Resolving the flat-spectrum conundrum: clumpy aerosol distributions in sub-Neptune atmospheres
研究通过分析亚 Neptune行星TOI-776c的传输光谱，发现浓密气溶胶分布能解释其平坦光谱与低金属度大气层之间的矛盾。
2025-11-24 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres
对系外行星大气的研究是天文学中最令人兴奋和最具活力的前沿领域之一。在过去的二十年里，正在进行的调查揭示了系外行星系统的行星质量、半径、温度、轨道参数和宿主恒星性质的惊人多样性。我们现在正进入一个时代，在这个时代，我们可以开始解决有关系外行星组成、大气和内部过程以及形成历史的多样性的基本问题，就像过去一个世纪对太阳系行星所做的那样。系外行星大气通过其可观测的光谱特征提供了解决这些问题的直接手段。在过去十年中，特别是在过去五年中，利用各种空间和（或）地面观测设施，通过光度和光谱方法探测系外行星的大气特征方面取得了巨大进展。这些观测开始对各种大气特性提供重要的限制，包括压力-温度廓线、化学成分、能量循环、云的存在和非平衡过程。最新的研究也开始将推断出的化学成分与系外行星的形成条件联系起来。在本章中，我们回顾了系外行星大气领域的最新进展。我们的评论涵盖了系外行星大气观测和理论的进展，并涵盖了广泛的系外行星类型（气体巨星，冰巨星和超级地球）和检测方法（凌日行星，直接成像和径向速度）。最后，我们讨论了系外行星大气未来研究的光明前景。
2014-02-05 astro-ph.EP
Detection of Aerosols at Microbar Pressures in an Exoplanet Atmosphere
在微巴压力下形成的薄雾已经被外行星大气的理论模型所探索，以解释瑞利散射和/或无特征的透射光谱，然而，在低压形成环境中气溶胶的观测证据已被证明是难以捉摸的。在这里，我们展示了气溶胶存在的直接证据，在温暖的亚土星WASP-69 b的大气中，使用哈勃太空望远镜上的空间望远镜成像光谱仪（STIS）和宽视场相机3（WFC 3）仪器进行观测，在$\sim$ 1微巴的压力。透射光谱显示了由气溶胶散射引起的波长依赖性斜率，其覆盖了光谱调制的11个尺度高度。借鉴在我们的太阳系的阴霾的广泛研究，我们的模型的基础上的木星的阴霾密度分布的缩放版本的透射光谱表明，WASP-69 b的透射光谱可以通过散射从一个近似恒定的密度的颗粒延伸到整个大气柱从40毫巴到微巴的压力。这些结果与基于气溶胶粒子的微观物理学的理论预期一致，该理论预期表明霾可以在系外行星大气中的微巴压力下存在。
2021-07-09 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges and Prospects
系外行星科学正处于一场前所未有的革命的边缘。在过去十年中发现的数千颗系外行星最近又发现了附近低质量恒星周围的潜在宜居行星。目前，该领域正在迅速发展到详细的光谱观测，以确定这些行星的大气层。虽然来自太空和地面的各种调查预计将探测到更多围绕附近恒星运行的系外行星，但即将发射的JWST以及大型地面设施预计将彻底改变系外行星光谱学。这些观测，结合详细的理论模型和反演方法，为了解系外行星大气中的各种物理过程和化学成分提供了有价值的见解。根据行星的性质，大气成分的知识也可以对行星的形成和迁移机制、地球物理过程以及最终的生物特征产生重要的限制。在本综述中，我们将讨论系外行星大气这一前沿领域的现代和未来景观。我们将首先简要回顾该领域，强调从不同的观测方法和理论研究中获得的关键见解。其次是对该领域三个前沿分支的最新技术、挑战和未来前景的深入讨论。
2019-04-05 astro-ph.EP
Aerosol Constraints on the Atmosphere of the Hot Saturn-mass planet WASP-49b
气溶胶强烈的、几乎与波长无关的吸收截面产生了无特征的系外行星透射光谱，限制了我们描述其大气的能力。在这里，我们表明，即使在无特征光谱的存在下，我们仍然可以表征某些大气特性。具体来说，我们约束气溶胶层的上，下压力边界，并提出合理的组成候选人。我们研究了膨胀的土星质量行星WASP-49 b的情况，近红外观测揭示了0.7和1.0 { \microns }之间的平坦透射光谱。首先，我们使用一个流体动力学上层大气代码来估计电离恒星高能光子在$10^{-8}$巴达到的压力，设置气溶胶可能存在的压力上限。然后，我们结合HELIOS和Pyrat湾辐射传输模型来约束大气气溶胶的温度和光球压力，在贝叶斯框架。对于WASP-49 b，我们将透射光球（因此，气溶胶甲板边界）限制为高于$10^{-5}$ bar（100 $\times$太阳金属丰度）、$10^{-4}$ bar（太阳）和$10^{-3}$ bar（0.1 $\times$太阳）的压力作为下边界，低于$10^{-7}$ bar作为上边界。最后，我们将气溶胶化合物的凝结曲线与地球的压力-温度曲线进行比较，以确定负责吸收的合理凝结物。在这些情况下，我们发现作为候选人：钠$_{2}$ S（在100 $\times$太阳金属丰度）;铬和MnS（在太阳和0.1 $\times$太阳）;和镁橄榄石，顽火辉石和alabandite（在0.1 $\times…
2017-10-06 astro-ph.EP
Photoreactivity of condensed acetylene on Titan aerosols analogues
在土卫六上层大气中由光化学作用形成的挥发性有机分子可以在平流层和对流层中凝结成纯冰，也可以凝结成有机气溶胶上的冰层，这些有机气溶胶可以在土卫六的薄雾层中看到。当太阳光子穿透土卫六的大气层时，较短波长的光子被衰减，而较长波长的光子则进入较低的高度，在那里气溶胶变得丰富。我们进行了一项实验研究，以评估长波长（> 300 nm）的光反应性，这些冰的土卫六气溶胶类似物（也称为托林）在实验室制造的。我们关注的是乙炔，它是土卫六大气中仅次于CH 4和C2 H6的第三大碳氢化合物。此外，乙炔是土卫六大气中最丰富的不饱和烃。我们的研究结果表明，气溶胶可以作为激活中心驱动乙炔的光反应性与气溶胶在吸积界面的波长，乙炔冰单独不显示光反应性。我们发现，随着光化学，光脱附起着重要的作用。我们观察到约15%的初始乙炔被光解吸，在355 nm处的光解吸速率为（2.1 +/- 0.2）x 10-6分子·光子-1。这种光解吸是波长依赖性的，证实了它是由气溶胶类似物的UV吸收介导的，类似于光化学。我们的结论是，气溶胶的紫外-可见光特性将决定它们如何在土卫六的大气和表面上进一步演变，通过光化学变化，涉及更长波长的光子。
