的水含量与形成路径。
2024-02-09 astro-ph.EP
Acceleration of Cooling of Ice Giants by Condensation in Early Atmospheres
行星目前的红外亮度部分来源于行星在形成过程中获得的吸积能量，因此对行星形成过程提供了重要的制约。一颗行星从热的初始状态冷却到现在的状态，通过大气层的辐射发射损失能量。因此，大气的性质影响行星的冷却速率。以前的巨行星冷却理论假设大气成分在整个进化过程中是不变的。然而，行星形成理论认为，在早期阶段，特别是冰巨星的大气层中富含重元素。这些重元素包括诸如水、氨和甲烷的可冷凝物质，预计这些物质对大气温度具有很大影响，并因此通过释放潜热而产生辐射。在这项研究中，我们研究了这种冷凝对行星排放通量的影响，并量化了对冷却时间尺度的影响。然后，我们证明了这些物种的潜热使大气保持高温，从而使排放通量在数十亿年内保持高位，从而加速了冰巨人的冷却。这揭示了一个长期存在的问题，即天王星比理论预测的要暗得多，尽管质量和半径相似，但亮度与海王星不同。此外，我们还发现，具有高度富集大气的年轻冰巨星在中红外线下比那些没有富集大气的冰巨星要亮得多。这为未来太阳系外冰巨星的直接成像提供了重要的意义。
2017-04-25 astro-ph.EP
Energy Budgets for Terrestrial Extrasolar Planets
已经分析了地球的入射能量在地表和大气之间分布的途径。然而，考虑到大气中二氧化碳和水蒸气以及地表冰雪的吸收特性与波长有关，主星的光谱能量分布对轨道行星能量收支的影响可能是显著的。我们已经量化了围绕M-，G-和F-矮星的水行星上的能量流动，使用静态海洋的3D全球气候模型。一颗M-矮行星的大气层和表面接收相当于现代太阳常数88%的星座，在大气层顶部吸收的恒星辐射比接收100%现代太阳常数的G-矮行星多12%，比接收108%现代太阳常数的F-矮行星多17%，这导致了这三颗行星上的气候与现代地球相似，假设24小时的自转周期和固定的二氧化碳。在100%的星座，同步旋转的M-矮行星表现出较小的通量吸收在大气层和表面上的向阳面，和向阳面的平均地面温度是37 K冷比其快速旋转的对应。能量预算图被包括在内，以说明作为宿主恒星光谱类别的函数的全球能量预算的变化，并有助于行星的可居住性评估，因为它们被发现。
2019-09-16 astro-ph.EP
Scattered polarized radiation of extrasolar circumplanetary rings
我们研究了由球形微米级颗粒组成的环行行星环对太阳系外气体巨星净散射光偏振的影响。使用三维蒙特卡罗辐射转移程序POLARIS，我们研究了定义环的宏观参数，如其半径和倾角，以及环粒子的化学成分对净散射偏振的影响。对于球形环状粒子，我们应用了Mie散射理论。我们研究了恒星散射辐射的通量和偏振随行星相位角和波长的变化，从光学到近红外。对于所选的粒度分布，环中的尘埃粒子在所考虑的波长下显示出强烈的前向散射。因此，行星的反射通量在小相位角处占总反射和偏振通量的主导地位。然而，环的散射和偏振通量在大相位角时增加，并超过总的反射行星通量。对于含有硅酸盐颗粒的大环，总反射通量主要由环中尘埃在所有相位角散射的辐射决定。结果，偏振取向在小相位角处平行于散射平面。相反，对于含有水冰颗粒的环，偏振的取向在大相位角处平行于散射平面。根据环的倾角和方向，总的反射和偏振通量也显示出特定的分布。与较小颗粒相比，大颗粒在大相位角处显示出强极化。对于一个含有甲烷和气溶胶的类彗星大气，甲烷吸收特征在环状行星的光谱中是缺失的。
2023-02-13 astro-ph.EP
The Onset of a Globally Ice-covered State for a Land Planet
表面有少量水的类地行星的气候被称为陆地行星，与表面有大量水的行星的气候有很大的不同。陆地行星比水行星有更高的失控温室阈值，这将宜居带的内边缘向内延伸。陆地行星也有避免全球冻结的优势，由于干燥的热带地区，导致较低的行星温度。在这项研究中，我们系统地研究了完整的冻结极限不同的地表水分布使用三维动态大气模式。与之前的研究一样，我们发现陆地行星的气候具有干燥的热带，导致雪和云较少。完全冻结的极限从水行星（92%S0，其中S 0是地球目前的日照）下降到陆地行星（77%S0），干燥面积增加。纬向均匀地表水分布的完全冻结极限的值始终低于纬向均匀地表水分布的值。这是因为在赤道均匀的情况下，热带地区的地表水分布会导致冰-水反馈，直到行星进入完全冻结状态。对于使用类地行星地形的地表水分布，完全冻结极限的值接近于均匀分布情况下的值。我们的研究结果表明，水的分布是重要的全球冰覆盖状态的类地系外行星的发病。
2021-11-25 astro-ph.EP
Habitability of waterworlds: runaway greenhouses, atmospheric expansion and multiple climate states of pure water atmospheres
