Magma ocean evolution at arbitrary redox state
本研究开发一维耦合内部-大气模型，模拟不同氧化还原状态下的岩浆洋演化，发现轨道间距和氢含量是主要控制因素，H2温室效应可阻止固化。
2024-11-28 astro-ph.EP
Distinguishing oceans of water from magma on mini-Neptune K2-18b
本文针对K2-18b观测与气候模拟的矛盾，提出岩浆海洋模型解释其大气CO2存在和NH3耗尽的成因，并指出更深的>4μm光谱观测可区分液态水海洋与岩浆海洋。
2024-02-21 astro-ph.EP
Hydrogen Engulfment into Sub-Neptune Cores through Magma Ocean Convective Surface Renewal
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
该研究提出通过岩浆洋对流表面更新机制解释氢进入亚海王星核心的过程，该机制由冷却驱动，可实现核心与富氢包层的平衡，对岩浆洋-大气相互作用有普遍意义。
2026-10-14 astro-ph.EP
A subsurface magma ocean on Io: Exploring the steady state of partially molten planetary bodies
木卫一内部强烈的潮汐加热在表面产生了活跃的火山活动，其内部结构长期以来一直是争论的主题。最近对Galileo磁力计数据的再分析表明，在木卫一的地下区域存在一个高熔体分数层，厚度为$>$ 50 km。这一层是具有相互连接的固体的“岩浆海绵”还是流变液体的“岩浆海洋”将改变潮汐加热的分布，也将影响对各种观测结果的解释。为此，我们探讨了稳定状态的岩浆海绵和估计的内部加热量，以维持这样一个层的高度熔融。我们的研究结果表明，在木卫一的潮汐耗散率是不足以维持一个部分熔融层的$ϕ>0.2$的参数范围很广，这表明这样一个层将迅速分为两个阶段。除非熔体和/或固体粘度处于估计范围的高端，否则岩浆海绵将不稳定，因此Khurana等人（2011年）提出的高熔体分数层可能是地下岩浆海洋。
2022-11-13 astro-ph.EP
Evidence for multiple magma ocean outgassing and atmospheric loss episodes from mantle noble gases
与巨大撞击相关的能量足够大，足以在地球吸积过程中产生全球岩浆海洋。然而，地球化学证据需要一个陆地岩浆海洋是稀缺的。在这里，我们提出的证据，至少有两个独立的岩浆海洋出气事件在地球上的基础上的比例原始3 He到22 Ne在现今地幔。我们证明，亏损地幔3 He/22 Ne比至少为10，而一个更原始的地幔水库有一个3 He/22 Ne比为2.3至3。地幔库的3 He/22 Ne比高于地球挥发物的可能来源，包括太阳星云的1.5比。因此，一个行星过程必须提高地幔的3 He/22 Ne比率。结果表明，长期的板块构造活动并不能使地幔3 He/22 Ne比值升高，甚至有可能降低，而重力吸积的星云大气向原地球岩浆海的内吸解释了原始地幔库中3 He/22 Ne和20 Ne/22 Ne比值的变化。增加地幔3 He/22 Ne比的值为10的耗尽地幔需要至少两个情节的大气吹离和岩浆海洋释气与巨大的影响，在随后的陆地吸积。在一个由地幔柱采样的原始储层中保存了低的3 He/22 Ne比值，这表明后来的巨大撞击，包括形成月球的巨大撞击，并没有产生一个完整的地幔岩浆海洋。与巨大撞击相关的大气损失事件提供了对地球亚南极C/H、N/H和Cl/F元素比的解释，同时保留了南极同位素比。如果是这样的话，在最后一次大撞击之前，有相当大比例的陆地水和潜在的其他主要挥发物被吸积，否则分馏的元素比率将被后期的单板所覆盖。
2014-03-04 astro-ph.EP
Retention of water in terrestrial magma oceans and carbon-rich early atmospheres
大量的蒸汽和CO $_2$大气被认为是地球和类地行星的岩浆海洋放气。然而，这种气氛的形成取决于与熔融内部的挥发物交换，由挥发物溶解度和氧化还原反应控制。我们确定了岩浆海洋-大气系统的演化范围内的氧逸度，C/H比和氢的预算，包括氢（H $_2$ -H $_2$ O），碳（CO-CO $_2$），甲烷（CH $_4$）的氧化还原反应，和溶解度法律H $_2$ O和CO $_2$。我们发现，小的初始预算的氢，高C/H比，和氧化条件，抑制放气的氢，直到岩浆海洋结晶的后期阶段。因此，与岩浆海洋平衡的早期大气主要是富碳的，特别是富含CO的，除非在最氧化的条件下。H $_2$ O的高溶解度限制了其对低于$\sim$ 30\%的熔体部分的脱气，在该部分处，地幔从剧烈对流转变为具有熔体渗透的缓慢对流。惰性熔体渗透可以形成表面盖，将水截留在内部，从而保持富碳气氛（平衡结晶）。或者，有效的晶体沉降可以保持熔融表面，促进向富水气氛的过渡（分步结晶）。然而，额外的过程，包括熔体捕获和H溶解在结晶矿物，进一步合谋限制H脱气的程度，甚至对于分步结晶。因此，在岩浆海洋阶段，特别是在氧化条件下，大部分在吸积过程中输送到行星的水可以安全地隐藏在其内部。
2022-04-14 astro-ph.EP
Magma ocean evolution of the TRAPPIST-1 planets