2019-03-29 astro-ph.EP
Experimental study of heterogeneous organic chemistry induced by far ultraviolet light: Implications for growth of organic aerosols by CH3 addition in the atmospheres of Titan and early Earth
在土卫六和早期地球等含甲烷的大气中，已经观察到并提出了由光化学反应驱动的有机气溶胶的形成。然而，由太阳远紫外（FUV）光驱动的有机气溶胶的详细生产和增长机制仍然缺乏约束。我们进行了实验室实验，模拟在CH 4-CO2大气中的光化学反应的FUV辐射为主的莱曼-α线驱动。在实验中，我们分析了在反应池中的光学窗口上形成的固体有机膜的厚度和红外光谱的时间变化。FUV辐射形成的气体物种进行了分析，并与光化学模型计算进行了比较。实验结果表明，有机薄膜的生长速率随反应气体中CH_4/CO_2比值的减小而减小，当CH_4/CO_2 < 1时，这种减小变得非常陡峭。与光化学模型计算的比较表明，气相烃，如多炔和芳烃的聚合，不能占有机膜的生长速率，但CH 3自由基的加成反应到有机膜上的反应概率约为10-2可以解释的生长速率。当CH_4/CO_2 < 1时，CO_2光解生成的O原子对有机膜的刻蚀作用减弱或抑制了有机膜的生长。我们的研究结果表明，有机气溶胶将增长通过CH 3添加到表面上的气溶胶粒子在土卫六和早期地球的中层大气中的沉淀过程。在土卫六上，有效的甲烷添加将减少大气中C2 H6的产生。在早期的地球上，气溶胶粒子的增长效率低于土卫六，可能导致小尺寸单体和影响紫外线屏蔽。
2018-02-23 astro-ph.EP
Modeling Exoplanetary Atmospheres: An Overview
我们回顾了当今时代系外行星模型大气计算的几个方面，重点是了解大气的温度-压力分布及其发射光谱。大多数的焦点是在气体巨行星，无论是在强烈的恒星辐射和孤立。恒星辐射，金属丰度，表面重力，C/O比，内部通量和云不透明度的作用进行了讨论。在适当的情况下，与研究得很好的褐矮星以及亚海王星和类地行星的大气层建立了联系。给出了热发射光谱上模型大气反演的说明性例子，并在大气丰度和行星形成模型的预测之间建立了联系。
2018-04-22 astro-ph.EP
C/O ratio as a Dimension for Characterizing Exoplanetary Atmospheres
直到最近，对系外行星大气的红外观测通常都是使用假设太阳元素丰度的模型来解释的。在化学成分固定的情况下，人们试图根据恒星辐射对热木星大气进行分类。然而，最近的观测显示，与基于这种分类方案的预测有偏差，从一些数据集检索到的化学成分也表明了非太阳丰度。在热氢为主的大气中，C/O比严重影响几种光谱主导分子的相对浓度。在C/O为0.5（太阳值）和2之间，H2O和CH4的丰度在可观测的大气中可以变化几个数量级，当C/O>= 1时，HCN和C2H2等新的碳氢化合物物种变得突出，而CO的丰度几乎保持不变。此外，当C/O>= 1时，由于TiO和VO在热木星大气中的天然丰度不足，因此C/O>= 1可以排除TiO和VO在热木星大气中的强烈逆温。因此，我们提出了一个新的二维分类方案，以氢为主的太阳系外行星大气的辐射（或温度）和C/O比的两个维度。我们在这个2-D空间（O1，O2，C1和C2）中定义了四个类别，具有不同的化学，热和光谱特性。在我们提出的二维分类方案的框架下，我们表征了六种热膨胀剂（XO-1b，CoRoT-2b，WASP-14 b，WASP-19 b，WASP-33 b和WASP-12 b）的热结构和C/O比。虽然我们样本中的几个系统的数据与富碳大气（即C/O>= 1）一致，但需要新的观测来最终限制其大气中的C/O比。我们讨论了使用现有和即将推出的设施进行的观测如何限制系外行星大气中的C/O比…
2012-09-11 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres - Chemistry, Formation Conditions, and Habitability
描述太阳系外行星的大气是太阳系外行星科学的新前沿。过去二十年的系外行星发现表明，系外行星在轨道和体积特性上非常常见且极其多样。我们现在进入了一个新的时代，我们开始研究系外行星的化学多样性，它们的大气和内部过程，以及它们的形成条件。该领域的最新发展使我们对系外行星大气化学及其形成条件的理解取得了前所未有的进步。我们在目前的工作中审查这些发展。我们详细回顾了迄今为止发现的所有系外行星的大气化学理论，从高度辐射的气体巨星，冰巨星和超级地球，到直接成像的大轨道分离的巨行星。然后，我们回顾了这些不同类型的系外行星大气中的化学物种的观测探测使用不同的方法，包括过境光谱，多普勒光谱，和直接成像。除了化学检测，我们讨论了在确定这些大气中的化学丰度的进展，以及如何使用这些丰度来约束系外行星的形成条件和迁移机制。最后，我们回顾了最近的理论工作的可居住的系外行星的大气，随后讨论了该领域的未来前景。
2016-04-20 astro-ph.EP
An Observational Diagnostic for Distinguishing Between Clouds and Haze in Hot Exoplanet Atmospheres
热系外行星大气中气溶胶的性质是系外行星领域面临的主要棘手问题之一。复杂的化学性质、多种形成途径以及缺乏与气溶胶相关的易于识别的光谱特征使得限制其关键特性尤其具有挑战性。我们提出了一种透射光谱技术，以确定最高辐射热蒸发器（HIHJs）的主要气溶胶形成机制。该技术基于这样的预期，即两种关键类型的气溶胶-光化学产生的薄雾和平衡冷凝云-预计将在高度辐照的行星大气层的不同区域形成并持续存在。霾只能在潮汐锁定的热对流层的永久日照面产生，并将被大气动力学带到顺风的夜晚终结者（在过境期间被视为拖曳翼）。云只能在HIHJ的夜晚和早晨终结者（被视为过境期间的领先分支）的较冷区域形成。由于相对的肢体预计将受到不同类型的气溶胶的影响，入口和出口光谱，主要探测地球的相对两侧，将揭示主要的气溶胶形成机制。我们表明，基准HIHJ，WASP-121 b，具有与部分气溶胶覆盖一致的透射光谱，并且进出口光谱将限制这些气溶胶的位置和形成机制。在一般情况下，使用这种诊断，我们发现，观测与JWST和可能与HST应该能够区分云和霾目前已知的HIHJ。
2017-08-11 astro-ph.EP