纯水大气层有四种不同的稳定气候状态，可能存在于所谓的“水世界”。我把这些作为太阳常数的函数绘制出来，这些行星的大小从火星大小到10个地球质量不等。这些状态是：全球冰覆盖（Ts<245 K），寒冷潮湿（270 < Ts<290 K），炎热潮湿（350< Ts<550 K）和非常炎热干燥（Ts<900 K）。290< Ts <350 K或550 < Ts <900 K不存在稳定气候。湿热气候和冷湿气候的结合描述了液态水宜居带，其宽度和位置取决于行星的质量。在每个太阳常数下，两个或三个不同的气候状态是稳定的。这是太阳光的热发射和净吸收两者的强非线性的结果。在行星大小的范围内，我解释了大气层在变暖时向高空扩张的原因。发射面和吸收面（单位光学深度）移向高空，使它们的面积大于行星表面，因此发射更多的热辐射，吸收更多的阳光（前者占主导地位）。小行星的大气层由于引力较弱而膨胀得更多：火星的有效失控温室阈值大约高出35 Wm-2，地球或金星高出10 Wm-2，但对于10个地球质量的行星来说只高出几Wm-2。有一个潜在的（忽略膨胀）趋势，即失控的温室阈值随着行星的大小而增加（10个地球质量的行星比火星高40 Wm-2）。总结这些相反的趋势意味着金星大小（或略小）的行星最容易受到失控的温室效应的影响。纯水大气的宜居带非常狭窄，日照范围为太阳常数的0.07倍。一个更宽的宜居带需要背景气体和温室气体;地球上…
2015-03-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Modelling climate diversity, tidal dynamics and the fate of volatiles on TRAPPIST-1 planets
TRAPPIST-1行星对于研究我们太阳系以外的比较行星科学和可能的可居住性是非常宝贵的。首先，我们从N体模拟中得出可能的行星演化场景，并表明每个行星都可能处于同步旋转状态。然后，我们使用一个三维全球气候模型来探索TRAPPIST-1系统的冷行星的可能气候。特别是，我们研究了冷却行星所需的条件，以防止可能的挥发性物质因永久冷凝、不可逆转的掩埋或光化学破坏而丢失。我们还探讨了相同的挥发物（当在凝聚相）失控的温室过程的弹性。我们发现，由N2，CO或O2组成的背景大气对大气塌陷具有抵抗力。然而，TRAPPIST-1行星应该很难积累大量的温室气体，如CO2，CH 4或NH 3。二氧化碳很容易在夜面凝结，形成流向亚恒星区域的冰川。一个完整的CO2冰覆盖是可能的，只有在TRAPPIST-1g和h上，尽管CO2冰沉积物可能是重力不稳定的，并在地质学上的短时间内被埋在水冰壳下。鉴于TRAPPIST-1行星的极紫外线照射量很大（至少是泰坦通量的1000倍），CH 4和NH3应该会迅速光解，因此很难在大气中积累。然后，光化学雾可以沉积并形成托林的表面层。关于可居住性，我们确认，几巴的CO2将足以温暖的表面的TRAPPIST-1f和g以上的熔点的水。我们还表明，TRAPPIST-1 e是一个显着的候选人的表面可居住性。如果这颗行星今天是同步的，并且有丰富的水，那么它应该总是维持表面液态水，至少在亚恒星区…
2017-11-10 astro-ph.EP
Transition from eyeball to snowball driven by sea-ice drift on tidally locked terrestrial planets
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是未来潜在可居住系统的大气特征的主要目标，特别是附近的三个-Proxima b，TRAPPIST-1 e和LHS 1140 b。以前的研究表明，如果这些行星表面有海洋，它们将处于类似眼球的气候状态：在亚恒星点附近没有冰，其余区域被冰覆盖。然而，气候系统的一个重要组成部分--海冰动力学在以往的研究中没有得到很好的研究。一个基本的问题是：面对全球冰雪覆盖的雪球状态，开放的海洋是否稳定？在这里，我们表明，海冰漂流冷却海洋表面时，冰流动到温暖的亚恒星区域，并通过吸收海洋和覆盖空气的热量融化。结果，当大气中的温室气体并不比地球上丰富得多时，开阔的海洋就会缩小，甚至会消失，使地球变成一个雪球状态。这发生在同步旋转和自旋轨道共振（如3到2）。这些结果表明，海冰漂移强烈地减少了开放的海洋面积，并可能显着影响潮汐锁定行星的可居住性。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Exploring the faint young Sun problem and the possible climates of the Archean Earth with a 3-D GCM
人们提出了不同的解决方案来解决“暗淡的年轻太阳问题”，这一问题的定义是，尽管太阳较暗，但地球在太古代并没有完全冻结。以前的研究大多是用简单的一维辐射对流模式进行的，没有很好地考虑云和冰的反馈或大气和海洋的能量传输。我们应用一个全球气候模式（GCM）来测试不同的解决方案的微弱的年轻太阳的问题。我们探索温室气体（CO2和CH 4），大气压力，云滴大小，陆地分布和地球自转速率的影响。我们表明，忽略有机烟雾，100毫巴的CO2与2毫巴的CH 4在3.8 Ga和10毫巴的CO2与2毫巴的CH 4在2.5 Ga允许温带气候（平均地面温度之间10°C和20°C）。这些温室气体的数量与地质数据保持一致。移除大陆会产生低于+4 ° C的变暖。旋转速率的影响甚至更有限。较大的液滴（半径为17微米对12微米）和大气压力的两倍会产生类似的+7 ° C左右的变暖。在我们的模型中，无冰水带可以保持高达25°N/S，CO2小于1 mbar，没有甲烷。一个有趣的云反馈出现在寒冷的海洋上方，停止了冰川作用。这种对完全冰川作用的抵抗力往往会大大减轻年轻太阳微弱的问题。
