Could Cirrus Clouds Have Warmed Early Mars?
火星上古老的山谷网络的存在表明，3.8 Ga的气候足够温暖，允许大量的液态水在火星表面流动很长一段时间。然而，产生这种变暖的机制仍然存在争议。一种假设是，火星可能是在含有至少0.25 bar CO2的CO2-H2O大气中通过全球卷云甲板保持温暖的（Urata和Toon，2013）。来自其他过程的初始升温，例如，影响，将需要使这一模式的工作。这些结果是使用CAM三维全球气候模型生成的。在这里，我们使用一个单柱辐射对流气候模式来进一步研究卷云变暖假说。我们的计算表明，卷云甲板可能产生高于冰点的全球平均地面温度，但只有当卷云覆盖率接近75 - 100%，并且其他云的性质（例如，高度、光学深度、粒度）。然而，在更现实的卷云分数，或者如果云参数不是最佳的，卷云不提供必要的变暖，这表明其他温室效应的机制是必要的。
2016-08-12 astro-ph.EP
Methane release on Early Mars by atmospheric collapse and atmospheric reinflation
早期火星河流的一个候选解释是由于表面释放的H $_2$或CH $_4$气体导致大气变暖。然而，目前还不清楚在一次事件中会释放多少气体。我们通过CH $_4$从包合物中快速释放的一种机制模拟CH $_4$释放。通过模拟CH $_4$ -笼形物释放如何受到火星的湿度和大气成分变化的影响，我们发现，CH $_4$笼形物的总释气的很大一部分发生在火星的第一次长期大气崩溃之后。这种大气崩溃引发的CH $_4$释放机制有三个阶段。(1)早期火星二氧化碳大气层的迅速崩溃引发了水冰从高地向两极的缓慢转移。(2)在随后的CO $_2$ -大气再膨胀和CO $_2$ -温室变暖时，低纬度包合物分解并释放甲烷气体。(3)然后甲烷会扰乱大气化学和地面温度，直到光化学过程破坏甲烷。在我们的模型中，我们发现在某些情况下，一个类似泰坦的薄雾层预计将形成，与早期火星表面上丰富的复杂非生物有机物的短暂沉积相一致。我们还发现，这种CH $_4$ -释放机制可以使早期火星变暖，但需要特殊的环境才能释放出10 $^{17}$ kg的CH $_4$，这是强烈变暖所需的最低限度。具体来说，只有当水合物稳定区最初被笼形物占据的比例超过10%时，以及当火星第一次长时间的大气崩溃发生在大气压力> 1巴时，才会发生强烈的变暖。
2019-12-05 astro-ph.EP
Limit cycles and the climate history of Mars
Blue Marble Space Institute of Science（蓝星空间科学研究所）
本研究提出火星早期气候存在间歇性极限环，通过碳酸盐-硅酸盐循环调节，解释了河道和三角洲的形成及火星气候历史。
2026-01-14 astro-ph.EP
Warming Early Mars with Climate Cycling: The Effect of CO2-H2 Collision-induced Absorption
解释早期火星表面存在液态水的证据对气候建模者来说是一个挑战，因为在诺亚纪晚期，太阳的亮度降低了30%。我们建议，额外的温室效应迫使CO2-H2碰撞引起的吸收是能够使地面温度以上冻结，并可以把早期的火星进入一个有限的循环制度。极限循环发生时，日照低，CO2出气率无法平衡与CO2的快速下降在温暖的风化期。处于这种状态的行星将在全球冰川和短暂的温暖气候阶段之间交替。这一机制能够解释火星记录中短暂温暖期的地貌证据。先前的研究表明，碰撞引起的CO2-H2吸收能够使早期火星冰川消退，但只有在高H2释气率（大于600 Tmol/年）和高表面压力（3至4巴）的情况下。我们使用新的理论推导的碰撞引起的吸收系数CO2-H2重新评估早期火星的气候极限循环假设。使用新的和更强的吸收系数在我们的1维辐射对流模型以及我们的能量平衡模型，我们发现，极限循环可以发生与H2放气率低至~300 Tmol/年，在表面压力低于3巴。我们的结果更接近早期火星表面压力和氢丰度的古参数。
2020-04-27 astro-ph.EP
Atmospheric dynamics of IR-active particles released from Mars' surface
Aeolis Research（埃俄利斯研究）；Northwestern University（西北大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Yale University（耶鲁大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；MIT Haystack Observatory（麻省理工学院海斯塔克天文台）；European Center for Medium-Range Weather Forecasts（欧洲中期天气预报中心）；Universidade Federal do Paraná（巴拉那联邦大学）
研究通过火星大气模型探讨了红外活性颗粒释放对火星加热的影响，发现辐射-动力反馈机制在加热和区域扩散中起关键作用。
2026-03-04 astro-ph.EP physics.geo-ph
H$_2$O$_2$-induced Greenhouse Warming on Oxidized Early Mars
在火星早期的氧化环境中存在液态水，这是由最近的火星探索中发现的富锰岩石推断出来的。富锰岩石所暗示的氧化气氛基本上由CO $_2$和H $_2$ O组成，没有任何还原的温室气体，如H $_2$和CH $_4$。然而，到目前为止，人们一直认为，如果没有减少温室气体的存在，早期的火星不可能足够温暖，以维持液态水的存在。在这里，我们提出H $_2$ O $_2$可能是负责加热氧化早期火星表面的气体。我们的一维大气模型表明，只有1 ppm的H $_2$ O $_2$就足以使行星表面变暖，因为它对远红外波长有很强的吸收，其中对于压力为3 bar的CO $_2$大气，地面温度可能达到273 K以上。由于在缓慢凝结条件下的快速光化学生成，潮湿和氧化的大气层预计将在其高层大气中保持足够量的H $_2$ O $_2$气体。我们的研究结果表明，在氧化的早期火星上可能保持着温暖潮湿的环境，从而表明其古老的大气氧化还原状态和可能的水环境之间可能存在联系。
2020-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
A research roadmap for assessing the feasibility of warming Mars