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. III. Gaseous C-H-O-N Chemistry with 9 Molecules
我们提出了新的，分析，平衡化学公式的丰度的分子在热的系外行星大气中，包括碳，氧和氮网络。我们以氢为主的解决方案包括乙炔（C $_2$ H $_2$），氨（NH $_3$），二氧化碳（CO $_2$），一氧化碳（CO），乙烯（C $_2$ H $_4$），氰化氢（HCN）、甲烷（CH $_4$），分子氮（N $_2$）和水（H $_2$ O）。通过只考虑气相，我们证明了一氧化碳的混合比是由一个decic方程（多项式方程的次数为10）。我们验证我们的解决方案对平衡化学的数值计算，执行吉布斯自由能最小化，并证明他们是准确的$\sim 1\%$水平的温度从500到3000 K。在氢占主导地位的大气中，HCN与CH $_4$的丰度比在很宽的碳氧比范围内几乎是恒定的，这使得它成为气相中金属丰度的可靠诊断。我们验证的公式允许方便的基准化学动力学代码，并提供了一种有效的方式，在大气反演计算中执行化学平衡。
2016-07-15 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
The Potential Importance of Non-Local, Deep Transport on the Energetics, Momentum, Chemistry, and Aerosol Distributions in the Atmospheres of Earth, Mars and Titan
对地球大气层中的非本地深层传输机制的回顾为研究火星和土卫六大气层中是否存在类似机制提供了良好的基础。在地球上，热带地区的深层对流云构成了哈德利环流圈的向上分支，并提供了一个管道，通过该管道，能量、水分、动量、气溶胶和化学物质从边界层移动到对流层上部和平流层下部。这种输送在对流层中部产生最小值，如水蒸气和湿静态能量，并在云离开时产生最大值。类似于这种陆地传输的是与火星地形和火星沙尘暴有关的强烈的深层热循环。对火星上尘埃层升高的观测进一步支持了非本地深层运输是火星大气层中一个重要机制的观点。在土卫六上，深层对流云的存在几乎保证了非局部的深层运输正在发生，这些云可能在全球能量、动量和甲烷的循环中发挥作用。基于地球大气层中非局部深层传输的潜在重要性，并得到火星和土卫六大气层中此类传输的证据支持，有必要更加关注地外大气层中的这种机制。
2010-10-25 astro-ph.EP
Characterizing Exoplanetary Atmospheres: New Views on Exoplanet Composition and Chemistry
本文综述系外行星大气研究的核心开放问题，并总结JWST与地面观测在气态巨行星、亚海王星及M型恒星周围类地行星大气表征方面的进展与目标。
2024-05-07 astro-ph.EP
HELIOS: An Open-source, GPU-accelerated Radiative Transfer Code For Self-consistent Exoplanetary Atmospheres
我们提出了一个开源的辐射转移程序HELIOS，它是为研究系外行星大气而建立的。HELIOS的初始大气模型为一维平面平行大气，辐射转移方程采用双流近似求解，散射为非各向同性散射。采用一小组主要红外吸收体，用不透明度计算器HELIOS-K计算，并使用相关$k$近似进行组合。分子丰度源自平衡化学的经验证的分析公式。我们用GJ 1214 b模式比较了HELIOS和Miller-Ricci & Fortney的工作，并做了几个试验，发现：单温层模式大气很难收敛到辐射平衡; $k$ -在不透明度函数中使用$\gtrsim 0.01$ cm $^{-1}$分辨率构建的分布表（每个波数仓的$ \lesssim 10^3$点）可能导致合成光谱中的误差$\gtrsim 1$ ~ 10%;并且扩散系数2很好地近似于纯吸收极限中的精确辐射转移解。我们建立了6个热彗星的“零假设”模型（化学平衡、辐射平衡和太阳元素丰度）。我们发现HD 189733 b和WASP-43 b的向阳面发射光谱与零假设一致，而它始终低估了WASP-8b，WASP-12 b，WASP-14 b和WASP-33 b的观测通量。我们表明，我们的结果是有点不敏感的恒星模型（黑体，库鲁茨或PHOENIX）和金属丰度的选择，但强烈影响较高的碳氧比。该代码作为Exoclimes模拟平台（ESP; exoclime.net）的一部分公开提供。
2016-11-19 astro-ph.EP physics.ao-ph
Developing a vision for exoplanetary transit spectroscopy: a shared window on the analysis of planetary atmospheres and of stellar magnetic structure
我们描述了如何在ELT和JWST时代的系外行星大气的准确表征将不可避免地需要考虑对流和磁场引起的恒星不均匀性。现有的证据表明，在观测到的凌日光谱的恒星和行星的签名的混合物。最后，我们讨论了如何通过多管齐下的方法，包括新的太阳参考光谱，改进的MHD建模，以及所涉及的社区之间的协同合作，从太阳到恒星和系外行星天文学家解开这两个组件。
2019-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. I. Atmospheric Dynamics via the Shallow Water System
在系外行星大气的背景下，我们提出了一个全面的线性分析强迫，阻尼，磁化浅水系统，探索维度，几何形状（笛卡尔，伪球形和球形），旋转，磁张力和流体动力学和磁摩擦源的影响。在广泛的条件下，我们发现，大气和量子谐振子的关键控制方程是相同的，即使当强迫（恒星辐射），摩擦源（分子粘度，瑞利阻力和磁阻力）和磁张力。全球大气结构在很大程度上由一个单一的关键参数控制，该参数涉及Rossby和Prandtl数。当分子粘性或磁阻力在整个纬度上不均匀地起作用时，或者存在极向磁场时，这种近乎普遍性的现象就消失了，这表明这些效应将给大气环流模拟中所见的熟悉的人字形特征带来质的变化。我们还发现，流体动力学和磁摩擦源有不同的相位签名，并从根本上不同的方式影响流，这意味着使用瑞利阻力来模仿磁阻力是不准确的。我们详尽地奠定了理论形式主义（色散关系，控制方程和时间依赖波的解决方案）的一个广泛的模型套件。在所有情况下，我们得出的大气，这是相关的解释红外相位和日食地图的系外行星大气的稳态。我们阐明了箍缩效应，限制了大气结构的赤道附近。我们的分析模型套件可用于决定性地发展物理直觉，并作为大气环流的三维磁流体动力学（MHD）模拟的参考点。