2013-10-16 astro-ph.EP
Water-Trapped Worlds
虽然潮汐锁定的可居住行星围绕附近的M矮星运行，是寻找太阳系外生命的最佳天文目标之一，但它们也可能缺乏挥发物和水。这类行星的气候模型显示，大气将水从昼面输送到夜面，在那里它以雪的形式沉淀下来，并以冰的形式被捕获。由于冰在积累时只会缓慢地流回向阳面，因此所产生的水文循环可以将大量的水以向阳面冰的形式截留下来。使用冰盖的动力学和几何约束，我说明了如何与地球的海洋不到四分之一的行星可以捕获其大部分的表面水的夜面。这将使它们的白昼，即满足居住条件的地方，潜在地干燥。向阳面残留液态水的数量和分布取决于各种地球物理因素，包括当向阳面洋盆干涸时岩石风化调节大气CO2的效率。与地球上更丰富的水自由流动的世界相比，有干燥日照面的水捕获世界可能提供与陆地行星相似的可居住性优势。
2013-07-08 astro-ph.EP
Taxonomy of the extrasolar planet
当一颗恒星被描述为光谱类别G2 V时，我们知道这颗恒星与我们的太阳相似。我们知道它的大致质量、温度、年龄和大小。当使用太阳系外行星数据库时，有一个分类尺度（分类）是非常有用的，例如，哈佛恒星分类。分类法必须易于解释，并提供有关太阳系外行星的最相关信息。我提出了以下的太阳系外行星分类尺度与四个参数。第一个参数是关于太阳系外行星的质量，以其他已知行星的质量为单位，其中M代表水星的质量，E代表地球的质量，N代表海王星的质量，J代表木星的质量。第二个参数是行星与母恒星的距离（半长轴），以10为底的对数表示。第三个参数是太阳系外行星的平均戴森温度，我为它建立了四个主要的温度等级; F代表冻结类，W代表水类，G代表气体类，R代表烘烤类。然而，我设计了一个额外的类：P，脉冲星类，它涉及围绕脉冲星运行的太阳系外行星。第四个参数是偏心率。如果太阳系外行星表面的属性已知，我们就能够建立这个附加参数，其中t代表类地行星，g代表气态行星，i代表冰行星。根据这个分类尺度，例如地球是1 E0 W 0 t，海王星是1N1.5F0i，太阳系外行星55 Cnc e是9 E-1.8R1。关键词：目录-太阳系外行星-宜居带-行星
2012-04-11 astro-ph.EP
Assessing the Habitability of the TRAPPIST-1 System Using a 3D Climate Model
TRAPPIST-1系统为研究多个太阳系外类地行星及其大气层提供了一个非凡的机会。在这里，我们使用国家大气研究中心社区大气模型版本4来研究TRAPPIST-1系统中行星的可能气候和可居住性。我们假设海洋覆盖的世界，大气层由N2，CO2和H2O组成，并根据观测定义了轨道和地球物理特性。模型结果表明，内三颗行星（b、c和d）目前位于传统液态水宜居带的内缘。因此，如果水曾经存在于内行星上，它们将经历一个失控的温室效应，并将水流失到太空中，使它们今天干燥。相反，外三颗行星（f、g和h）落在宜居带的最大二氧化碳温室外缘之外。模型结果表明，尽管有高达30 bar的CO2大气，外行星也不会变暖，而是进入雪球状态。中间的行星（e）代表了TRAPPIST-1系统中目前可居住的海洋覆盖世界的最佳机会。行星e可以维持至少一些可居住的表面区域，0 - 2巴的CO2，这取决于背景N2含量。对于一个被海洋覆盖的行星e来说，在1 bar的N2和0.4 bar的CO2或1.3 bar的纯CO2大气中，可以保持接近今天的地球地面温度。
2018-03-31 astro-ph.EP
3D climate modeling of Earth-like extrasolar planets orbiting different types of host stars
一颗类地行星的潜在可居住性通常由其表面可能存在的液态水来定义。液态水的潜在存在取决于许多因素，例如，最重要的是，地面温度。因此，行星大气的性质及其与行星主星提供的辐射能的相互作用具有决定性的重要性。在这项研究中，我们调查的影响，不同的主序星气候的类地太阳系外行星和他们的潜在的可居住性，通过应用三维地球气候模型占当地和动力学过程。这些计算是针对具有类地大气层的行星进行的，这些行星的轨道距离是从各个宿主恒星接收的能量总量等于太阳常数。与以前的三维建模研究相比，我们包括臭氧辐射加热对大气垂直温度结构的影响。得到的全球轨道平均结果进行了比较的一维辐射对流气候模式。不同的恒星光谱能量分布导致不同的地面温度，并且由于臭氧加热导致非常不同的垂直温度结构。与之前的一维研究一样，我们发现K型恒星周围的类地行星的地面温度更高，而F型恒星周围的行星的温度比太阳周围的类地行星低。然而，这种效应在3D模型结果中比在1D模型中更明显，因为3D模型考虑了诸如冰蒸发和水蒸气反馈的反馈过程。1D模型是否可以近似于3D模型结果的全球平均值在很大程度上取决于1D模型中相对湿度分布的选择，该分布用于确定水蒸气分布。
2015-04-07 astro-ph.EP
Exoplanet Science Priorities from the Perspective of Internal and Surface Processes for Silicate and Ice Dominated Worlds