最近对可能适合居住的行星TRAPPIST-1 e、f和g的观测表明，它们拥有大的水团质量分数，可能有几十重量%的水，尽管主恒星的活动应该会驱动快速的大气逃逸。这些过程可以光解水，产生自由氧，并可能使地球干燥。行星形成后，它们的地幔可能完全熔化，挥发物从熔体中溶解和析出。为了了解这些行星并为未来的观测做好准备，必须了解这些世界的岩浆海洋阶段。为了模拟这些行星，我们结合了现有的恒星演化，大气逃逸，潮汐加热，辐射加热，岩浆海洋冷却，行星辐射和水-氧-铁地球化学模型。我们提出了MagmOc，一个多功能的岩浆海洋演化模型，验证对岩石超级地球GJ 1132 b和早期地球。我们模拟耦合的岩浆海洋-大气演化的TRAPPIST-1的E，F和G的潮汐和放射性加热率的范围内，以及初始水含量之间的1和100地球海洋。我们还重新分析了这些行星的结构，发现它们的水团质量分数分别为0-0.23、0.01-0.21和0.11-0.24。我们的模型并没有作出强有力的预测的水和氧含量的大气中的TRAPPIST-1 e在地幔凝固的时候。相比之下，该模型预测TRAPPIST-1 f和g在该阶段将具有厚的蒸汽气氛和少量的氧气。对于我们调查的所有行星，我们发现只有3-5%的初始水在岩浆海洋凝固后被锁定在地幔中。
2021-06-16 astro-ph.EP
Hidden water in magma ocean exoplanets
我们证明，岩浆海洋的深层挥发性存储能力有显着的影响，从系外行星质量和半径数据推断的体积组成，内部和气候状态。实验岩石学提供了水和熔体混合能力的基本性质。到目前为止，这些数据在很大程度上被忽略了系外行星质量半径建模。在这里，我们提出了一个先进的内部模型，为富含水的岩石系外行星。新的模型使我们能够测试岩石融化和岩浆海洋和大气之间的水的重新分配对计算出的行星半径的影响。有和没有岩石融化和水分割模型导致偏差的行星半径高达16%的固定散装成分和行星质量。这在单个系统的当前精度范围内，并且在总体水平上可以进行统计测试。因此，在反演中未被认识到的地幔熔融和挥发性物质的重新分布可能会低估推断的行星体含水量高达一个数量级。
2021-10-28 astro-ph.EP
Monosilane Worlds: Sub-Neptunes with Atmospheres Shaped by Reduced Magma Oceans
本文提出考虑H₂O溶解进入岩浆洋后，单硅烷可在具有无FeO还原岩浆洋的亚海王星大气中持续存在，并通过一维大气化学模型揭示其摩尔分数可达0.1–10%，为未来探测还原岩浆洋岩石核心提供依据。
2025-05-06 astro-ph.EP
Incompatibility of iron in post-perovskite and the stability of basal magma oceans in super-Earths
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
该研究通过第一性原理计算发现铁在后钙钛矿中强烈不相容，导致残余液体富铁并逆转密度对比，使后钙钛矿浮力增加，从而在高达4倍地球质量的超级地球中维持基底岩浆洋的引力稳定性。
2026-09-15 astro-ph.EP
Lava Worlds: From Early Earth to Exoplanets
岩浆海洋的概念最初是为了解释月球的地质，但半球形或全球性的硅酸盐熔融海洋可能是岩石行星吸积的一个广泛的“熔岩世界”阶段，并且可以在围绕其他恒星的短周期轨道上持续存在。岩浆海洋的形成和结晶可能是地核组装、地壳起源、构造启动和大气形成的决定性阶段。在过去的十年里，我们通过对地球和外星样本的分析、行星任务和对系外行星的天文观测，对这一现象的理解取得了重大进展。本文介绍了岩浆海洋和熔岩世界的能量基础，以及可用于地球和木卫一研究的熔岩湖类似物。它概述了整个太阳系岩浆海洋的证据，并考虑了控制这些岩浆海洋留下的岩石的因素。它描述了对理论上和观测到的可能存在岩浆海洋的系外行星的研究，并总结了探测和描述它们的努力。它回顾了结晶和蒸发导致的岩浆海洋演化的模型，与下面的固体地幔的相互作用，以及行星旋转的影响。该评论还考虑了理论研究的形成与岩浆海洋的大气，并在响应来自主恒星的辐射，和可能的最终状态。最后，它描述了我们知识的需求和差距，并指出了未来新的行星任务和太空望远镜的机会，以确定和更好地描述附近恒星周围的熔岩世界。
2020-12-14 astro-ph.EP
Ice Giants Revisited: Uranus and Neptune as Magma Ocean Worlds
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文通过观测数据拟合，提出天王星和海王星的内部结构由超临界富氢岩浆海洋和富氢包层组成，挑战了传统的“冰巨星”模型，并揭示了它们与亚海王星类气矮行星的连续性。
2026-09-07 astro-ph.EP
Coupling magma-ocean and atmospheres in spectral retrievals of sub-Neptunes
National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Groningen（格罗宁根大学）
本文提出 MELTYQ 框架，通过结合岩浆-大气平衡模型与贝叶斯光谱检索，实现对亚 Neptune 大气和岩浆海洋性质的定量关联，但指出当前框架存在若干限制。
2026-05-09 astro-ph.EP
Magma Ocean Waves and Thermal Variability on Lava Worlds
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究火行星上岩浆海洋受潮汐力作用产生的波浪及热分布特征，揭示其潮汐加热机制和 mantle 中的热传导过程。
2026-04-24 astro-ph.EP
Silane-Methane Competition in Sub-Neptune Atmospheres as a Diagnostic of Metallicity and Magma Oceans