2014-06-03 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. V. Non-gray Thermal Structure with Coherent Scattering
我们应用栅栏处理来模拟谱线对辐照大气热结构的影响。这些线可能是由于纯粹的吸收过程、纯粹的相干散射过程或吸收和散射的某种组合。如果这些谱线是纯粹的吸收过程，那么大气的表面层会更冷，而如果这些谱线是纯粹的相干各向同性散射，那么这种表面冷却就完全不存在。这些线条也导致了更深层次的气氛升温。然而，较深层的变暖与谱线形成的性质无关。考虑到短波和长波连续谱中的相干各向同性散射，在大气范围内产生了反温室变冷和温室变暖。相干各向同性散射线和连续的影响，在串联操作，以确定所产生的辐射大气的热结构。
2018-03-01 astro-ph.EP
Clouds of Fluffy Aggregates: How They Form in Exoplanetary Atmospheres and Influence Transmission Spectra
透射光谱测量表明，在系外行星大气中，高空云无处不在。理论研究已经调查了高空云的形成过程;然而，云粒子通常被近似为致密的球体，这对于可能构成系外行星云的固体矿物粒子并不总是正确的。在这里，我们调查云粒子的孔隙度如何在系外行星大气中演变，并影响云的垂直廓线。首先，我们建立了一个孔隙度演化模型，考虑到分形聚集和压缩的云粒子集合。使用云微物理模型与孔隙度模型相结合，我们证明了粒子的内部密度可以显着降低在云的形成。结果，蓬松聚集云上升到的高度比迄今为止假设的致密球形云高得多。我们还研究了如何蓬松聚集云影响透射光谱。我们发现，云在很大程度上掩盖了分子的功能，并产生一个由聚集体的散射特性起源的光谱斜率。最后，我们将合成光谱与GJ 1214 b的观测结果进行了比较，发现如果大气金属丰度足够高（$\ge100\times$太阳）和单体尺寸足够小（$r_{\rm mon}<1~{\rm μm}$），则可以解释其平坦的光谱。高金属丰度的大气层可能为探索过去GJ 1214 b的气体吸积过程提供线索。
2020-01-21 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
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. VI. Full Solutions for Improved Two-stream Radiative Transfer Including Direct Stellar Beam
双流辐射转移是地球、行星和系外行星科学中的一个重要研究领域，因为它简单易行。然而，双流近似的一个长期存在的局限性是它在中等大小或大的气溶胶存在下的不准确性。这一限制被发现的改进的双流技术，其中的散射温室效应的准确性是匹配的多流计算的建设。在本研究中，我们推导出改进的双流辐射转移的完整解，这是Heng & Kitzmann（2017）提出的，并包括直接恒星光束的贡献。原始双流通量解的推广以校正因子的形式出现，传统上设置为单位，其是一对第一爱丁顿系数的比率。我们推导出这个校正因子的解析表达式，并提供了一个简单的拟合函数，便于其他工作人员使用。我们证明，直接恒星光束与第二爱丁顿系数，这是统一的顺序。将该第二爱丁顿系数设置为2/3和$1/\sqrt{3}$分别再现与直接波束相关联的爱丁顿闭合和正交闭合。我们使用我们的改进的双流解决方案的通量导出双流源函数解决方案的强度和通量。
2018-07-03 astro-ph.EP physics.ao-ph
Aerosols and Methane in the Ice Giant Atmospheres Inferred from Spatially Resolved, Near-Infrared Spectra: I. Uranus, 2001-2007
我们提出了一个辐射转移分析的纬度分辨H（1.487 - 1.783微米）和K（2.028 - 2.364微米）波段光谱的天王星，从中我们推断气溶胶和甲烷在行星的大气中的分布。数据是在2001年、2002年、2004年、2005年和2007年使用200英寸（5.1米）海尔望远镜和帕洛玛高角分辨率观测器（PHARO）近红外自适应光学（AO）相机系统（Hayward，2001年）获得的。观测采样范围为天王星盘上南纬80度至北纬60度之间的纬度。在每个纬度，气溶胶的垂直分布反演使用自定义的非线性约束算法。需要两层气溶胶才能与观测结果相匹配：一层薄薄的上层在100毫巴的对流层顶下方达到峰值，一层下层云在1.9巴左右。气溶胶的垂直变化被解释在概念环流模型的背景下，而时间的变化表明潜在的季节性影响。我们推断2001年至2007年期间南半球气溶胶散射光学厚度显着减少，与使用不同数据和检索算法（例如，Irwin等人，2009，2010，2012; Sromovsky等人，2009年）。数据的最佳拟合与提出的甲烷极地耗竭模型一致（例如，Karkoschka和Tomasko，2011年）。最后，从2007年的离散云分析的背景下，简单的包裹理论，识别可能的形成机制的目标。离散高云的低散射光学厚度是一致的形成与涡和浅升力，而不是深对流。
2017-10-26 astro-ph.EP
Hot exoplanetary atmospheres in 3D
热巨系外行星是非常奇特的天体，在太阳系中没有类似的天体，使我们能够研究极端条件下大气的行为。它们的热和化学昼夜二分法与极端的风动力学相关联，使它们本质上是3D物体。因此，与研究较冷大气相关的常见一维假设达到了极限，以便能够以一致的方式解释高温和超高温大气及其演变。在这篇评论中，我们强调了这些3D考虑的重要性，以及它们如何影响过境，日食和相位曲线观测。我们还分析了模型必须如何适应，以保持自洽，与观察一致，并足够准确，以避免偏见或错误。我们特别坚持模型和观测之间的协同作用，以便能够利用目前正在运行或不久的将来将要运行的新一代仪器的数据进行大气特征描述。
2023-01-30 astro-ph.EP
Cloud formation in Exoplanetary Atmospheres
这篇邀请年轻研究人员的评论提出了云形成的关键思想，作为系外行星大气虚拟实验室的关键部分。的基本概念，然后利用时间尺度分析解开过程层次结构。动力学的云形成模拟的方法进行了详细的描述，允许云结构的讨论作为未来太阳系外天气预报的先决条件。