University of Chicago（芝加哥大学）；Astera Institute（Astera研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；MIT Haystack Observatory（麻省理工学院海斯塔克天文台）；JPL-Caltech（加州理工学院喷气推进实验室）；Harvard University（哈佛大学）；Northwestern University（西北大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Florida, Gainesville（佛罗里达大学盖恩斯维尔分校）；Aeolis Research（Aeolis研究）；Pioneer Labs（先锋实验室）；Terraform Industries（地球化工业）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Weill Cornell Medicine（威尔康奈尔医学院）；Breakthrough Initiatives（突破计划）；SynBioBeta；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出通过三种互补方法评估加热火星的可行性，包括固态温室膜、轨道反射器和增强自然温室效应，同时讨论地球测试和潜在风险。
2026-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
The geological and climatological case for a warmer and wetter early Mars
火星早期的气候仍然是一个激烈争论的话题。古代地形保存了与河道、湖盆甚至可能是海洋相一致的景观，因此也就保存了40亿年前火星表面流动的液态水。然而，尽管有地质证据，确定支持液态水的气候条件持续了多久仍然不确定。气候模型一直在努力产生足够温暖的表面条件，因为年轻的太阳微弱-即使假设早期的大气层密度更高。通过补充大气中的CO2和H2O变暖，二次温室气体或云可能会维持温暖的气候。或者，火星气候可能主要是寒冷和冰冷的，由陨石撞击，火山爆发，甲烷爆发或极限循环引发的短暂变暖事件。在这里，我们认为，温暖和半干旱的气候能够产生雨水是最符合地质和气候学的证据。
2018-10-03 astro-ph.EP
Modelling the long-term impacts of artificial warming on the Martian water cycle and surface ice distribution
Astera Institute（阿斯特拉研究所）；University of Chicago（芝加哥大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
研究通过模型分析人工升温对火星水循环和冰分布的影响，指出升温后大气水蒸气增加，云反馈效应导致温度变化，但需更多数据支持可行性。
2026-03-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
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
A coupled model of episodic warming, oxidation and geochemical transitions on early Mars
用大气演化模型来描述火星的地质仍然是一个重大挑战。火星地质学的特点是，过去的证据表明，表面存在间歇性的液态水，地球化学表明，从潮湿到干燥和氧化性更强的表面条件缓慢而间歇地过渡。在这里，我们提出了一个新的模型，将减少温室气体和氧化由于氢逃逸的随机注射，调查这些不同的意见负责的条件。我们发现，火星在其早期历史中可能反复地从还原（富含H2）过渡到氧化（富含O2）的大气条件。我们的模型预测了一个普遍寒冷的早期火星，年平均温度低于240 K。如果峰值还原气体释放率和背景CO2水平足够高，它仍然表现出足够的阶段性温暖间隔，以降解火山口壁，形成山谷网络，并创造其他河流/湖泊特征。我们的模型还预测了大气中O2的瞬时积累，这有助于解释盖尔陨石坑中锰氧化物等氧化矿物的发生。我们认为，明显的Noachian-Hesperian过渡页硅酸盐沉积到硫酸盐沉积约35亿年前可以解释为一个综合的结果，增加行星氧化，减少地下水的可用性和不断减弱的火流星撞击通量，这大大减缓了表面硫酸盐的再活化和热化学破坏。最终，火星早期气候和表面化学的快速和重复变化将为任何新兴的微生物生命带来挑战和机遇。
2021-03-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Inverted Channel Belts and Floodplain Clays to the East of Tempe Terra, Mars: Implications for Persistent Fluvial Activity on Early Mars
火星早期的气候是尚未解决的主要问题之一。目前还不清楚早期的火星是温暖潮湿还是寒冷冰冷。火星上的形态特征，如蜿蜒的山脊，可以为解决这一问题提供关键的限制。在这里，我们调查了火星坦佩Terra东部的几个蜿蜒的山脊，发现它们可能记录了早期火星上持续的河流活动。我们的分析表明，这些山脊可能代表了在重要的地质时期内由曲流河形成的河道带和漫滩沉积的折返。层状蒙皂石矿物，沿山脊侧翼分布，可能是碎屑或自生洪泛平原粘土。我们的地层关系的解释表明，层状蒙皂石轴承材料之间的通道带沉积物，支持河漫滩的解释。我们的研究结果表明，一个持续的变暖事件已经持续了一个地质意义上的间隔（>1500年）在火星的诺亚纪时期。
2020-09-06 astro-ph.EP
Climate simulations of early Mars with estimated precipitation, runoff, and erosion rates
关于火星早期气候的争论是行星科学中最有趣的争论之一。虽然地质证据通常支持更温暖和更潮湿的气候，但气候模型很难模拟这种情况，导致一些人认为火星表面观察到的河流地质（例如山谷网络，修改景观）可能是在寒冷的气候中形成的。然而，正如我们最初使用单柱辐射-对流气候模型[Ramirez et al. 2014 a]预测的那样，早期火山活跃的火星上CO2-H2碰撞诱导吸收（CIA）导致的变暖可能使平均地面温度升高到冰点以上，后来的计算表明，这是可以实现的，氢浓度低至~ 1%。然而，这些预测应该用更复杂的模型来检验。在这里，我们使用一个先进的能量平衡模型，其中包括北部低地海洋表明，平均地面温度接近或略高于水的冰点是必要的雕刻山谷网络。我们的设想与已经提出的相对较大的海洋相一致。在随后的移除过程之前，山谷网络分布将是全球性的。在较低的平均地面温度和较小的海洋规模，降水和表面侵蚀效率减少。温暖期可能在1000万年以下，这可能表明不需要情景性变暖机制。一旦表面冰层覆盖超过CIA假设的阈值，大气崩溃和永久冰川条件就会发生。我们的研究结果支持早期温暖和半干旱气候与许多地质观测相一致。
2020-03-11 astro-ph.EP