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究通过分析硅烷与甲烷的竞争，揭示了亚 Neptune 大气中金属度和熔岩海洋的存在。
2026-01-20 astro-ph.EP
Reconciling Magma-Ocean Crystallization Models with the present-day Structure of the Earth's mantle
类地行星被认为在其历史的早期经历了大规模的融化。分馏在岩浆-海洋冻结导致不稳定的分层内的相关堆积层，由于进步的铁富集向上，但增量堆积物翻转MO结晶过程中的影响仍有待探讨。在这里，我们使用的地球动力学模型与移动边界的方法来研究对流和混合内不断增长的累积层，此后在完全结晶地幔。对于分离结晶，堆有效地搅拌由于随后的增量翻转，除了强烈富铁的后期堆，坚持作为一个稳定的分层层在地幔的底部数十亿年。不太极端的结晶情况可能会导致更微妙的分层。在任何情况下，长期保存的至少一薄层的极其丰富的累积与Fe#>0.4，正如我们所有的模型预测，是不符合地震的限制。然而，根据比例关系，我们推断，最后阶段的富铁岩浆海洋堆积物最初形成的表面附近应该翻转为小底辟，因此在下沉过程中经历了熔融和反应与寄主岩石。由此产生的中度富铁交代/混合岩石组合应该积累在地幔的基础上，潜在的美联储间歇性的基底岩浆海洋，并保存到今天。这种中等富铁的岩石组合可以调和现今下地幔中大的低剪切波速度区的物理性质。因此，我们揭示Hadean熔融和岩石反应过程中整合岩浆海洋结晶模型与地震层析成像快照。
2018-01-03 astro-ph.EP
Exploring Super-Earth Surfaces: Albedo of Near-Airless Magma Ocean Planets and Topography
在本文中，我们提出了一个解析函数的球形无气和近无气岩浆海洋行星（AMOPs）的的Escudo值。我们生成了具有不同成分的二维分形表面，我们分别向其投射了10，000条光线。利用菲涅耳方程的近似形式，我们测量了有多少入射光被反射。在不同的表面粗糙度上重复这种算法后，我们发现球面曲率是赫斯特指数、岩浆的地球化学成分和波长的函数。作为概念证明，我们在Kepler-10 b上使用了我们的模型来证明我们方法的适用性。我们提出了从不同的熔岩成分和多个测试，可以应用于观测数据，以确定其特性产生的球形的recludo值。目前，有一个很强的简并性的表面组成的AMOPs由于其测量的球面反射率的大的不确定性。尽管如此，当应用到开普勒-10 b，我们表明，它的高反射率可能是由一个中等波浪的海洋，是丰富的氧化金属物种，如FeO，$\rm Fe_{2}O_{3}$，$\rm Fe_{3}O_{4}$。这意味着开普勒-10b是一个无核或接近无核的天体。
2020-10-13 astro-ph.EP
Redox evolution of the crystallizing terrestrial magma ocean and its influence on atmosphere outgassing
本文通过追踪岩浆海洋固化过程中氧逸度的演化，模拟C-O-H大气成分及热辐射，揭示其从还原态向氧化态转变并影响大气脱气与岩浆海洋寿命，且该框架可推广至类地行星和系外行星。
2023-01-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Convective shutdown in the atmospheres of lava worlds
该研究通过一维辐射-对流模型模拟熔岩行星大气，发现对流关闭可维持永久岩浆海，并指出观测可约束地幔氧化状态。
2024-12-16 astro-ph.EP
Magma oceans and enhanced volcanism on TRAPPIST-1 planets due to induction heating
低质量M星在宇宙中非常丰富，并且经常拥有小型岩石行星，可以用当前的仪器检测到。最近，人们发现了七颗围绕超冷矮星TRAPPIST-1 \cite{Gillon16,Gillon17}运行的小行星。我们研究的作用，电磁感应加热这些行星，造成恒星的旋转和行星的轨道运动。如果恒星自转和磁偶极轴彼此倾斜，感应加热可以熔化上地幔，极大地增加火山活动，有时在行星表面下产生岩浆海洋。我们表明，感应加热导致三个最里面的行星，其中一个是在宜居带，要么朝着熔融地幔行星，或经历增加的放气和火山活动，而最外面的四个行星基本上不受影响。
2017-10-24 astro-ph.EP
Origin of the lunar isotopic crisis from solidification of a stratified lunar magma ocean
本文提出，在假设忒伊亚地幔富铁的前提下，分层月球岩浆洋凝固会使上层固体来自原始地球地幔，从而自然解释月球类地球同位素组成，解决月球同位素危机。
2025-09-08 astro-ph.EP
Not All Sub-Neptune Exoplanets Have Magma Oceans
University of Maryland（马里兰大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文通过内部结构建模探索亚海王星表面条件，发现相当一部分行星可能没有现今岩浆海洋，尤其是高大气平均分子量和大包层质量分数的行星更可能具有固态硅酸盐表面，为解释JWST观测提供关键背景。
2025-11-07 astro-ph.EP
What factors affect the duration and outgassing of the terrestrial magma ocean?