2022-05-01 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Tau-REx I: A next generation retrieval code for exoplanetary atmospheres
太阳系外行星大气的光谱学已经成为一种确定太阳系外行星特征的方法。在这里，我们提出了一种新的逆检索代码的系外行星大气。TauRex（Tau Retrieval for Exoplanets）是一个逐线辐射转移全贝叶斯反演框架。TauRex包括以下特点：1）优化使用Exomol项目的分子线列表; 2）通过定制的模式识别软件进行无偏的大气成分优先选择; 3）使用两种独立的算法对贝叶斯似然空间进行完全采样：嵌套采样以及更经典的马尔可夫链蒙特卡罗方法; 4）使用完整的贝叶斯证据以及用于嵌套模型的Savage-Dickey比率进行迭代贝叶斯参数和模型选择，以及5）通过最佳代码并行化和可扩展性将非常大的参数空间完全映射到集群计算的能力。在这份出版物中，我们概述了TauRex框架和演示，使用理论热木星传输谱，参数检索和模型选择。我们调查的信号噪声和光谱分辨率的可检索性的个别模型参数的影响，无论是在误差条的温度和分子混合比，以及其对模型的全球贝叶斯证据的影响。
2015-04-06 astro-ph.EP
HST hot Jupiter transmission spectral survey: evidence for aerosols and lack of TiO in the atmosphere of WASP-12b
我们提出的过境热木星WASP-12 b的HST光学透射光谱，采取与STIS仪器。从透射光谱中，我们能够果断地排除系外行星大气中TiO的显著吸收。强压力加宽的Na和K吸收特征也被排除在外，因为是显着的金属氢化物的功能。我们将我们的组合宽带光谱与各种现有的无气溶胶大气模型进行比较，尽管没有一个是令人满意的。然而，我们发现，全透射光谱可以描述的模型，其中包括显着的不透明性气溶胶：包括瑞利散射，米氏散射，托林霾，沉降粉尘配置文件。透射光谱遵循指数为α的幂律的有效消光截面，透射光谱的斜率约束量α T = -3528+/-660 K，其中T是大气温度。瑞利散射（α =-4）是最好的拟合模型之一，尽管需要接近900 K的低终止温度。亚微米尺寸的气溶胶颗粒可以提供同样好的适合整个传输光谱的温度范围很广，我们探索的是一个合理的尘埃气溶胶。大气气溶胶的存在也有助于解释斯皮策观测所暗示的适度明亮的日冕，以及发射光谱的近黑体性质。在较冷的夜侧的含钛冷凝物是WASP-12 b中总体缺乏TiO特征的最自然的解释，表明白天/夜晚冷阱是非常热的凝结物的重要影响。这些发现表明，气溶胶可以在整个大范围的热木星大气中发挥重要的大气作用，可能会影响其整体光谱和能量平衡。（节略）
2013-09-20 astro-ph.EP
A chemical kinetics code for modelling exoplanetary atmospheres
系外行星的化学成分可以提供对其物理过程，形成和演化历史的关键见解。大气光谱学为探测系外行星的组成提供了直接的途径。然而，无论是在运输或热发射，光谱观测探测有限的压力窗口的行星大气和直接敏感的光谱活性物质只有有限的一组。因此，至关重要的是要有化学模型，可以将检索到的大气成分与大气的整体物理和化学状态联系起来。为此，我们提出了LEVI，一个新的化学动力学代码建模系外行星大气。LEVI计算了行星大气中的气相氢、氧、碳和氮的化学组成。在这里，我们专注于热气体巨星。应用LEVI，我们调查如何在散装的C/O和N/O的变化影响可观察到的大气化学在炎热的夏季。对于典型的热中子源，我们证明了分子探测对大气C/O的强灵敏度。相反，分子检测对大气N/O比不太敏感，尽管高度超太阳能的N/O可以降低HCN和NH3检测所需的C/O。利用HD 209458 b新的P-T剖面，在没有逆温的情况下，我们评估了最近报道的在其昼侧大气中检测到的CO，H2O和HCN。我们发现，我们的模型与检测到的物种是一致的，虽然与C/O $\sim$ 1周围的组成窗口狭窄。要求C/O $\gtrsim$ 0.9（1.6倍太阳能）以满足HCN的最小报告值，而要求C/O $\lesssim$ 1（1.8倍太阳能）以符合标称H2O丰度。
2019-05-16 astro-ph.EP
Aggregate Cloud Particle Effects in Exoplanet Atmospheres
本文提出气溶胶形态对系外行星大气不透明度和驻留时间影响的指导原则，指出高空蓬松聚合粒子可延长驻留时间并影响光谱，且最可能由紫外线轰击局部产生。
2024-08-20 astro-ph.EP
Ultraviolet Spectropolarimetry as a Tool for Understanding the Diversity of Exoplanetary Atmospheres
由行星大气反射的星光的偏振状态独特地揭示了气溶胶的覆盖范围、颗粒大小和组成以及不断变化的云模式。仅从通量观测中不可能获得可比的详细程度。此外，偏振观测可以独立于轨道几何形状（即，凌日和非凌日行星）。我们表明，一个高分辨率的光谱偏振仪具有广泛的波长覆盖范围，特别是如果连接到一个大型的空间望远镜，将使同时研究的偏振系外行星的性质的连续性，并寻找和表征的偏振信号，由于从单分子散射。
2019-03-15 astro-ph.EP
Polarimetric investigation of selected cloud compositions in exoplanetary atmospheres
我们研究了系外行星大气中选定的云凝聚物对散射恒星辐射偏振的影响。我们选择了25种可能存在于太阳系外行星大气中的云凝结物。利用三维Monte Carlo辐射转移程序POLARIS，采用Mie散射理论，计算并研究了光学到近红外波段散射辐射的净偏振随行星相位角的变化。除了众所周知的偏振态特性，例如由折射率的实部确定的彩虹，折射率的基础虚部的行为导致偏振度的增加或减少以及特征波长处偏振的符号变化。与Al $_2$ O $_3$和MgFeSiO $_4$相反，由SiO、MnS、Na $_2$ S或ZnS组成的云在系外行星大气中产生随着波长增加而迅速降低的偏振度。此外，偏振的符号在大约0.5 $μ$ m到0.6 $μ$ m的波长处变化，这取决于特定的云凝结物。由此产生的净偏振主要是积极的云成分与大的虚部的折射率，如铁，FeS，和FeO。此外，对于Fe和FeS云，在长波长处的最大偏振度比FeO移动到更大的相位角。我们发现，大多数这些云凝聚体是彼此区分，由于其独特的波长依赖的复折射率。特别是，增加或减少的净偏振作为波长的函数，并在特定波长的偏振符号的变化是重要的特征，为表征云的成分在系外行星大气。