Climate Cycling on Early Mars Caused by the Carbonate-Silicate Cycle
几十年来，科学家们一直试图解释早期火星上河流活动的证据，但关于产生它的机制尚未达成共识。一种假设认为，早期火星是由厚厚的温室气体大气变暖的。另一种说法认为，早期火星总体上是寒冷的，但偶尔会因撞击或火山活动增强而变暖。后一种假说很难产生形成火星山谷所需的降雨量，但与地球相比，推断出的低风化率是一致的。在这里，我们提供了一个地球物理机制，可能会导致早期火星上的冰川和冰川消退周期。我们的模型产生了戏剧性的气候周期，冰川期延长，温暖期持续长达1000万年，比其他情景变暖模型产生的时间长得多。这种循环的发生是因为恒星的日射量很低，并且因为CO2的释气不能跟上硅酸盐风化和碳酸盐沉积所消耗的CO2。虽然在我们的模型中，二氧化碳本身并不能使早期的火星冰川消退，但我们假设温室效应是由火星减少的地壳和地幔释放的大量氢气增强的。我们的假设可以通过未来的火星探测来检验，更好地建立山谷形成的时间尺度。
2016-09-02 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
Photochemical Escape of Oxygen from Early Mars
光化学逃逸是现代火星氧逃逸的一个重要过程。本文建立了一维Monte-Carlo模型，计算了在1、3、10和20倍太阳XUV辐射通量下O2+解离复合反应（DR）产生的高能氧原子的逃逸率。我们发现，虽然整体DR率与太阳XUV通量几乎线性增加，氧气逃逸率增加1至10倍，目前太阳XUV条件下，但减少太阳XUV通量进一步增加。分析表明，在早期火星热层上层的原子种类增加更快，比O2+时，增加XUV通量。而后者是高能O原子的来源，前者增加了碰撞几率，从而降低了高能O的逃逸几率。我们的研究结果表明，光化学逃逸是一个不太重要的逃生机制比以前认为的水和/或CO2从早期火星的损失。
2015-01-19 astro-ph.EP
Geologic Constraints on Early Mars Climate
早期的火星气候研究有明确的目标（火星探测计划分析小组2018）。实现这些目标需要地质学家和气候建模者进行协调。如果成果是以明确界定的参数表示的，协调就比较容易。关键参数包括以下定量地质约束。(1)3.4Ga后降水源水径流量在个别地方超过1 km柱。(2)不存在单一的早期火星气候问题：可以看到$\ge$ 2河流形成时期的痕迹。相对于火星历史早期形成的河流，火星历史后期形成的河流更倾向于在低海拔地区发现，并且对纬度有更强的依赖性。(3)根据古湖泊水文学，最长的单个河流形成气候的持续时间为>（10 $^2$ -10 $^3$）年。(4)产流峰值大于0.1 mm/hr。然而，（5）产流峰值是间歇性的，持续时间（在给定的集水区）仅为河流形成气候持续时间的10%。(6)在谷网形成期间，累积的湿润年数>10 $^5$ yr。(7)后Noachian浅色层状沉积岩需要>10 $^7$年才能积累。然而，（8）火星上一个“平均”的地方在诺亚纪之后不到10 $^7$年就有水，这表明形成河流的气候中穿插着长期的全球干旱。(9)早期火星大气压力的地质代用指标表明，压力不低于0.012巴，但不超过1巴。一个真值表，这些地质约束与目前公布的气候模型表明，河流形成气候的后期持续性，结合长期的个别湖泊形成气候，是一个挑战，大多数模型。
2018-12-31 astro-ph.EP
Mars' Growth Stunted by an Early Giant Planet Instability
太阳系的许多动力学方面都可以用外行星经历一段轨道不稳定的时期来解释，这段时期有时被称为尼斯模型。虽然经常与月球陨石坑记录中被称为晚期重轰炸（LHB）的延迟峰值相关，但最近的工作表明，这一事件可能发生得更早;也许在类地行星形成的时期。虽然目前对陆地吸积的模拟可以再现太阳系的许多观测质量，但复制火星的小质量需要修改标准的行星形成模型。在这里，我们使用800动力学模拟表明，在太阳系外的早期不稳定性强烈影响类地行星形成，并定期产生适当大小的火星类似物。我们最成功的结果发生在类地行星在气体盘分散之后，在巨行星不稳定性开始之前，再演化1- 1000万年（Myr）的时候。在这些模拟中，在不稳定之前，火星区域已经开始吸积，但是由巨行星散射引起的动力学扰动从火星附近移除了大的胚胎。大的胚胎要么被喷射出来，要么被分散到地球和金星（在某些情况下是为了运送水），火星则作为搁浅的胚胎被留下。因此，一个早期的巨行星不稳定性可以在一个单一的模型中复制太阳系的内外。
2018-04-11 astro-ph.EP
Comment on 'Radiative transfer in CO2-rich atmospheres: 1. Collisional line mixing implies a colder early Mars'
Ozak等人[2016]声称，在其辐射转移计算中明确包括CO $_2$碰撞线混合（LM）的效应，产生的CO $_2$大气对红外辐射的透明度比使用亚洛伦兹线形状进行光谱计算时更高。这特别意味着早期火星的地面温度（高达15 K）比以前的研究估计的要低得多。在这里，我们表明，Ozak等人[2016]与碰撞线混合效应相关的相对冷却实际上是由于错误选择了加宽物质（空气而不是CO $_2$）。然后，我们计算了纯CO $_2$大气的逐线光谱使用线混合模型开发的自加宽CO $_2$。使用LMD通用模型（在1D辐射对流模式），我们发现，适当的碰撞线混合模型和次洛伦兹线形状的计算导致早期火星地面温度之间的差异小于2开尔文。
2017-11-09 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
A massive primordial atmosphere on early Mars
本研究通过量化彗星物质保留量，估算早期火星原始大气质量下限，表明其表面压力至少为2.9巴，支持重物种增强捕获的模型。
2025-09-12 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
A primordial atmospheric origin of hydrospheric deuterium enrichment on Mars
火星大气水（约6倍标准平均海水，SMOW）的氘氢比（D/H或2 H/1H）高于已知来源，需要行星浓缩。美国宇航局的火星科学实验室探测器Currency最近测量了>3 Gyr粘土的D/H比约为3x SMOW，表明大多数浓缩发生在火星历史的早期。与金星一样，火星的氘/氢富集被认为反映了相对于氘（2 H），1H（protium）优先损失到太空，但大量和早期氢损失的全球环境背景仍有待确定。在这里，我们适用于火星的原始大气演化的最新模型，连接的岩浆海洋的吸积时代与随后的水-海洋时代，并计算氘的行为与观察到的记录进行比较。我们发现，如果火星岩浆海洋在最后与原始大气平衡时发生化学还原，则会产生~2- 3倍的水圈氘富集，使H_2 O-CO_2成为最初的优势物种，并具有少量的H_2 O-CO_2丰度。还原性气体--特别是H2 --会导致温室效应，并阻止岩浆海洋时代后立即冻结的海洋。此外，压力-温度条件足够高，以产生海洋-大气H2O-H2同位素平衡，使得表面H2O相对于H2强烈浓缩氘，其优先吸收氚并从原始大气中逃逸。提出的原始富含氢气的释气和逃逸的情况表明，火星表面的化学条件在火星吸积之后立即有利于生命前化学的持续时间（>百万年）。