岩浆海洋（MO）是形成类地行星的关键阶段。它的凝固和伴随的挥发物的放气为后来甚至同时发生的重要过程创造了条件，例如固态地幔对流和大气逃逸。为了限制全球尺度地球MO的持续时间，我们建立并应用了一个一维内部模型，该模型与灰色H2O/CO2大气或纯H2O大气交替耦合，该模型用Katyal等人（2019）的同伴论文中描述的逐线模型处理。我们详细研究了影响MO寿命的几个因素，如初始丰度的H2O和CO2，对流制度，粘度，地幔熔融温度，和长波辐射吸收的大气。在这个特定的多变量系统中，我们评估了每个因素相对于文献中通常假设的参考设置的影响。我们发现MO阶段可以持续几千到几百万年。通过将内部模型与逐行大气模型相结合，我们确定了决定行星是否经历短暂岩浆海洋或停止冷却并保持连续岩浆海洋的条件。我们发现这种区别的依赖性，同时对质量的脱气H2O气氛和MO表面熔化温度。我们讨论了他们的综合影响MO的寿命除了已知的依赖于轨道，轨道距离和恒星光度，我们注意到观测退化，从而产生的目标系外行星。
2019-03-18 astro-ph.EP
Inefficient water degassing inhibits ocean formation on rocky planets: An insight from self-consistent mantle degassing models
在地表需要足够的水来形成水海洋。然而，在岩浆海洋凝固过程中，有相当一部分的水仍然存在于地幔中，因此即使是位于宜居带的系外行星也不能保证存在水海洋。为了讨论大洋形成的可能性，我们建立了两个模型来预测岩浆洋阶段和随后的固态对流阶段的地幔脱气速率。我们发现，低H $_2$ O/CO $_2$比率的行星将不会有足够的地表水发展水海洋后立即岩浆海洋凝固，和大部分的水库存将保留在地幔在其随后的演变，无论行星的大小。这是因为没有海洋的行星可能在停滞的盖对流下运行，对于这样的行星，耗尽的岩石圈地幔的脱水硬化将限制地幔脱气的速率。相比之下，在岩浆海洋凝固过程中，CO $_2$的重要部分已经脱气。由于强烈的温室效应，所有的地表水都将以蒸汽的形式存在，在整个行星的演化过程中，水海洋可能会消失。大量硅酸盐地球中的挥发物浓度接近海洋形成的阈值，因此如果金星具有类似的浓度，太阳辐射的微小差异可能解释地球和金星不同的进化路径。
2022-11-19 astro-ph.EP
Evolution and Spectral Response of a Steam Atmosphere for Early Earth with a coupled climate-interior model
地球早期大气的演化和地球上适宜居住条件的出现与早冥古宙时期（4至4.5 Ga）岩浆海洋阶段的发展和持续时间错综复杂地联系在一起。本文讨论了岩浆洋期蒸汽大气的演化。利用逐线辐射转移程序GARLIC得到了出射长波辐射。我们的研究表明，大气组成的纯H $_{2}$ O，建立作为一个结果，放气延长岩浆海洋的寿命到几百万年。给出了热辐射与岩浆海凝固时间尺度的关系。本文应用大气化学平衡研究了在岩浆洋早期阶段，H $_{2}$ O在高温下的热分解作用，从而导致H $_{2}$和O $_{2}$的形成。观察到OLR降低1- 6%。通过计算整个岩浆海期间的透射谱，我们还得到了大气的有效高度。纯水大气层的深度约为100 km。还显示了热离解对大气有效高度的影响。由于不同高度的吸收行为不同，H $_{2}$和O $_{2}$的光谱特征在不同高度的大气中可见。因此，这些物种与H $_{2}$ O一起对透射光谱有显著贡献，并可能有助于对岩浆海洋系外行星进行观测约束。
2019-03-11 astro-ph.EP
Modeling the albedo of Earth-like magma ocean planets with H2O-CO2 atmospheres
在吸积过程中，年轻的岩石行星非常热，以至于它们被赋予了岩浆海洋。从那一刻起，地幔对流热通量控制了行星的冷却，大气层是由脱气产生的。然后，这种气氛将在冷却阶段发挥关键作用。详细研究这个冷却阶段是解释所观测到的地球行星的巨大多样性，特别是评估表面液态水存在的必要步骤。本文利用一维辐射-对流大气模式（H_2O，CO_2）研究了邦德星系对岩浆海洋行星演化的影响。从这个模型出发，我们导出了这些行星的热发射光谱和光谱反射率，并由此计算了它们的邦德角。与Marcq等人（2017）相比，该模型现在包括一个新的模块来计算瑞利散射，以及可见光和红外光谱范围内的最新CO2和H2O气体不透明度数据。我们表明，这些行星的键的温度依赖于它们的地面温度和结果之间的竞争瑞利散射的气体和米氏散射的云。地面温度越低，云层越厚，邦德云越高。我们还证明，大气中的CO2和H2O的相对丰度强烈影响债券债券发行。的债券的最大值是由CO2为主的气氛，更好的瑞利散射比H2O。最后，我们为社会提供了一个经验公式的债券，可能是有用的岩浆海洋行星的未来研究。
2018-09-06 astro-ph.EP
A Model of the Primordial Lunar Atmosphere
我们创建了第一个定量模型的早期月球大气，再加上岩浆海洋结晶模型。在形成后不久，月球的表面就受到辐射环境的影响，包括早期太阳的贡献，撞击后的地球像M型矮星一样辐射，以及冷却的全球岩浆海洋。这种辐射环境导致月球上的大气层主要是地球一侧的大气层，范围从$\sim$ 10 $^4$到$\sim$ 10 $^2$帕斯卡，由重挥发物（Na和SiO）组成。这种气氛持续通过盖形成，并额外的特点是超音速风，运输大量的中等挥发物，并可能产生岩浆海浪。这种大气层的存在可能影响了一些中等挥发物的分布，并造成了温度不对称，从而影响了海洋流动和冷却。这种不对称性可能是年轻的特点，潮汐锁定的岩石体与全球岩浆海洋和强烈的照射。