2022-05-10 astro-ph.EP
Effect of Pressure Broadening on Molecular Absorption Cross Sections in Exoplanetary Atmospheres
对系外行星的光谱观测正在导致对其大气成分的前所未有的限制。然而，从光谱得到的分子丰度与大气模式中形成关键输入数据的吸收截面是简并的。因此，重要的是量化分子截面的不确定性，以可靠地估计衍生分子丰度的不确定性。然而，通过谱线加宽将谱线列表转换成截面涉及到一系列的不确定性还没有很好理解的规定。我们调查和量化的影响，涉及线加宽在系外行星大气中的轮廓评估宽度，压力与热加宽，加宽剂，光谱分辨率和加宽参数的完整性-分子吸收截面。我们使用H $_2$ O作为案例研究，因为它具有最完整的吸收线数据。对于H $_2$丰富的系外行星大气的代表性温度和压力（T $\sim$ 500 K-3000 K，P $\lesssim$ 1 atm）的低分辨率光谱（R $\lesssim$ 100），我们发现由压力加宽的各个方面引入的截面（$δ$）的中值差为$\lesssim$ 1\%。对于中等分辨率（R $\lesssim$ 5000），包括JWST可达到的分辨率，我们发现$δ$可高达40%。对于高分辨率（R $\sim$ 10 $^5$），$δ$可以是$\gtrsim$ 100\%，对于低温（T $\lesssim$ 500 K）和高压（P $\gtrsim$ 1 atm）达到$\gtrsim$ 1000\%。对于自增宽，这种效应更高。我们生成了一个均匀的数据库的吸收截面的分子相关的系外行星大气的高温线列表，特别…
2016-02-02 astro-ph.EP
Tracing bulk elemental ratios in exoplanetary atmospheres with TiO chemistry
了解系外行星大气的大量元素丰度并不是一件容易的事情，但它对于了解行星的形成历史至关重要。这项工作的目的是表明，在热木星大气的透射光谱的光学波长TiO功能的可观测性是敏感的大气的散装化学性质。为此，我们运行了一个化学模型网格，其中包括超热木星WASP-19 b和HD~ 209458 b的超热版本的TiO形成和破坏。我们考虑到非平衡化学和不同的C/O比引起的这些大气的温度和压力结构的变化。我们计算了这些模型的合成透射光谱，并定量地研究了TiO和\ce{H2O}特征的相对强度。为了与观测结果进行比较，我们使用了一个独立于模型的分子丰度度量，$ΔZ_{\rm TiO-H_2O}/H_{\rm eq}$，它以前曾用于系外行星大气的观测研究。我们发现，有了这个指标，我们可以区分不同的化学模型，并对大气的散装碳和氧丰度的限制。从化学方面考虑，我们预计TiO丰度将取决于本体氮，然而发现N/H的任何变化都不会导致所得TiO的变化。我们将我们的方法应用于一组已知的系外行星，这些系外行星在相关的光学波长下被观测到，并发现低分辨率观测与我们的WASP-121 b模型之间有很好的一致性，与WASP-79 b，WASP-76 b和WASP-19 b的一致性略好，与HD 209458 b的一致性较差。我们的方法对于间接研究碳和氧的丰度特别有帮助。
2020-07-02 astro-ph.EP
Raman Scattering by Molecular Hydrogen and Nitrogen in Exoplanetary Atmospheres
在短可见光和近紫外波长下，系外行星大气层不透明的一个重要来源是光在分子上的瑞利散射。它伴随着一个相关的，但较弱的过程-拉曼散射。我们分析了反射光中的拉曼散射特征和系外行星的几何形状，这可以提供有关大气特性的信息。拉曼散射以下列方式影响行星的几何散射光谱。首先，它导致入射辐射中强吸收线的填充，从而在入射辐射中产生尖锐的峰值。其次，它使反射光中的光谱特征的波长偏移，从而引起所谓的拉曼鬼线。拉曼散射也可以导致宽带减少的光谱，由于波长移动的恒星光谱与红色的光谱指数。观测大气中的拉曼峰可以用来测量气体柱密度，从而限制大气中云的存在。观察拉曼鬼线可用于光谱识别大气中的主要散射体，甚至是在光学波长范围内不具有显著光谱特征的分子如H $_2$或N $_2$。如果被探测到，鬼线还可以提供有关大气温度的信息。在本文中，我们调查的影响，拉曼散射在氢和氮为主的大气。我们分析了现有和未来的观测设施探测拉曼散射的签名，并使用这些签名作为探测系外行星大气的可行性。
2016-09-07 astro-ph.EP
Impact of aerosols present in Titan's atmosphere on the CASSINI radar experiment
对土卫六的大气传输和表面反射率进行了模拟，以估计土卫六的大气和表面特性如何影响卡西尼号雷达实验的性能。在本文中，我们提出了一个选择模型土卫六的阴霾，垂直降雨分布，并在我们的模拟实现的表面成分。我们收集的介电常数值的卡西尼雷达波长（$\sim 2.2$厘米）的材料感兴趣的土卫六：液体甲烷，液体混合物的甲烷-乙烷，水冰和轻烃冰。由于缺乏在微波范围内的土卫六的烟雾颗粒的介电常数值，我们进行了介电常数（$\varepsilon_r$）测量约2.2厘米的实验室合成的托林。我们得到了$\varepsilon_r$的实部在2-2.5的范围内，并且损耗角正切在$10^{-3}$和$5.10^{-2}$之间。通过将气溶胶分布模型（假设在低海拔凝结）与地面模型相结合，我们发现以下结果：（1）气溶胶的大气应该不会造成损失，并基本上是透明的卡西尼雷达，正如前面的分析所预期的。(2)然而，如果有云，一些大气模型会产生显著的衰减，衰减可达到$-50 dB$，远低于接收器的灵敏度阈值。在这种情况下，$13.78 GHz$雷达将无法测量来自地表的回波。因此，我们警告，如果不考虑\textquotedblleft湿大气\textquotedblright $ $，可能存在误解的风险。(3)粗糙表面散射导致$\sim -17 dB$的典型响应。这些结果将对未来的卡西尼雷达数据分析具有重要意义。
2009-07-03 astro-ph.EP
Latitudinal variations in methane abundance, aerosol opacity and aerosol scattering efficiency in Neptune's atmosphere determined from VLT/MUSE