太阳系外行星的天体物理学是一个经常被认为是短期观测无法触及的科学课题。这一现实绝不会削弱地球物理现象在塑造行星结果方面的核心作用，从形成到热和化学演化，再到表面和近表面可居住性的许多问题。我们强调，为了平衡地了解太阳系外行星，重要的是要超越当前观测工具的自然偏差，并积极寻求独特的途径，在内部组件更直接访问之前的长期过渡期间尽可能好地了解系外行星内部。这些途径包括但不限于：（a）加强理论和数值建模，（b）对关键材料特性进行实验室研究，（c）通过对大气和轨道特性留下的印记进行间接推断来测量地球物理特性，以及（d）有目的地使用太阳系天体探索，因为它在比较行星学和系外行星类似物方面具有价值。打破当地太阳系探索的障碍，包括研究地球自己的内部深处，与太阳系外行星研究分开并在财政上竞争，可能会大大提高太阳系外行星物理学所需的科学进步速度。随着未来几年已知的岩石和冰系外行星数量的增加，我们预计对“外地球科学”专业知识的需求将以惊人的速度增长。我们强调的关键主题，包括：冰壳下的水海洋如何可能占主导地位的总可居住性，我们的银河系体积，如何自由浮动的游牧行星可能经常获得可居住的地下海洋放射性核素衰变的支持，以及如何深入内部可能会严重通过发电机驱动的磁场与大气质量损失相互作用。
2018-04-13 astro-ph.EP physics.geo-ph
Tohoku-Hiroshima-Nagoya planetary spectra library: A method for characterizing planets in the visible to near infrared
目前还没有一个比较不同行星光谱数据的综合框架，但在研究太阳系外行星和太阳系内天体时需要这样一个框架。我们已经进行了观测，以编制一个图书馆的行星光谱的所有行星，一些卫星，和一些矮行星在太阳系，以研究他们的一般光谱和光度性质。在2008年5月和11月期间，我们使用TRISPEC获得了行星的光谱，TRISPEC能够在0.45 - 2.5微米的宽波长范围内同时进行三波段光谱分析，分辨率低（λ/Δ λ为140 - 360）。从光谱对比中可以看出模式。通过分析它们的光谱和光度特性，我们发现可以区分气体行星、土壤行星和冰行星。这些方法可以应用于太阳系外观测使用低分辨率光谱或宽带滤波器。目前的行星光谱图书馆是第一个包含太阳系所有行星观测光谱的图书馆，其基础是同时观测可见光和近红外波长。该数据库将为分析太阳系外行星光谱和校准行星数据集提供有用的参考。
2009-09-15 astro-ph.EP
Extrasolar planet population synthesis IV. Correlations with disk metallicity, mass and lifetime
上下文这是一系列显示行星人口综合计算结果的论文中的第四篇。目标。本文的目的是系统地研究盘的重要性质，即盘金属丰度、质量和寿命对行星基本性质的影响。方法.对于大量的原行星盘，我们计算了一个人口的行星与我们的核心吸积形成模型，包括行星迁移和磁盘的演变。结果我们发现了大量的相关性：关于行星的初始质量函数，金属丰度，磁盘质量和磁盘寿命有不同的角色：对于高[Fe/H]，巨行星更频繁。对于高质量的盘，巨行星的质量更大。对于长的盘寿命，巨行星既更频繁，质量也更大。在低金属丰度时，非常巨大的巨行星无法形成，但除此之外，巨行星的质量和金属丰度是不相关的。相比之下，行星质量和盘气体质量是相关的。巨型行星形成的最佳位置是5天文单位。在这个距离之内和之外，需要更高的星子表面密度。低金属丰度可以被高盘质量所补偿，反之亦然，但不是无限的。在低金属丰度时，巨行星只在冰线外形成，而在高金属丰度时，巨行星形成发生在整个磁盘上。迁移的程度随着盘质量和寿命的增加而增加，通常随着金属丰度的增加而减少。金属丰度和巨行星的半长轴之间没有明确的相关性，因为在[Fe/H]低的盘中，行星开始更远，但迁移更多，而在[Fe/H]高的盘中，它们开始更远，但迁移更少。结论.原行星盘的性质决定了行星的性质，并留下许多印记。
2012-01-04 astro-ph.EP
3D climate modeling of close-in land planets: Circulation patterns, climate moist bistability and habitability
经典的宜居带的内边缘通常由触发失控的温室不稳定性所需的临界通量来定义。然而，这种临界通量的一维概念对于非均匀辐射的行星，或者当水含量有限时（陆地行星）可能不那么相关。在这里，根据我们的三维全球气候模式的结果，我们发现，当赤道Rossby变形半径显着超过行星半径的环流模式可以从超旋转恒星/反恒星环流。使用分析和数值参数，我们还证明了平均地面温度或温度分布预测从一维或三维模拟之间的系统偏差的存在。包括一个完整的水循环模型，我们进一步证明，对于陆地行星比经典的宜居带的内边缘更接近，两个稳定的气候制度可以存在。一种是经典的失控状态，另一种是坍缩状态，其中水被捕获在永久的冷阱中。我们确定这种“潮湿”的双稳态之间的竞争的结果温室效应的水蒸气和它的冷凝。我们还提出了合成光谱显示这两个国家的可观察到的签名。以处于这种状态的两颗原型行星为例，即Gl 581 c和HD 85512 b，我们认为它们的表面可能积累了大量的水冰。如果存在这样厚的冰盖，重力驱动的冰流和地热通量应该发挥作用，在冰盖的边缘和/或底部产生长寿的液态水。因此，不能排除轨道距离小于经典宜居带内缘的行星的宜居性。在这一制度中的凌日行星代表了即将到来的像ECHO和JWST这样的天文台的有希望的目标。