2022-09-21 astro-ph.EP
Early Mars volcanic sulfur storage in the cryosphere and formation of transient SO2-rich atmospheres during the Hesperian
在先前的论文（Chassefière等人，Icarus 223，878-891，2013），我们已经表明，释放到早期火星大气中的大多数火山硫可能以CO2-SO2包合物的形式被困在冰冻圈中。大量的硫，高达相当于~1巴大气中的SO2，将储存在诺亚冰冻圈中，然后在西方时期，由于二氧化碳压力迅速下降，大量释放到大气中。这将导致形成大型硫酸盐沉积物，主要在西方地形中观察到，而在诺亚纪没有或很少发现硫酸盐。在本文中，我们首先澄清我们以前的工作的一些方面。我们讨论了硫颗粒的较小冷却效应，甚至净变暖效应的可能性。我们指出的事实，CO2-SO2笼形物形成通过一个渐进的富集预先存在的水库CO2笼形物和讨论过程中可能涉及的缓慢形成的SO2丰富的上层冰冻圈。我们发现，在西方突然不稳定的情节可能会产生1000 ppmv的SO2在大气中，并有助于保持水的冰点以上的地面温度。
2016-02-10 astro-ph.EP
Testing the Early Mars H2-CO2 Greenhouse Hypothesis with a 1-D Photochemical Model
Ramirez等人（2014年）最近的一项研究表明，大气中含有1.3-4 bar的CO2和H2O，以及5-20%的H2，可以将早期火星的平均年和全球地面温度提高到水的冰点以上。如此温暖的温度似乎是产生降雨（或降雪）量所必需的，这些降雨（或降雪）量是雕刻古代火星山谷所必需的。在这里，我们使用我们最好的估计早期火星放气率，随着1-D光化学模型，以评估CO，CH 4和H2S的转换效率，CO2，SO2和H2。我们的释气估计假设火星在其地壳和内部之间积极地回收挥发物，就像今天的地球一样。还考虑了蛇纹石化和带状铁形成物沉积产生的H2。在这些假设下，维持约1-2%体积的H2浓度是可实现的，但达到5% H2需要额外的H2源或将氢逃逸速率减慢到低于扩散极限。如果火星早期的大气确实富含氢气，我们也许可以在岩石记录中找到证据。这里提出的假设与Curriculum Rover的新数据一致，这些数据显示了在Mt附近的Gale Crater中存在长寿湖泊的证据。点整打这也与测量的火星陨石的氧逸度相一致，这表明随着时间的推移，地幔氧化的证据。
2015-07-09 astro-ph.EP
Pacing Early Mars fluvial activity at Aeolis Dorsa: Implications for Mars Science Laboratory observations at Gale Crater and Aeolis Mons
火星历史早期的撞击流比今天高得多，因此沉积序列包括许多埋藏的陨石坑。结合撞击物通量模型，对掩埋陨石坑数量的观测可以限制沉积速率。利用火山口-河流相互作用的频率，我们发现在Aeolis Dorsa的净沉积速率\lesssim为20-300 μm/年。这就为诺亚纪-西斯佩里纪过渡期河流活动所跨越的总时间间隔设定了1- 1500万年的下限。我们预测盖尔陨石坑的土丘（埃奥利斯山）至少需要10-100百万年的积累，这是由火星科学实验室测试。
2012-07-28 astro-ph.EP physics.geo-ph
Impact inducted surface heating by planetesimals on early Mars
我们调查的早期火星表面上的大星子和小行星胚胎的影响，早期蒸汽大气，暴露于年轻的太阳的高软X射线和EUV通量的流体动力学逃逸。撞击统计的数量，质量，速度和角度的小行星撞击到早期的火星上是通过n体积分确定的。基于这些统计数据，平滑粒子流体动力学（SPH）模拟结果估计能量转移到行星表面材料和相应的表面加热。对于大气逃逸率的估计，我们采用了软X射线和EUV吸收模型和1-D高层大气流体动力学模型的岩浆海洋相关的灾难性脱气蒸汽大气与表面压力值为52巴H2O和11巴CO2。估计的撞击率和早期火星表面的能量沉积可以解释大量的加热。能量流入和转化为内能的速度很可能足以使浅层岩浆海洋在较长时间内保持液态。较高的地面温度使脱气的蒸汽大气以蒸汽形式保持更长的时间，因此在其形成后约0.6百万年内增强了其逃逸到太空中。
2014-05-22 astro-ph.EP
3D Modelling of the climatic impact of outflow channel formation events on Early Mars
火星的特点是由灾难性的地下水引起的地表洪水，形成了大量的外流通道，可能在西方时代改变了气候。特别是，据推测，这些事件可能引发了大量降雨，并导致后期山谷网络的形成。我们提出的3-D全球气候模式模拟的结果再现了短期和长期的气候影响的范围广泛的外流通道形成事件在寒冷的古代火星条件下。我们发现，这些事件中最强烈的事件（水体积高达10 $^7 $ km $^3$，并在温度高达320开尔文时释放）不能引发长期的温室效应全球变暖，无论外部条件如何有利（例如湿度和季节）。在任何情况下，在任何大气压下的外流通道形成事件都不能在$^{\circ}$ N以下的纬度产生降雨或显著的融雪。在长期，$\sim $ 45 $^{\circ}$和大气压力$>$ 80毫巴的结晶度，我们发现，湖冰（流出事件后迅速形成）是通过升华和绝热冷却机制逐步向南输送。与此同时，只要最初的水库没有完全升华，冰沉积物仍然存在于西Echus Chasma高原地区，在那里已经观察到与流出通道形成事件同时发生的水文活动的迹象。然而，由于冰的高度膨胀使火星温度更低，季节性太阳强迫产生的融雪很难实现。
2017-01-26 astro-ph.EP
The role of impact and radiogenic heating in the early thermal evolution of Mars
提出了考虑核-幔分异和核-幔-壳分异的火星行星分异模型。通过考虑短寿命核素~（26）Al和~（60）Fe的辐射加热，对火星早期热演化进行了数值模拟，模拟时间跨度可达早期太阳系的最初2500万年（Ma）。在火星吸积过程中的冲击加热的影响也纳入了模拟。火星的早期吸积需要短寿命的核素在加热过程中发挥重要作用。26 Al与撞击加热一起可以为整个主体提供足够的热能，以基本上熔化并触发行星尺度的分化。这与完全基于撞击加热的热模型相反，撞击加热不能产生广泛的熔化和行星分化。火星的早期吸积可能发生在太阳系早期的~1.5 Ma，如果火星在~1 Ma的时间尺度上吸积，可能会导致火星的实质性分化。这似乎与火星陨石的年代记录一致。