本文利用 VLT/MUSE 2019年观测数据，反演了海王星大气气溶胶与甲烷的纬度分布，发现暗斑源于5 bar深层气溶胶层的光谱性变暗，并测定了甲烷丰度自赤道向南的递减趋势。
2023-10-20 astro-ph.EP
Investigating the formation and growth of Titan's atmospheric aerosols using an experimental approach
针对土卫六不同高度有机气溶胶性质演化问题，本文通过实验制备气溶胶类似物，并测量六种中性气体在其表面的摄取系数，以揭示气溶胶形成与生长机制。
2025-03-14 astro-ph.EP
Cloud Formation and Dynamics in Cool Dwarf and Hot Exoplanetary Atmospheres
质量最低的恒星、褐矮星和太阳系外行星为理解低温大气中的动力学和云形成过程带来了挑战和机遇。对于棕矮星，L-和T-型矮星光球云的形成，变化和快速耗尽，以及与垂直混合相关的非平衡化学的光谱证据，都指向动力学在垂直丰度分布和云/颗粒形成周期中的基本作用。对于系外行星，方位角的热量变化以及平流层和系外大气层的探测表明，存在着多层的、不对称的大气层，这些大气层也可能是随时间变化的（特别是对于具有高度椭圆轨道的系统）。尘埃和云也可能通过热效应在系外行星的热能平衡中发挥重要作用。对于所有这些情况，三维大气模型正在成为了解光谱和时间特性的一个越来越重要的工具。在这篇评论中，我总结了在冷矮和热系外行星大气中的云和动力学的观测证据，与这些过程相关的突出问题，以及可以实现有效协同的领域。
2009-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Carbon Dioxide in Exoplanetary Atmospheres: Rarely Dominant Compared to Carbon Monoxide and Water in Hot, Hydrogen-dominated Atmospheres
我们提出了一个全面的研究，在热，氢为主的大气中的系外行星大气中的二氧化碳丰度。我们构建了新的分析模型的系统在化学平衡，包括一氧化碳，二氧化碳，水，甲烷和乙炔和相关的化学反应的平衡常数的温度和压力，通过表中的吉布斯自由能。我们证明，这样的化学系统可以描述由一个五次方程的甲烷的混合比。通过检查这些分子在广泛的温度范围内的丰度（跨越平衡温度从600到2500 K），压力（通过探索温度和不透明度变化的温度-压力曲线）和碳-氧比，我们得出结论，二氧化碳是次显性一氧化碳和水相比。如果二氧化碳在大气中的任何地方都是次要的，那么大气混合并不会改变这一结论。如果金属丰度大大提高，二氧化碳和一氧化碳可能达到相当的丰度，但这种性质在1000 K以上的温度下被否定。对于以氢为主的大气，我们的通用结果的含义是，检索研究可能希望将二氧化碳的亚优势设置为计算的先验，而不是让其丰度完全自由地漫游作为拟合参数，因为它直接影响碳氧比的推断值，并可能产生非物理的结论。我们讨论了热木星WASP-12 b的这些影响的相关性，并建议以前的一些结果在化学上是不可能的。二氧化碳与乙炔的相对丰度可能是碳氧比的敏感诊断。
2015-12-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
JWST Transit Spectra II: Constraining Aerosol Species, Particle-size Distributions, Temperature, and Metallicity for Cloudy Exoplanets
JWST将首次提供从光学到中红外的连续波长覆盖的中等分辨率过境光谱。在本文中，我们说明了不同的气溶胶种类，尺寸分布和空间分布编码信息JWST过境光谱。我们使用过境光谱建模代码METIS，随着米氏理论和几个灵活的处理气溶胶的大小和空间分布进行参数敏感性研究，计算过境贡献函数，计算雅可比矩阵，并检索参数与马尔可夫链蒙特卡罗。更广泛的波长覆盖范围的JWST将可能包括足够的非灰色气溶胶的行为，以恢复有关粒子的种类和尺寸分布的信息，特别是如果从气溶胶产生的独特的共振功能存在。在JWST波长范围内，光学和中红外通常提供关于0.1-1 $μ$ m大小的气溶胶的信息，而近红外到中红外波长通常提供关于气体吸收的信息，即使存在气溶胶。红外线中强烈的气体吸收特征通常仍然可见，即使当云和薄雾使目前可观察到的光谱的光学和近红外部分变平时。对于气溶胶性质、温度和表面重力的某些组合，尽管存在气溶胶，人们仍然可以精确测量金属丰度，但更常见的是，多云或朦胧大气的检索金属丰度的精确度显着低于具有类似性质的晴朗大气。未来的努力，以安全地链接气溶胶性质的大气金属丰度和温度在物理动机的方式将最终使一个强大的物理理解的过程中发挥作用，在多云，朦胧的系外行星大气。
2020-06-30 astro-ph.EP
Molecular line shape parameters for exoplanetary atmospheric applications
我们描述了ExoMol数据库关于分子谱线形状的最新更新。ExoMol提供了全面的分子谱线列表，特别强调了涉及系外行星和冷恒星大气特征的应用。这些应用的重要要求是（i）氢和氦主导气氛的加宽参数和（ii）非常宽的温度和压力范围。现有的线形数据在文献中，从系外行星社区的需求和他们的具体需求的现状进行了讨论。
2017-04-13 astro-ph.EP
Spectropolarimetry as a Means to Address Cloud Composition and Habitability for a Cloudy Exoplanetary Atmosphere in the Habitable Zone
在我们的太阳系中，金星浓密的云层覆盖的大气层是一个突出的例子，说明偏振测量法可以用来获得云的组成和粒子平均半径的信息。目前人们对发现和描述液态水存在的宜居带中的太阳系外行星的兴趣很高，利用直接成像的太阳系外行星的分光偏振测量可以提供通过其他手段无法获得的关键信息。原则上，分光偏振测量可以确定酸度是否导致云中的水活动太低，不适合生命。为此，我们表明，在400 nm - 1000 nm范围内的分光偏振计测量将需要解决线性偏振的精度约为1%或更好的反射星光从一个光学厚云笼罩的系外行星。我们评估实现这一目标的可能性，通过模拟测量从一个概念性的分光偏振仪作为一个大型空间望远镜（HabEx设计，但直径为6米的主镜）的遮光配置的一部分。我们的模拟包括考虑来自各种来源的噪声。我们提供的限制，将需要征收的工具极化，以解决我们讨论的科学问题的指导。对于光子限制的噪声，积分时间对于大半径（10个地球半径）行星需要大约1小时，对于较小的系外行星需要超过100小时，这取决于恒星-行星分离，行星半径，相位角和所需的不确定性。我们讨论了表面化学和可居住性的影响。