2013-03-28 astro-ph.EP physics.ao-ph
Co-evolution of atmospheres, life, and climate
在地球诞生之后，我们的主星太阳的亮度比今天低了20%到25%。如果没有类似温室的条件来温暖大气层，我们早期的星球将是一个冰球，生命可能永远不会进化。但生命确实进化了，这表明温室气体必须存在于早期地球上，以使地球变暖。来自地质记录的证据表明温室气体CO2的丰度。甲烷可能也存在，在这方面，产甲烷细菌，属于一个不同的厌氧原核生物群，将二氧化碳和氢气发酵成甲烷，可能有助于改变早期的大气。分子氧并不存在，正如对那个时代岩石的研究所表明的那样，它含有碳酸铁而不是氧化铁。多细胞生物起源于菌落中的细胞，这些细胞变得越来越专业化。光合作用的发展使得太阳的能量可以被生命形式直接获取。生成的氧气在大气中积累，在高层大气中形成臭氧层。在臭氧层吸收有害紫外线辐射的帮助下，生命在地球表面定居。我们自己的星球就是一个很好的例子，说明生命形式如何在行星的生命周期中改变大气层。我们表明，这些事实必须考虑到当我们发现和表征大气的类地系外行星。如果生命是在一颗行星上起源和进化的，那么应该可以预期，生命和大气之间发生了强烈的共同进化，其结果是行星的气候。
2010-05-20 astro-ph.EP
Habitable Zones Around Main-Sequence Stars: New Estimates
在其他恒星的宜居带（HZ）中识别类地行星是正在进行的径向速度和过境系外行星调查以及拟议的未来空间任务的主要目标之一。目前大多数对HZ边界的估计都是基于Kasting等人的一维无云气候模式计算。（1993年）。在Kasting等人的HZ的内边缘。（1993）模型由水分损失确定，外缘由CO2大气提供的最大温室效应确定。在我们的太阳系中，这个模型的HZ宽度的保守估计是0.95-1.67 AU。在这里，一个更新的1-D辐射对流，无云气候模式被用来获得新的估计HZ宽度周围的F，G，K和M星。从HITRAN 2008和HITEMP 2010逐行数据库中得出的新的H2O和CO2吸收系数是对气候模型的重要改进。根据新模型，我们的太阳系的水分损失（内HZ）和最大温室效应（外HZ）极限分别为0.99 AU和1.70 AU，这表明现在的地球位于内边缘附近。对有效温度在2600 K和7200 K之间的恒星进行了额外的计算，结果以参数形式呈现，使其易于应用于实际恒星。新的模型表明，在HZ的内边缘附近，对于T_{eff} ~< 5000 K的恒星，失控的温室效应和水分损失极限之间没有明显的区别，这对K和M恒星周围正在进行的行星搜索具有影响。为了评估太阳系外类地行星的潜在可居住性，我们建议使用入射到行星上的恒星通量而不是平衡温度。我们的模型不包括云的辐射效应;因此，实际的HZ边界可能在两个方向上比刚才给出的估计…
2013-02-07 astro-ph.EP
Far infrared measurements of absorptions by CH4+CO2 and H2+CO2 mixtures and implications for greenhouse warming on early Mars
我们提出了一个实验研究，在40和640厘米$^{-1}$之间的吸收，由CO $_2$，CH $_4$和H $_2$气体以及由H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$混合物在室温下。一个傅里叶变换光谱仪关联到一个多程池，其光学器件进行调整，以获得152米的路径长度，被用来记录在总压力高达约0.98巴的透射光谱。这些测量提供了关于碰撞诱导吸收（CIA）带以及关于CO $_2$ 15 $μ$ m带的翼的信息。我们的纯气体的CIA的结果，在不确定性，与以前的测定，验证我们的实验和数据分析程序的协议。然后，我们考虑通过H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$以及纯CO $_2$ 15 $μ$ m带的低频翼的CIA，据我们所知，没有先前的测量。我们通过实验证实了Wordsworth et al. 2017的理论预测，即在50-550 cm $^{-1}$区域，H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$ CIA分别显著强于H $_2$ +N $_2$和CH $_4$ +N $_2$。然而，我们发现，这些记录的CIA的形状和强度与上述预测不同。对于纯CO的$_2$线翼，我们表明，无论是$χ$ -因子推导出的测量附近4 $μ$ m和线混合模型非常好地描述所观察到的强烈的亚洛伦兹行为在500-600厘米$^{-1}$区域。这些实验结…
2018-11-21 astro-ph.EP physics.atm-clus physics.chem-ph
The CORALIE survey for southern extrasolar planets XVII. New and updated long period and massive planets