2017-06-22 astro-ph.EP
Mineral cloud formation above magma oceans in sub-Neptune atmospheres
本文模拟了亚海王星大气中由岩浆表面难熔物质释气驱动的矿物云形成，发现云结构受大气混合强度控制，并指出云通过热反馈和光谱效应在内部-表面-大气耦合系统中具有重要作用。
2025-08-20 astro-ph.EP
Origin of the lunar farside highlands from Earthshine-induced global circulation in lunar magma ocean
School of Physics, Henan Normal University（河南师范大学物理学院）
本文提出地球光照诱导的全球环流解释了月球远侧高地的形成，通过岩浆海中物质迁移和结晶过程，解释了月球二极性现象。
2026-04-06 astro-ph.EP astro-ph.HE
Hydrogen isotopic evidence for early oxidation of silicate Earth
形成月球的巨大撞击广泛地熔化和部分蒸发了硅酸盐地球，并将大量的金属送到地球的核心。岩浆海洋和上覆大气的后续演化已经被理论模型描述，但对这一时期的可观测约束已被证明是难以捉摸的。在这里，我们报告了岩浆海洋和水海洋时期原始大气的计算结果，并与观测建立了新的联系，以深入了解早期地球上挥发物的行为。当地球的岩浆海洋结晶时，它将大部分挥发物释放到原始大气中。岩浆海洋的氧化还原状态控制着释气挥发物的化学成分和原始大气中氢流失后残留的水海洋的氢同位素组成。虽然水会凝结并被保留下来，但分子氢不会凝结并可以逃逸，这使得大量（约10^2巴）的氢-如果存在的话-在这个时期从地球上丢失。由于逃逸的氢存量可以与早期海洋中的氢存量相媲美，因此相应的氘富集可以很大，其幅度取决于初始的氢存量。相比之下，一般认为陆地水有一个碳质球粒陨石来源，要求海洋保存该来源的同位素组成，通过H2损失经历最小的D-富集。这种最小的富集对与早期水海洋接触的原始H2的量设定了上限（pH 2 <20巴），意味着从岩浆海洋中放气的氧化条件，并表明地球地幔在晚期吸积期间为金属的化学再吸收提供了氧化剂。
2019-10-23 astro-ph.EP
The thermal-orbital evolution of the Earth-Moon system with a subsurface magma ocean and fossil figure
人们提出了各种理论来解释月球目前的倾斜轨道。我们通过重建月球的热轨道历史来测试这些理论的可行性。我们建立在过去的热轨道模型，并纳入了月球的数字，包括化石图组件的演变。月球岩浆海洋中的倾斜潮汐加热会产生快速的倾斜阻尼，使早期的倾斜难以存活到今天。只有当早期月球的固体比现在的耗散小的时候，早期的倾角才能保持。如果拉普拉斯平面转变的不稳定性是倾斜的来源，那么月球必须缓慢地后退，这与先前发现的早期地球弱耗散一致。如果在月球形成后的1亿4000万年内与微行星的无碰撞激发了倾斜，那么月球必须迅速迁移，以通过33个地球半径的卡西尼状态转换，并达到有限的倾斜阻尼期。这个化石可能是在16个地球半径之前建立的，以匹配今天的2度重力场观测。
2022-09-02 astro-ph.EP
Effect of Re-impacting Debris on the Solidification of the Lunar Magma Ocean
斜长岩构成了月球地壳的大部分，被认为是在月球岩浆海（LMO）凝固过程中形成的，这些岩石可能会漂浮到月球表面。这些早期的漂浮外壳会在剩余的LMO上形成一个热毯，延长凝固时间。月球斜长岩的地质年代学表明，LMO冷却，或在一个或多个晚期事件的重熔和再结晶的时间尺度很长。为了更好地解释这一地质年代学，我们模拟了LMO固化的情况下，月球正在不断轰击返回的弹丸释放出的月球形成的巨大的影响。在巨大的撞击之后，超过一个月球质量的物质逃离了地月系统进入日心轨道，其中大部分在返回轨道上返回了1亿年。如果足够大的话，这些射弹会在月球新生的漂浮地壳上刺穿一些洞，使LMO暴露在太空中，并导致更快的冷却。我们使用月球的热演化模型来模拟这些场景，该模型允许在隔离LMO的漂浮地壳中产生（通过撞击坑）和演化（固化和填充）孔。为了有效地产生孔，可以显著加速岩浆海洋的凝固，从而将冷却时间减少5倍以上。如果孔的产生效率低，但抛射体动能向热能的冲击转换有效，则LMO凝固可以在一定程度上延长，将冷却时间延长50%或更多。
2018-04-13 astro-ph.EP
Deep two-phase, hemispherical magma oceans on lava planets
天文学家已经发现了一些由岩石组成的系外行星，但它们的轨道离它们的主恒星如此之近，以至于行星的表面至少有一部分是熔融的。预计这种“熔岩行星”的昼面拥有一种快速流向无空气的夜面的岩石蒸汽大气-这种部分大气对于解释熔岩行星的观测至关重要，但向夜面输送的热量可以忽略不计。结果表明，岩浆海的地面温度可能从亚恒星点附近的3000~ 1500 K，一直到昼夜分界点附近。我们使用简单的模型，将热力学和地球化学的部分熔融预测的物理和化学性质的岩浆海洋的距离的函数从亚恒星点。我们的两个主要发现是：1）向阳面的岩浆海洋比以前认为的要深得多，可能在某些地方向下延伸到核幔边界; 2）向阳面的大部分只是部分熔融，导致岩浆海洋的表面化学梯度。这些发现对岩浆海洋的动力学以及大气的组成和动力学具有重要意义。