2014-08-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Noachian proglacial paleolake on Mars: Fluvial activity and lake formation within a closed-source drainage basin crater and implications for early Mars climate
在火星南部高地有一个直径54公里的诺亚时代的陨石坑，里面有保存异常完好的倒置河道网络和湖泊沉积物，所有这些都是在陨石坑内部形成的。这个封闭源流域（CSDB）陨石坑不同于以前记录的火星上的河流破裂或地下水注入的陨石坑盆地湖泊。我们将我们的观察结果与以前建立的火星上的陨石坑退化，河流切割和地形反演模型进行比较，以评估形成河流和湖泊特征的水的最可能来源。我们倾向于自上而下融化的冷基冰川作为CSDB陨石坑的水源，这将代表在诺亚火星上发现的第一个冰前河流通道和湖泊的例子。
2021-03-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
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
Mars in the aftermath of a colossal impact
从火星陨石中推断出的火星地幔中高度亲铁元素（HSE）的丰度意味着晚单板（LV）质量增加约0.8wt%，具有广泛的铁磁性成分。一个有差异的谷神星大小（直径约1000公里）的天体对火星的后期吸积可以解释部分必要的LV质量，而地质年代学的限制表明，这必须发生在不晚于大约1000年。4480 Ma.在这里，我们分析的结果，假设的LV巨大的影响，火星与平滑粒子流体动力学模拟与分析理论。结果表明，一般来说，撞击物的金属核心大约有50%破碎成约10米的碎片，随后在再吸积时破碎成亚毫米的金属冰雹。与正面碰撞和撞击后逃逸的碰撞相比，这将返回一个有希望的HSE进入火星地幔的传递;在这两种情况下，<10%的撞击物核心材料被破碎并最终嵌入火星地幔。来自火星陨石的同位素证据，以及对大气测绘数据的解释表明，在早期诺亚纪（公元前200年）可能存在全球地表水水库。4100Ma）。因此，毫米大小的金属冰雹可以与火星水圈反应，产生约3巴的H2，这足以作为温室并保持火星早期的温暖。然而，我们也发现这种气氛是短暂的。根据早期太阳的极紫外线（EUV）通量，它的寿命通常短于300万年;如果太阳是一个缓慢的旋转体，那么较弱的EUV通量可以将其寿命延长到> 1000万年。密集的前诺亚时期的CO2大气应该会降低氢通过红外辐射的逃逸效率。一个更详细的流体动力学大气模型，这个早期的氢大气是必要的，以检查其对前诺亚火星的影响。
2019-06-21 astro-ph.EP
Direct detection of hydrogen reveals a new macroscopic crustal water reservoir on early Mars
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢勒研究所）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）
通过中子和X射线计算机断层扫描技术，发现火星陨石中富含氢的铁氢氧化物，揭示了早期火星可能存在广泛近地表水库。
2026-01-13 astro-ph.EP
The early instability scenario: Mars' mass explained by Jupiter's orbit
太阳系巨行星的形成早于结束类地行星形成过程的大规模撞击的最终时代。在它们形成之后，巨行星的轨道经历了一段动力学不稳定的时期。太阳系的几个性质最近被解释为这一事件在太阳诞生后的第一个~ 1亿年内发生的证据;大约与内行星的最后组装同时发生。在最近的一系列论文中，我们认为这种早期的不稳定性可以解决类地行星形成的经典数值研究中揭示的几个问题，即火星和小行星带的小质量。在本文中，我们重新审视了早期不稳定的情况下，专门设计了一套模拟，以了解地球和火星的形成对木星和土星轨道的特定演变的敏感程度。通过直接从最近的小行星吸积的高分辨率模拟导出我们的初始陆地盘，我们的结果在很大程度上证实了我们以前的研究结果，关于不稳定性的效率截断地球形成区域以外的陆地盘的模拟，最好地复制外部太阳系。此外，我们的工作验证了原始的2：1木星-土星共振早期不稳定性框架作为一个可行的演化路径的太阳系。虽然我们的模拟阐明了地球系统在巨行星迁移时期的脆弱性，但当对一些观测约束进行仔细审查时，许多实现都产生了杰出的太阳系类似物。最后，我们强调了模型无法形成足够的汞类似物和地球和金星的低偏心率作为未来数值研究要解决的最重要的突出问题。
2021-06-09 astro-ph.EP
Early Mars' habitability and global cooling by H2-based methanogens
在诺亚纪期间，火星的地壳可能为微生物生命提供了有利的环境。多孔盐水饱和的风化层会创造一个物理空间，免受紫外线和宇宙辐射的影响，并提供溶剂，而地下温度和稠密的还原大气的扩散可能支持简单的微生物有机体，消耗H2和CO2作为能源和碳源，并产生甲烷作为废物。在地球上，氢营养甲烷生成是最早的代谢之一，但它在早期火星上的可行性从未被定量评估过。在这里，我们提出了一个概率评估火星的Noachian可居住的H2为基础的产甲烷菌，并量化他们对火星的大气和气候的生物反馈。我们发现，地下的可居住性是非常可能的，并主要受到限制的范围内的表面冰覆盖。生物量的生产力可能与地球早期的海洋一样高。然而，预测的甲烷生成引起的大气成分变化将引发全球冷却事件，结束潜在的早期温暖条件，损害表面可居住性并迫使生物圈深入火星地壳。我们预测的空间预测指出，低至中纬度的低地地点是揭示这种早期生命在地表或地表附近的痕迹的良好候选者。
2022-10-10 astro-ph.EP q-bio.PE
Feasibility of keeping Mars warm with nanoparticles
本文提出用火星易得材料制成的导电纳米棒形成人工气溶胶，模型显示以30升/秒持续释放可使火星全球升温逾30 K并融冰，效率远超温室气体。
2024-09-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
A low mass for Mars from Jupiter's early gas-driven migration