自1998年以来，La Silla天文台的CORALIE阶梯光栅摄谱仪在南半球50 pc以内的主序星周围进行了行星搜索计划。通过超过14年的观测时间跨度，CORALIE调查现在能够揭示木星周期域上的类木行星。这种不断增长的周期间隔覆盖范围是重要的形成和迁移模型，因为观测的限制仍然很弱，超过冰线的时期。使用CORALIE阶梯光栅摄谱仪进行的长期精确多普勒测量，以及使用ESO 3.6米望远镜上的HARPS摄谱仪进行的一些额外观测，揭示了长周期轨道上大质量行星伴星的径向速度特征。在这篇论文中，我们提出了7颗新的行星，它们围绕着HD27631、HD98649、HD106515A、HD166724、HD196067、HD219077和HD220689运行，同时还提供了围绕着HD10647、HD30562和HD86226运行的三颗已知行星的CORALIE轨道参数。新的行星伴星的周期范围从2200到5500天，覆盖的质量域在1到10.5兆焦耳之间。令人惊讶的是，其中五个具有相当高的偏心率，e>0.57。对于HD106515Ab和HD196067b这两颗在多个系统中绕轨道运行的恒星，可以调用Kozai机制的抽运方案。由于无法从HD 98649 b、HD 166724 b和HD 219077 b的数据中推断出第三个大质量天体的存在，因此这些系统的偏心率的来源仍然未知。除了HD10647 b，依巴谷天…
2013-01-23 astro-ph.EP
Generalized Milankovitch Cycles and Longterm Climatic Habitability
虽然地球的轨道从未远离圆形，但其他恒星周围的类地行星可能会经历离心率的重大变化，这可能导致气候变化，包括可能的“相变“，如雪球转变（或相反）。有证据表明，在过去的十亿年里，地球至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态，人们认为这是在几百万年后退出的，因为全球冰盖关闭了碳酸盐-硅酸盐循环，从而允许温室气体积累到足够的浓度来融化冰。由于冰雪的高覆盖度引起的正反馈，容易陷入雪球状态可能是富含水的行星的一个普遍特征，具有承载生命的能力。本文有两个主要的主旨。首先，我们重新审视一维能量平衡气候模型作为探测系外行星可能的气候的工具，研究这种模型的尺度，并引入一个简单的算法来处理全球冻结行星上冰层的融化。我们表明，如果一个类地行星经历了米兰科维奇一样的振荡偏心率是足够大的幅度，它可以融化的雪球状态。其次，我们研究了由于巨大伴星的引力影响，类地行星可能经历的偏心率变化的类型。我们表明，一个巨大的行星在一个足够偏心的轨道上可以激发极端的偏心率振荡的轨道上的可居住的类地行星。更一般地说，这两个结果表明，一个类地行星的长期可居住性（和天文观测值）可以取决于它所居住的行星系的详细结构。
2010-06-07 astro-ph.EP
The Comparative Exploration of the Ice Giant Planets with Twin Spacecraft: Unveiling the History of our Solar System
在为欧洲航天局2015-2025年宇宙愿景方案的第二和第三次L级飞行任务选择科学主题的过程中，对冰巨星天王星和海王星的探索被定义为“一个及时的里程碑，完全适合L级飞行任务”。在拟议的科学主题中，我们提出了在一个L级任务框架内探索行星及其卫星的科学案例，并提出了一个可以实现这一结果的任务方案。在这项工作中，我们提出了一个更新和更完整的讨论的科学原理和任务概念的冰巨行星天王星和海王星及其卫星系统的比较探索与双航天器。比较研究这两个相似但截然不同的系统的第一个目标是对太阳系的古老历史以及塑造其形成和演化的过程进行新的阐述。反过来，这将揭示太阳系和迄今为止发现的非常多样化的太阳系外系统是否都有一个共同的起源，或者不同的环境和机制是否对它们的形成负责。前往冰巨星的太空任务也将开辟一种可能性，即利用天王星和海王星作为研究银河系中最丰富的太阳系外行星之一的模板。最后，这一飞行任务将能够详细研究直接探索覆盖范围很小的离太阳一定距离范围内的行星际和引力环境，改善对引力基本理论以及对太阳风和行星际磁场行为的限制。
2014-09-11 astro-ph.EP astro-ph.SR gr-qc
Direct Imaging and Spectroscopy of a Young Extrasolar Kuiper Belt in the Nearest OB Association
我们描述了在HD 115600周围发现的一个明亮的、年轻的柯伊伯带状碎片盘，它是一个$\sim$ 1.4- 1.5 M $_\mathrm{\odot}$，$\sim$ 1500万年前的Sco-Cen OB协会成员。我们从\textit{Gemini Planet Imager}得到的H波段日冕照相/积分场光谱显示，该环的半长轴（光度标度）为（$\sim$ 22 AU）$\sim$ 48 AU，类似于目前的柯伊伯带。这个圆盘似乎有中性的散射尘埃，是偏心的（e $\sim$ 0.1--0.2），可能是由类似于外太阳系行星的类似物雕刻而成的。盘柄的光谱显示了一个略带蓝色到灰色的盘色，与柯伊伯带的主要化学成分一致，其中水冰是一个非常合理的主要成分。HD 115600的碎片环和行星系除了是下一代极端自适应光学系统（即SCExAO、GPI、SPHERE）发现的第一个天体外，还为太阳系的早期演化、柯伊伯带的结构和组成以及碎片盘和行星之间的相互作用提供了关键的参考点。