2022-05-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
A cool runaway greenhouse without surface magma ocean
本研究使用一致气候模型发现纯蒸汽大气常由辐射层塑造，无需绝热假设即可避免表面岩浆洋，改变了对系外行星含水量约束。
2023-11-21 astro-ph.EP
Scaling laws for the geometry of an impact-induced magma ocean
在这里，我们开发的标度律（1）地幔内的影响引起的热量的分布和（2）形状的影响引起的熔体的基础上超过100平滑粒子流体动力学（SPH）模拟。我们使用勒让德多项式来描述这些标度律，并通过线性回归确定其系数，从而最大限度地减少我们的模型和SPH模拟之间的误差。输入参数是撞击角$θ$（$0^{\circ}, 30^{\circ}, 60^{\circ}$和$90^{\circ}$）、总质量$M_T$（$1M_{\rm Mars}-53M_{\rm Mars}$，其中$M_{\rm Mars}$是火星的质量）、撞击速度$v_{\rm imp}$（$v_{\rm esc} - 2v_{\rm esc}$，其中$v_{\rm esc}$是相互逃逸速度）和撞击器与总质量比$γ$（$0.03-0.5$）。我们发现，在底部的熔体池的平衡压力可以更高（高达$\approx 80 \%$）比那些径向均匀的全球岩浆海洋模型。这可能会对元素分区产生重大影响。这些熔体缩放定律可在GitHub（$\href{https://github.com/mikinakajima/MeltScalingLaw}{https://github.com/mikinakajima/MeltScalingLaw}$）上公开获得。
2021-06-02 astro-ph.EP
Electrical and Thermal Conductivity of Earth's Iron-enriched Basal Magma Ocean
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究利用第一性原理分子动力学计算，探究铁富集对基底岩浆洋硅酸盐液体电导率与热导率的影响，并模拟了地球基底岩浆洋的热演化与磁演化。
2025-08-01 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
The effect of a small amount of hydrogen in the atmosphere of ultrahot magma-ocean planets: atmospheric composition and escape
研究少量氢对超热岩浆海洋行星大气成分与逃逸的影响，发现氢显著改变大气化学组成并促进重物种蒸发逃逸。
2023-06-09 astro-ph.EP
Magma ocean interactions can explain JWST observations of the sub-Neptune TOI-270 d
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy, University of Maryland（马里兰大学天文学系）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文学与天体物理学系）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学学会地球与行星实验室）
本研究通过建模揭示岩浆-大气相互作用可解释海王星类TOI-270 d大气中高分子含量，无需额外冰质物质积累。
2026-02-24 astro-ph.EP
Lifetime and Spectral Evolution of a Magma Ocean with a Steam Atmosphere: Its Detectability by Future Direct Imaging
我们提出了随着蒸汽大气的形成，凝固的类地行星的热演化和出射光谱。岩浆海洋的寿命和它在蒸汽大气中的光谱取决于行星与主星的轨道距离。对于I型行星，它是在距离主星一定临界距离以外形成的，其热辐射在短于约$10^6$年的时间尺度上下降。因此，年轻的恒星应该是在这个轨道区域寻找熔融行星的目标。相比之下，在临界距离内形成的II型行星，在岩浆海洋的整个生命周期内，将从近红外大气窗口发出大量的热辐射。Ks和L波段将有利于未来的直接成像，因为这些波段的行星-恒星对比度高于大约10 $^{-7}$ -10 $^{-8}$。我们的模型预测，在II型轨道区域，熔融的行星将存在于G型主星的主序星，如果水的初始体积含量超过约1重量%。在可见光大气窗口，热辐射的对比度下降到低于$10^{-10}$在不到$10^5$年，而那些反射光保持$10^{-10}$的两种类型的行星。由于对比度水平与来自宜居带中地球大小的行星的反射光相当，来自熔融行星的可见反射光也为未来的地面和空间望远镜直接成像提供了一个有希望的目标。
2015-05-13 astro-ph.EP