木星和土星在几百万年内从一个以气体为主的原行星盘形成（Haisch et al. 2001），并且在大约10万年的时间尺度上容易受到气体驱动的轨道迁移（Armitage 2007）。流体动力学模拟表明，这些巨行星可以经历两个阶段，向内然后向外迁移（Masset & Snellgrove 2001，Morbidelli & Crida 2007，Pierens & Nelson 2008）。类地行星完成吸积要晚得多（Klein et al. 2009），它们的特征，包括火星的小质量，最好从一个外缘距离太阳约一个天文单位的小行星盘开始复制（Wetherill 1978，Hansen 2009）（1 AU是地球到太阳的距离）。在这里，我们报告了对早期太阳系的模拟，显示了木星向内迁移到1.5 AU，以及随后的向外迁移，导致了一个在1 AU处截断的星子盘;然后在接下来的3000 - 5000万年内，类地行星从这个盘形成，地球/火星的质量比与观测结果一致。被木星散射的小行星最初会清空小行星带，但随后会重新填充，带内的天体起源于1到3天文单位之间，带外的天体起源于巨行星之间和之外。这就解释了小行星带的成分差异。以前的类地行星形成模型中缺少的关键方面是巨行星的大量径向迁移，这表明它们的行为比以前认为的更类似于太阳系外行星。
2012-01-25 astro-ph.EP
Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) north polar springtime recession mapping: First Three Mars years of observations
我们报告的地图北极地区的火星使用的数据从紧凑型侦察成像光谱仪火星（CRISM）仪器。我们已经观测到三个火星年（28-30）的冬末和春季衰退（Ls=304°-92°）。我们的调查导致了以下观察结果：1。根据冰粒度分布特征，我们将北极季节性冰冠的退缩分为“升华前”、“早春”、“不对称”和“稳定”四个阶段。2.在早春期间，冰冠边缘的CO2冰的特征被H2O冰所掩盖，这增加了此时季节性CO2冰冠周围H2O冰环的表观尺寸。在Ls=25°附近，这一过程转变为H2O沉积的不对称分布，在90-210°E经度范围内更快地覆盖CO2信号。3.即使在隆冬，我们也在极其有限的地点（罗蒙诺索夫陨石坑）探测到“纯”二氧化碳冰的特征。H2O冰的签名出现在撤退的CO2季节性冠到处都是，与南极季节性冠。4.我们发现，平均H2O冰颗粒尺寸不断增加，从北方仲冬到春季结束-这是相反的CO2冰颗粒尺寸在南方春季的行为。
2014-02-06 astro-ph.EP
Could life have been transferred from Mars to Earth? Laboratory and computational simulations of Martian ejecta
University of Southern Queensland（南昆士兰大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
研究通过实验室和天文物理实验探讨火星弹射物可能将早期生命带到地球的可能性，发现火星弹射物在数年内可到达地球，表明在有利条件下生命转移是可能的。
2026-05-15 astro-ph.EP
Loss and fractionation of noble gas isotopes and moderately volatile elements from planetary embryos and early Venus, Earth and Mars
在这里，我们讨论了目前的知识状态，如何大气逃逸过程可以fracketnoble惰性气体同位素和中等挥发性的岩石形成元素，填充原始大气，岩浆海洋相关的环境，和灾难性的脱气蒸汽大气。不同行星储存库中的同位素和挥发性元素的变化保持了有关大气逃逸，成分甚至吸积物质来源的信息。我们总结了我们的知识，大气同位素比，并讨论了最新的证据，原金星和地球捕获小H $_2$为主的原始大气，失去了EUV驱动的流体动力学逃逸后，磁盘分散。所有相关的热和非热大气逃逸过程，可以压裂各种同位素和挥发性元素进行了讨论。还讨论了大型行星撞击物对早期大气、地壳和地幔的侵蚀。此外，我们还讨论了中等挥发性的元素，如放射性产热元素$^{40}$ K和其他岩石形成元素，如镁，也可以从岩浆海洋，起源于大的行星胚胎和吸积行星的脱气和损失。脱气元素从质量为$\geq$ \，M $_{\rm Moon}$的行星胚胎中逃逸，或者由于逃逸的H原子的流体动力学阻力，这些H原子来自更大质量的胚胎中的原始或蒸汽大气。我们讨论了这些过程如何影响最终的元素组成和比例，如K/U，Fe/Mg的早期行星和它们的积木。最后，我们审查的建模工作，限制金星，地球和火星的早期演变，通过复制他们的测量今天的大气$^{36}$ Ar/ $^{38}$ Ar，$^{20}$ Ne/ $^{22}$ Ne稀有气体同位素比和同位素的作用，对水的损失及其连接到早期火星的氧化…
2020-11-02 astro-ph.EP
Polarized Signatures of Variable Worlds: Modeling Heterogeneous Habitable Earth- and Early Mars-like (Exo)planets
本文通过模拟异质地球和早期湿润火星的可见光至近红外光谱偏振特征，揭示了偏振对云层和大陆等异质性比通量更敏感，为未来宜居世界天文台等偏振观测提供预测依据。
2025-09-19 astro-ph.EP
A Lower Limit of Atmospheric Pressure on Early Mars Inferred from Nitrogen and Argon Isotopic Compositions
我们使用氮和稀有气体的元素和同位素组成来研究火星大气的损失和补充的历史。计算大气层的演变时考虑到各种过程：小行星和彗星的撞击侵蚀和补充、太阳辐射和风引起的大气逃逸、火山脱气和行星际尘埃颗粒的气体沉积。我们的模型再现了火星大气中N和稀有气体（除N2）的元素和同位素组成，从探测任务和火星陨石分析中推断。其他过程，如电离诱导的分馏，这是不包括在我们的模型中，可能会作出很大的贡献，在生产目前的同位素组成。由于猛烈轰击期间的强烈撞击极大地影响了大气质量，大气压力随机演变。虽然稠密的大气层保留了原始的同位素组成，但早期火星上稀薄的大气层受到随机撞击事件和逃逸引发的分馏的严重影响。在大气压力降低后分馏的开始被解释为在较低的大气压力下同位素分馏的时间尺度较短。我们的数值计算结果与火星陨石Allan Hills 84001中记录的古代大气中分馏较少的N（$^15$ N/ $^14$ N）和Ar（$^38$ Ar/ $^36$ Ar）同位素组成的比较，提供了4 Ga的大气压力下限，以保存原始同位素组成。我们得出结论，在4 Ga时，大气压力高于约0.5 bar。
2017-08-13 astro-ph.EP