2015-05-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Clouds in the atmospheres of extrasolar planets. III. Impact of low and high-level clouds on the reflection spectra of Earth-like planets
我们研究了低层水和高层冰云对不同类型恒星的类地行星在可见光和近红外波段的低分辨率反射光谱和行星反射率的影响。我们使用一个一维的辐射对流稳态大气模型耦合的参数云模型，在地球大气中的观测的基础上，研究这两种云类型的反射光谱和类地太阳系外行星在低分辨率的各种类型的中心恒星的反射率的影响。我们发现，云的高散射效率基本上导致反射光的量和吸收带的相关深度基本上大于相应的晴空条件。低层云的散射光学厚度比高层云大，对光谱的影响比高层云大。云的存在大大增强了紫外-近红外波长范围内分子特征的可探测性。然而，在低分辨率反射光谱中的各种化学物种的可探测性强烈地依赖于入射恒星辐射的光谱能量分布。与反射光谱相反，光谱行星反射光谱使得分子特征能够在不直接影响恒星辐射的光谱能量分布的情况下被检测到。在这里，云增加了行星和各自中心恒星的辐射通量之间的对比度约一个数量级，但由此产生的对比度值仍然太低，无法用当前一代的望远镜观察到。
2011-08-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Abundance of Atmospheric CO2 in Ocean Exoplanets: A Novel CO2 Deposition Mechanism
我们认为，超地球大小的行星，有一个水团的分数是足够大，形成一个外部地幔组成的高压水冰的多晶型物，缺乏大量的H/He的气氛。我们认为这样的行星在它们的宜居带，因此它们最外层的凝聚地幔是一个全球性的深层液态海洋。对于这些海洋行星，我们调查潜在的内部水库的CO2;溶解在海洋中的CO2的量为遇到的各种饱和条件，和海洋-大气交换通量的CO2。我们发现，在稳定状态下，大气中CO2的丰度有两种可能的状态。当风成环流是主要的CO2交换机制时，会产生数十巴的CO2大气，其精确值取决于亚热带海洋地面温度和深海温度。当海冰形成时，作为CO2沉积机制作用于这些行星，是主要的交换机制，建立了几巴的CO2大气。精确值取决于副极地的地面温度。我们的研究结果表明了负反馈机制的可能性，这是水行星所独有的，在那里，亚极地温度的降低会促使更多的二氧化碳进入大气层，从而增加温室效应。
2016-09-26 astro-ph.EP
Tables of phase functions, opacities, albedos, equilibrium temperatures, and radiative accelerations of dust grains in exoplanets
越来越多的观测证据表明，在太阳系外行星的大气层和/或彗星状尾巴中存在冷凝物。因此，系统和均匀的尘埃特性表是有用的，以促进进一步的观测和理论研究。在本文中，我们提出的非各向同性相函数，非对称性参数（平均余弦散射角），吸收和散射不透明度，单次散射的散射率，平衡温度和辐射加速度的尘埃颗粒有关的太阳系外行星的计算和分析。我们的假设包括球形晶粒形状，Deirmendjian粒度分布，和米氏理论。我们考虑几个物种：钙钛矿、铁含量为0和50%的橄榄石、铁含量为0、20和60%的辉石、纯铁、两种不同温度下的碳、水冰、液态水和氨。所呈现的表格涵盖0.2至500微米的波长范围和0.01微米至100微米的模态粒子半径。平衡温度和辐射加速度假设照射的非黑体光源的温度从7000 K到700 K看到立体角从2 $π$到$10^{-6}$ sr。该表提供给社会连同一个简单的代码，允许一个可选的，有限的，角尺寸的光源（星）的相位函数。
2015-11-16 astro-ph.EP
Exploring exomoon atmospheres with an idealized general circulation model
最近的研究表明，在太阳系外行星周围的吸积盘中可以形成大型的系外卫星。这些行星在距离类太阳恒星约1天文单位的地方非常丰富，这使得它们的假定卫星对于研究可居住性非常有趣。技术进步可能很快使开普勒或即将到来的CHEOPS和PLATO太空任务发现系外卫星成为可能。系外卫星的气候可能与系外行星的气候有很大的不同，因为卫星上的昼夜周期是由卫星与其母行星的同步旋转决定的。此外，月球大气层顶部的行星照明和月球表面的潮汐加热可能是巨大的，这可能影响能量在系外卫星上的重新分配。使用一个理想化的大气环流模型，简化了水文，辐射和对流过程，我们计算地面温度，风速，平均纬向环流，和能量输送上的2.5火星质量的卫星轨道10-质量的太阳在1 AU从一个类似太阳的恒星。来自一颗年轻巨行星的强烈热辐射导致卫星的极地地区变暖，这与缺乏冰反馈的地球模型中动态驱动的极地放大保持一致。年轻、明亮的巨行星对富含水的系外卫星的热辐射可能足以导致行星上的水分流失，这可能导致温室失控。与其宿主行星同步旋转并且没有经历失控温室的卫星可能会经历大量的极地融化，这是由行星照明的极地放大和潮汐效应引起的地热加热引起的。