Thermal and magnetic evolution of an Earth-like planet with a basal magma ocean
本文耦合模拟类地行星的地核、底部岩浆洋与地幔演化，评估两者热成分对流及发电机条件，发现早期可由短暂底部岩浆洋发电机过渡到地核发电机，并约束相关电导率与热导率。
2024-09-09 astro-ph.EP physics.geo-ph
Io's polar volcanic thermal emission indicative of magma ocean and shallow tidal heating models
本研究利用JIRAM对Io极区的新观测揭示了其火山热发射的全球分布，发现266个活跃热点的热流分布支持全球岩浆海洋或浅层软流圈加热模型，并指出极区低火山平流与异常温暖背景温度的矛盾源于岩石圈二分性。
2023-10-18 astro-ph.EP
Metal-Silicate Segregation During Planetary Accretion: Limited Iron Emulsification through intermediate Impacts
School of Science and Engineering, Tulane University（杜兰大学科学与工程学院）；Department of Physics, University of Louisiana at Lafayette（路易斯安那拉斐特大学物理系）；School of Earth and Atmospheric Sciences, Queensland University of Technology（昆士兰科技大学地球与大气科学学院）
该研究用二维数值模拟，借助Rothmann-Keller多相格子玻尔兹曼方法，探究完全熔融岩浆海洋中撞击体铁芯碰撞后演化。确定不同尺寸形状撞击体夹带系数，预计千米级撞击体铁-硅酸盐混合不完全，强调岩浆海洋中下部是铁碎片破碎和物质转移关键区。
2026-07-28 astro-ph.EP
Internal or external magma oceans in the earliest protoplanets -- perspectives from nitrogen and carbon fractionation
当原行星熔化的程度接近岩浆海洋（MO）的条件下，合金熔体有效地从硅酸盐分离，形成金属核心。一个正在分化的原行星的MO的性质，即，内部或外部MO（IMO或EMO）不仅决定了其核幔储层中氮（N）和碳（C）等生命必需挥发物的丰度，而且还决定了挥发物损失的时间和机制。然而，最早形成的原行星是否有IMO或EMO却知之甚少。在这里，我们模型的平衡N和C之间的合金和硅酸盐熔体的分配在没有（IMO）或存在（EMO）的蒸汽脱气气氛。散装N和C库存的原行星核心形成过程中的IMO和EMO的限制，通过比较预测的N和C丰度的合金熔体从这两种情况下的N和C浓度的母核岩浆铁陨石。我们的研究结果表明，在EMO相比，原行星具有IMO满足N和C含量的母核与大量的散装N和C存在于母体在核心形成过程中。由于IMO和EMO所需的大量N和C含量分别在亚南极和南极范围内，因此不能单独使用N和C分馏模型来区分这两种端员分化制度的流行程度。的N和C丰度的榴辉岩与他们的峰值变质温度的比较表明，原行星内部可能会失去很大一部分的N和C库存的热变质程度的增加。
2022-10-06 astro-ph.EP
Rapid solidification of Earth's magma ocean limits early lunar recession
研究地球岩浆洋凝固期间的潮汐演化，发现能量耗散使早期月球退行有限，凝固结束时月球距地球约7-9个地球半径，这加剧了早期潮汐耗散建模的困难，但也为解决月球倾角问题提供了新可能。
2023-04-10 astro-ph.EP physics.geo-ph
Role of magma oceans in controlling carbon and oxygen of sub-Neptune atmospheres
本研究通过大气-岩浆化学平衡模型，探讨亚海王星大气中H、O、C对行星参数的依赖性，发现类地氧化还原状态下熔融岩石内部的大气H₂O比例稳定，还揭示了氧化大气中O/H-C/O的负相关趋势，强调了高压物质性质约束的重要性。
2024-08-30 astro-ph.EP
Redox hysteresis of super-Earth exoplanets from magma ocean circulation
内部氧化还原反应可能会不可逆转地改变地幔成分和地球和超级地球系外行星的挥发性库存，并影响大气观测的前景。然而，这些机制的全球效力取决于还原铁从熔融硅酸盐地幔向金属核的转移。标度分析表明，亚海王星内部岩浆海洋的湍流扩散可以动力学夹带液态铁液滴和淬火核心的形成。这表明，核，地幔和大气之间的化学平衡可能是积极的限制在岩浆流的对流翻转。因此，熔融的超级地球可能保留了其吸积路径的成分记忆。岩浆海洋环流对氧化还原的控制与行星热流、内部重力和行星大小呈正相关。因此，大气剥离的系外行星的存在和物种形成，表面矿物学和核心质量分数可能会限制岩浆海洋动力学。
2021-05-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
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