Effect of O3 on the atmospheric temperature structure of early Mars
臭氧是地球大气中一种重要的辐射性痕量气体。臭氧的存在可以显著影响大气的热结构，并由此例如云的形成。光化学研究表明，臭氧可以在富含二氧化碳的大气中形成。我们研究臭氧对模拟早期火星大气温度结构的影响。用一维辐射-对流模型，我们计算了1巴二氧化碳大气的温度-压力分布。臭氧剖面是固定的、参数化的剖面。我们改变臭氧层最大值的位置和最大值的浓度。最大值位于上层和中层大气的不同压力水平（1-10毫巴）。结果表明，臭氧对地面温度的影响相对较小。然而，在臭氧浓度大的情况下，行星的臭氧浓度会显著降低。在整个中层和高层大气中，由于强烈的紫外线吸收，引入臭氧后温度会升高。中层大气的这种加热强烈地减少了二氧化碳冷凝区，因此可能形成二氧化碳云。由于臭氧浓度高，整个大气层中二氧化碳云的形成受到抑制。此外，由于中层大气的加热，当臭氧增加时，冷阱位于越来越高的压力下。这导致平流层更加潮湿，因此可能会增加早期火星上的水分流失率。然而，平流层H2O的增加会导致更多的HOx，这可能会有效地破坏臭氧。这一结果强调需要进行一致的气候化学计算，以评估温度结构、水含量和臭氧化学之间的反馈。此外，对流在高臭氧量下被抑制，导致稳定的分层大气。
2015-05-28 astro-ph.EP
Geochemistry constrains global hydrology on Early Mars
火星上的沉积岩记录了古代的水文学。在火星的西方时期形成的最大体积的沉积岩是富含硫酸盐的岩石，由$Opportunity$漫游车在2004-2012年进行了探索，并很快由$Curiosity$漫游车在盖尔陨石坑进行调查。关于这些硫酸盐来源的一个主要假设是，阳离子来自深源地下水的蒸发，作为全球地下水循环的一部分。全球地下水循环意味着早期火星上持续的温暖的地球环境。地下水的全球循环，包括最初与火星的CO $_2$大气平衡的水的渗透，意味着地下形成了碳酸盐。我们发现，如果$Opportunity$的数据是西方富含硫酸盐的岩石的代表，那么全球地下水假说所暗示的火星上富含硫酸盐的岩石起源的CO $_2$封存是30-5000巴，这是如此之大，以至于（即使考虑到火山放气）它会掩埋大气。这不利于火星的西方硫酸盐的阳离子来自深层地下水的上升流的假设。相反，如果将西方富硫酸盐岩石近似为纯硫酸镁（不含Fe），则CO $_2$螯合量为0.3-400巴。这一范围的低端与火星西方硫酸盐的阳离子来自深层地下水的上涌的假设一致。在这两种情况下，全球地下水循环的碳固存积极地终止了地表的可居住性，而不是像地球一样温暖的被动标志。$Curiosity$很快就能区分这两种假设。我们的工作将火星硫酸盐阳离子组成、碳同位素和气候变化联系起来。
2019-07-18 astro-ph.EP physics.geo-ph
Comparison of "warm and wet" and "cold and icy" scenarios for early Mars in a 3D climate model
我们使用一个三维大气环流模型来比较原始的火星水文循环在“温暖和潮湿”和“寒冷和冰冷”的情况。在温暖和潮湿的情况下，需要人为地将异常高的太阳通量或强烈的温室变暖添加到气候模型中，以保持温暖的条件和无冰的北部海洋。降水表现出强烈的地表变化，Hellas盆地和塔尔西斯西部的降水率很高，但Margaritifer Sinus周围的降水率很低（尽管如此，观察到的流域网络排水密度很高）。在寒冷和结冰的情况下，雪的迁移是一个函数的湿度和表面压力，有限的幕式融化是可能的，通过季节性，火山和影响力的组合。在地面压力高于避免大气崩溃所需的压力（约0.5巴）和中等至高的湿度下，雪被输送到赤道高地地区，那里的山谷网络密度最高。伊奥利斯四边形的积雪量很高，这表明盖尔陨石坑不需要无冰的北部海洋来供水。在较低的表面压力和湿度下，H2O和CO2都被困在两极的冰中，赤道地区变得非常干燥。山谷网络分布与41.8度寒冷和结冰模拟产生的积雪呈正相关，但与温暖和潮湿模拟产生的降水无关。由于我们的模拟对不同气候情景下的降水模式做出了具体的预测，它们激发了未来有针对性的地质研究。
2015-06-16 astro-ph.EP
Escape of the martian protoatmosphere and initial water inventory
行星形成的最新研究表明，火星在几百万年（Myr）内形成，并且仍然是一个行星胚胎，从未成长为一个更大的行星。从动力学模型中也可以预期，火星的大部分建筑块都是由在冰线之外的轨道位置形成的物质组成的，这些物质可能含有约0.1-0.2重量。%的水。通过使用这些约束条件，我们估计的星云捕获和灾难性的挥发性物质的含量在固化的火星的岩浆海洋和应用流体动力学高层大气模型的软X射线和极紫外（XUV）驱动的热逃逸的火星原大气在早期活跃时期的年轻太阳的研究。通过求解原行星星云的流体静力学结构方程，计算了从原行星盘被捕获到行星大气中的气体量。根据星云的性质，如尘埃颗粒的损耗因子、星子的吸积率和光度，质量在3 × 10 ^{19} g到6.5 × 10 ^{22} g之间的氢包层可能是从早期火星周围的星云中捕获的。根据前面提到的参数，由于行星的低重力和太阳XUV通量比现在强100倍，我们的研究结果表明，早期火星在星云气体蒸发后，在大约0.1-7.5百万年的快速时期内，将失去星云捕获的氢包层。在早期火星的岩浆海洋凝固后，约50-250 bar H2O和约10-55 bar CO2的灾难性挥发物可能在约0.4-12百万年期间损失，如果与撞击相关的大微行星和小胚胎到行星表面的能量通量持续足够长的时间，蒸汽大气可以防止冷凝。如果不是这样……（续）
2013-08-01 astro-ph.EP
Yearly and seasonal variations of low albedo surfaces on Mars in the OMEGA/MEx dataset: Constraints on aerosols properties and dust deposits
使用OMEGA近红外数据集研究了暗火星表面特征光谱特性的时间变化。分析期间涵盖两个火星年，从2004年初到2008年初（包括2007年的全球尘埃事件）。辐射转移模型表明，低到中纬度黑暗地区的明显的辐射变化与火星探测漫游者从地面同时测量的大气尘埃的光学深度变化所产生的变化是一致的。我们只观察到一些可归因于表面现象的显著的微扰变化。它们是小规模的，位于明亮和黑暗区域之间的边界。然后，我们研究了气溶胶的平均粒径的变化，利用观测到的暗区光谱的演变之间的1和2.5 μm。总的来说，我们发现，所观察到的光谱斜率的变化与气溶胶的平均粒径随时间变化在1和2 μm之间是一致的。利用不同太阳天顶角的观测，可以确定不同高度的气溶胶层的特征，揭示气溶胶的颗粒大小随着高度的增加而减小。
2011-03-17 astro-ph.EP