2018-06-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Warm Ice Giant GJ 3470b. II Revised Planetary and Stellar Parameters from Optical to Near-infrared Transit Photometry
探索低质量、低密度行星的多样性特征对于了解这类行星的性质和演化至关重要。我们提出了一个均匀的分析12个新的和9个以前发表的宽带测光观测天王星大小的太阳系外行星GJ 3470b，它属于越来越多的样本的次木星机构轨道M矮星。我们分析的一致性解释了先前发表的结果之间的一些差异，并提供了行星参数的更新约束。我们的数据也与以前的过境观测这个系统是一致的。我们还提供了新的光谱测量GJ 3470从0.33至2.42 $μ$ $m$，以帮助我们的分析。我们发现GJ 3470的$R_{\star}$ = 0.48 $\pm$ 0.04 $R_{\odot}$，$M_{\star}$ = 0.51 $\pm$ 0.06 $M_{\odot}$，$T_{\rm eff}$ = 3652 $\pm$ 50 K，旋转周期为$20.70\pm{0.15}$ d，R波段振幅为0.01 mag，这足够小，电流凌日测量不应该受到恒星变化的强烈影响。我们还提出了这个系统最精确的轨道星历：T $_{o}$ = 2455983.70472 $\pm$ 0.00021 BJD $_{TDB}$，P = 3.3366487 $^{+0.0000043}_{-0.0000033}$ d，我们没有看到凌日时间变化大于1分钟的证据。我们报告的行星与恒星的半径比是0.07642 $\pm$ 0.00037。这颗行星的物理参数是$R_…
2014-07-15 astro-ph.EP
Planet-planet scattering in planetesimal disks
我们研究的最终架构的行星系的行星-行星和星子散射的综合影响下演变。使用N-体模拟，我们调查的动态边缘不稳定系统的气体和冰巨人都在隔离和行星形成内部的微行星带。不稳定的孤立系在行星-行星散射下演化，产生一个与太阳系外行星相匹配的偏心率分布。当包括星子时，结果取决于行星的总质量。对于超过一个木星质量的系统，最终的偏心率分布仍然很宽，而对于较低质量的行星系，发散的轨道演化和分散的行星的再圆化相结合的结果，在一个接近圆形的最终轨道的优势。我们还研究了在微行星盘存在的情况下，边缘稳定的多行星系统的命运，并发现对于高行星质量，大多数这样的系统会演变成共振。一个重要的部分导致共振链是木星的伽利略卫星的行星类似物。我们预测，一旦太阳系外行星巡天探测到轨道半径为5-10 AU的亚木星质量行星，将观察到从偏心到近圆形轨道的过渡。
2009-05-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Low-order Model of Water Vapor, Clouds, and Thermal Emission for Tidally Locked Terrestrial Planets
基于复杂系统最小化建模的思想，我们建立了一个理想化的双柱模型，用来研究M型矮星宜居带中具有类地大气的潮汐锁定类地行星的气候。该模式能够近似三维（3D）大气环流模式（GCM）模拟得到的气候的基本特征。双柱模型成功的一个重要原因是它再现了GCM模拟的高云密度，这降低了地球的温度，推迟了失控的温室状态的发生。双柱模型还清楚地说明了决定气候的第二种机制：夜面充当“散热鳍”，红外线能量很容易通过它损失到太空中。这种散热片是由逆温和干燥的空气在夜面维持的，并发挥着类似于现代地球上的亚热带的作用。由于一维辐射-对流模型不能捕捉到云的对流和散热片的影响，它们系统地偏向于一个更窄的宜居带。我们还表明，云参数是最重要的确定昼夜热辐射对比度的两列模型，这减少，并最终逆转恒星通量的增加。这种逆转很重要，因为它可以被未来的太阳系外行星表征任务检测到，这将表明该行星有类似地球的水云，并且可能适合居住。
2014-03-04 astro-ph.EP
The effect of varying atmospheric pressure upon habitability and biosignatures of Earth-like planets
了解岩质太阳系外行星可能的气候条件，从而了解其潜在的可居住性，是系外行星研究的主要课题之一。确定气候以及潜在的大气生物特征在不同条件下如何变化是研究类地系外行星的一个关键方面。一个重要的属性是大气质量，因此压力及其对气候条件的影响。因此，本研究的目的是了解大气质量对气候的影响，因此可居住性，以及具有类似地球的行星的光谱外观，即N2-O2占主导地位，以1天文单位绕太阳运行的大气。这项工作利用一维耦合，无云，气候-光化学大气柱模式;改变大气表面压力从0.5 bar到30 bar;并调查温度和关键物种的轮廓，以及在2μm - 20μm范围内的发射和亮度温度谱。将表面压力增加到4巴会导致地面温度因温室变暖而增加。在该点以上，瑞利散射占主导地位，表面温度降低，达到低于273 K的地面温度（大约在~34 bar表面压力下）。对于臭氧、一氧化二氮、水、甲烷和二氧化碳，光谱响应随地面温度或压力而增加，这取决于物种。例如，对于生物特征臭氧和一氧化二氮的波段，二氧化碳会产生掩蔽效应，这在低二氧化碳大气中是可见的。
2020-06-09 astro-ph.EP