Scattering blanketing effect of Earth's proto-atmosphere: enhanced suppression of planetary radiation and magma ocean cooling
本研究开发了原生大气的一维辐射传输及耦合热演化模型，发现瑞利散射显著抑制行星辐射并延长岩浆海寿命，支持月球岩浆海起源说。
2025-04-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Waterworlds Probably Do Not Experience Magmatic Outgassing
拥有大量水资源的类地行星很可能无处不在，并且将成为第一批用即将到来的望远镜表征的地球大小的行星。以前有人认为，水域，特别是那些拥有超过1%的H $_2$ O经验有限的熔体生产和放气，由于巨大的压力覆盖其上覆海洋，除非受到高内部加热。但是，水世界除气的另一个未被充分认识的障碍是挥发物在高压熔体中的高溶解度。在这里，我们调查这一现象，并表明，在熔体中的挥发性溶解度可能会阻止几乎所有的岩浆放气水世界。具体而言，对于类似地球的重力和海洋地壳组成，深度超过10-100公里（0.1-1 GPa）的海洋或水冰排除了硅酸盐部分熔融的挥发物的出溶。这种溶解度限制复合压力过载效应，因为大的表面海洋限制熔体生产和从所产生的任何部分熔体中脱气。我们将这些计算应用于Trappist-1行星，以表明，考虑到当前的质量和半径限制以及隐含的地表水库存，Trappist-1f和-1g不太可能经历火山脱气。虽然没有完全排除其他机制的走廊表面挥发性交换，抑制岩浆释气简化了可能的大气演变轨迹的范围，并有影响的解释表面上的生物特征气体，我们说明了行星走廊气候大气演变的耦合模型。
2021-06-16 astro-ph.EP
Tidal Heating of the Lunar Magma Ocean: Reconciling an Old Moon with a Young Solidification
Brown University（布朗大学）
研究通过潮汐加热解释月球熔融洋早期热演化，揭示月球形成与固结时间差的成因，预测月球近侧与远侧结晶的不对称性。
2026-04-06 astro-ph.EP
Can a fractionally crystallized magma ocean explain the thermo-chemical evolution of Mars?
在行星吸积的后期阶段积累的撞击热可以熔化地球上的一个重要部分甚至整个地幔，从而形成全球性的岩浆海洋。[...]假设岩浆海洋的分离结晶，致密的堆积物产生于靠近表面的地方，这主要是由于演化的岩浆海洋液体中的铁富集（Elkins-Tanton等人，2003年）。这样就形成了一个重力不稳定的地幔，它很容易翻转。本文利用二维圆柱几何中的地幔对流模拟研究了火星的积云翻转及其对热演化的影响。我们提出了一套模拟使用不同的初始条件和强烈的温度依赖性的粘度。我们假设，所有的放射性热源已被富集在冻结阶段的岩浆海洋在最高的50公里，最初的蒸汽气氛所创造的冻结岩浆海洋脱气迅速失去，这意味着地面温度设置为今天的值。在这种情况下，停滞的盖子迅速形成在对流内部的顶部，防止最上面的致密堆积物下沉，即使允许塑性屈服机制。在这个致密的停滞盖之下，地幔化学梯度稳定下来。对流模式主要是由小规模的结构，这是很难调和的大规模火山的特点观察到火星的表面和部分融化停止在不到900 Ma。假设停滞的盖子可以因为额外的机制而破裂并允许最上面的致密层翻转，则获得稳定的密度梯度，其中致密材料和全部热源位于CMB上方。这种分层导致最低地幔的强烈过热[...]
2014-04-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
From CO$_2$- to H$_2$O-dominated atmospheres and back -- How mixed outgassing changes the volatile distribution in magma oceans around M dwarf stars
研究通过模拟混合排气过程，探讨了CO2对TRAPPIST-1岩浆海行星挥发物分布及固化时间的影响，发现CO2扩散限制能显著延缓水分流失并延长地幔固化期。
2024-12-13 astro-ph.EP
Atmospheric C/O Ratios of Sub-Neptunes with Magma Oceans: Homemade rather than Inherited
本研究利用全球化学平衡与一维大气模型证明，亚海王星的大气 C/O 比主要由岩浆海洋—大气相互作用决定，而非继承自原行星盘，并可用于约束其内部成分。
2025-07-18 astro-ph.EP
No evidence of magma ocean on Io based on Juno/JIRAM data
Istituto Nazionale di Astrofisica – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (INAF-IAPS)（意大利国家天体物理研究所 - 天体物理学与行星科学研究所）
本文通过指出饱和数据、M滤光片代理不完整以及纬度依赖性统计不显著三个问题，反驳了基于Juno/JIRAM数据支持木卫一存在岩浆海洋的结论。
2024-12-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