Proton Irradiation of Primitive Atmospheres of Young Exoplanets and early Earth: $N_{\mathrm{2}}O$ Greenhouse Warming and Prebiotic Synthesis
Yokohama National University（横滨国立大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；American University（美利坚大学）；Kyoto University（京都大学）；Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki（茨城县那珂郡东海村）；Tokyo City University（东京都立大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；NASA Langley Research Center（美国国家航空航天局兰利研究中心）
研究通过质子辐照实验探讨了年轻系外行星和早期地球大气中N₂O的温室效应及前生物合成过程，展示了StEP事件对维持温带气候和促进前生物分子积累的作用。
2026-03-20 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Measurements and semi-empirical calculations of CO2+CH4 and CO2+H2 collision-induced absorption across a wide range of wavelengths and temperatures. Application for the prediction of early Mars surface temperature
最近出现了一种有希望的情景，使早期火星表面变暖，足以推动迄今为止在火星表面发现的山谷网络和其他古老的水特征的形成。在这里，我们提出了一系列的实验和计算，以更好地约束CO2+ CH 4和CO2+H2碰撞诱导的反射（CIA），以及它们对早期火星地面温度的预测的影响。首先，我们进行了一组新的实验测量（使用AILES线的SOLEIL同步加速器）的CO2+ CH 4和CO2+H2 CIAs。这些测量结果证实了Turbet et al. 2019，Icarus vol. 321的先前结果，同时显著降低了实验的不确定性。其次，我们将半经验模型拟合到这些CIA测量结果中，使我们能够在宽光谱域（0- 1500 cm-1）和宽温度范围（100- 600 K）内计算CO2+ CH 4和CO2+H2 CIA。最后，我们进行了1-D数值辐射对流气候计算（使用LMD通用模型），以计算预期的地面温度的表面上的早期火星的几个CO2，CH 4和H2的大气含量，考虑到这些修订后的CIA的辐射效应。这些计算表明，厚厚的CO2+H2为主的大气仍然是一个可行的解决方案，使火星表面升温到水的熔点以上，但不是CO2+ CH 4为主的大气。我们计算的CO2+ CH 4和CO2+H2 CIA光谱和预测的早期火星地面温度提供给社会供未来使用。
2020-04-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.atm-clus
Aerosols and tides in the martian tropics during southern hemisphere spring equinox from Mars Climate Sounder data
我们分析了火星气候探测器在热带地区的温度和气溶胶数据，以研究大气潮汐及其与尘埃和水冰分布的关系。研究结果表明，在火星29-35年（MY 29-35）的南半球春分，在同一时间内，MY 29年出现了其他年份所没有的大幅度非迁移热潮。与其他年份相比，夜间温度最受干扰，在35-55公里高度处有强烈的逆温。对不同当地时间数据的分析表明，MY 29上午03：45的温度和水冰云与其他年份上午05：00的温度和水冰云更接近，这表明周日潮汐的相位向当地时间提前。这种相移，以及大幅度的非迁移热潮汐，似乎与早期的尘埃活动。在MY 29中，两次早期沙尘暴发生在热带地区的上升流附近，与哈德利环流有关，使沙尘能够被输送到更高的高度，在那里它具有更大的辐射影响。除了尘埃，水冰云也被发现影响潮汐结构。由于非迁移潮汐的相互作用，水冰云在夜间出现在两个离散的纵向区域。辐射冷却的增加导致云上下沉流的增加，导致绝热变暖的增加和逆温的加强。
2020-11-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Seasonal thaws under mid-to-low pressure atmospheres on Early Mars
针对早期火星黯淡年轻太阳悖论，本研究利用ESTM模型和EOS辐射传输代码，发现1.3-2.0巴CO₂主导的大气在合适轨道参数下可产生季节性融化，中等含量CH₄可拓宽其参数空间。
2023-10-10 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
Revisiting the scattering greenhouse effect of CO2 ice clouds
二氧化碳冰云被认为在寒冷的类地行星中起着重要作用，这些行星的大气层以厚厚的二氧化碳为主。先前的各种研究表明，二氧化碳冰云的散射温室效应可能导致行星表面的大规模变暖。然而，所有这些研究都只采用简化的双流辐射转移方案来描述各向异性散射。使用精确的辐射转移模式与一般的离散纵坐标方法，这项研究重新审视这一重要的影响，并表明，积极的气候影响的二氧化碳云强烈高估了过去。修正后的散射温室效应可能对早期火星有重要意义，但也对早期地球这样的行星或宜居带外边界的位置有重要意义。
2016-01-06 astro-ph.EP
Three new stable L5 Mars Trojans
火星被认为是特洛伊小天体的宿主，仅次于木星。自1990年以来，有五颗小行星-- 5261 Eureka、（101429）1998 VF 31、（121514）1999 UJ 7、2001 DH 47和（311999）2007 NS 2--被确认为火星特洛伊，一颗L4和四颗L5。动力学和光谱学证据表明，一些火星特洛伊人可能是在类地行星区域形成的原始星子种群的残余。在这里，我们重新审视了以前已知的火星特洛伊木马的长期动态演化，并表明2011 SC 191，2011 SL 25和2011 UN 63也是尾随（L5）火星特洛伊木马。它们看起来像尤利卡一样稳定，可能是超过太阳系时代的特洛伊人。事实上，五个特洛伊人在类似的轨道上移动，其中一个是双星，这可能表明在太阳系历史的早期，一个更大的天体被破坏了。这种灾难性事件也可以解释L4和L5区域之间物体数量（1对7）明显不对称的现象。未来的光谱观测应该能够拒绝或确认一个假定的共同化学签名，可能会提供进一步的支持碰撞的情况。
2013-03-29 astro-ph.EP