2022-11-11 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Condensation-Coalescence Cloud Model for Exoplanetary Atmospheres: Formulation and Test Applications to Terrestrial and Jovian Clouds
一些凌日的系外行星具有无特征的透射光谱，这可能表明在高海拔地区存在云。一个真实的云模型对于了解这种高空云形成的大气条件是必要的。在这项研究中，我们提出了一个新的云模型，考虑到凝结和合并的微观物理。我们的模式提供了一组给定的物理参数，包括上升气流速度和云凝结核（CCN）的数密度的云和雨粒子的大小和密度的垂直廓线。我们测试我们的模型，通过与地球上的信风积云和木星的氨冰云的观测比较。对于信风积云，包括凝结和合并的模型给出的预测与观测结果一致，而只包括凝结的模型高估了云滴的质量密度高达一个数量级。对于木星氨云，冷凝合并模型同时再现有效粒子半径，云的光学厚度，云的几何厚度从旅行者号观测推断，如果上升气流速度和CCN数密度被认为是一致的湿对流模拟和伽利略探测器测量的结果，分别。这些结果表明，凝聚粒子的聚结是重要的，不仅在陆地水云，而且在木星冰云。我们的模型将有助于理解系外行星大气中的动力学、成分和成核过程如何通过云微物理影响系外行星云的垂直范围和光学厚度。
2017-01-04 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Clouds in Exoplanetary Atmospheres
今天，我们知道在大约3200个行星系中有大约4330颗系外行星围绕着它们的主星运行。这些系外行星的多样性很大，没有一颗已知的系外行星是任何太阳系行星的孪生兄弟，也没有任何已知的太阳系外行星系是太阳系的孪生兄弟。在许多尺度和结构层面上的这种多样性需要基本的理论方法。目前正在努力发展系外行星科学的各个方面，如系外行星大气、云的形成、盘化学、行星系统动力学、地幔对流、行星大气的质量损失。以下挑战需要在开展观测工作的同时加以应对。它们提供了一个机会，通过探索我们的模型作为虚拟实验室来填补来自不同仪器和任务的观测数据中的空白，并在不同的时间实例中进行，来提高我们对系外行星及其大气层的理解：（a）建立基于严格理论的复杂模型，以了解大气过程的相互作用，处理云的形成及其对气相化学的反馈，以及远离太阳系激发的参数化的行星大气的能量收支。挑战b）基于基本的物理化学见解实现云建模，以便适用于宇宙中系外行星的大的和未探索的化学，辐射和化学参数范围。挑战b）将在《ExoFrontiers》一书的本章中探讨。
2020-11-06 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.atm-clus
Stellar energetic particle and cosmic ray effects in exoplanetary atmospheres
本研究利用蒙特卡罗模型分析类GJ436 b氢主导大气中高能粒子的输运与电离率，发现恒星高能粒子可引发高电离率，为后续构建相关化学模型、生成空间望远镜合成光谱提供支撑。
2024-09-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Coupled Day-Night Models of Exoplanetary Atmospheres
我们提供了一个新的框架，采用1-D的辐射转移纳入自洽的热通量进行的循环电流（风）之间的两侧照射的系外行星的昼侧和夜侧的大气模型。我们的模型的优点是它的物理动机和计算效率，它允许探索范围广泛的大气参数。我们用这个正演模式探测了WASP-76~b和WASP-43~b的昼夜侧大气，并与高精度位相曲线和大气环流模式进行了比较。我们能够将这两颗行星的观测结果以及先前的理论预测与我们的模型紧密匹配。我们还模拟了平衡温度在1000-3000 K之间的一系列热蒸发器，并再现了观察到的昼夜温差随平衡温度增加而增加的趋势，直到$\sim$ 2500 K，超过该温度，H $_2$的解离变得显著，相对温差减小。
2020-10-14 astro-ph.EP
GENESIS: New Self-Consistent Models of Exoplanetary Spectra
我们正在进入高精度和高分辨率的系外行星光谱学时代。这种观测预示着需要强大的自洽光谱模型的系外行星大气调查复杂的大气过程，并作出可观察到的预测。平行平面系外行星大气的光谱模型存在，主要是从其他天体物理学应用中改编而来，具有不同程度的复杂性和准确性。人们越来越需要为系外行星定制的新一代模型，并将最先进的数值方法和不透明度结合起来。目前的工作是朝着这个方向迈出的一步。本文介绍GENESIS，一个平行于平面的、自洽的、逐行的系外行星大气模拟程序，它包括：（a）使用Feautrier方法的辐射转移的形式解，（b）基于Rybicki线性化方案的带温度校正的辐射-对流平衡，（c）最新的吸收截面，（d）在流体静力平衡假设下的内通量和外辐照。局部热力学平衡和热化学平衡。我们在这里演示的代码与无云模型的巨大的系外行星大气在一系列的平衡温度，金属丰度，C/O比和跨越非辐照和辐照行星，有和没有热反转。我们提供了理论上的紧急光谱和压力-温度分布在这个范围内，随着那些几个已知的热蒸发器的社会。该代码可以生成高分辨率的自洽光谱，并有可能被集成到一般循环和非平衡化学模型，因为它是优化的效率和收敛。GENESIS通过当前和即将进行的观测，为高分辨率的系外行星大气高保真遥感铺平了道路。
2017-10-12 astro-ph.EP
Photochemical Hazes in Exoplanetary Skies with Diamonds: Microphysical Modeling of Haze Composition Evolution via Chemical Vapor Deposition
本研究提出系外行星大气中可通过化学气相沉积形成钻石霾的假说，结合微物理模型与工业理论分析其形成条件与观测特征，为系外行星霾成分研究提供新方向且可通过未来观测验证。
2024-11-03 astro-ph.EP
Dust aerosol, clouds, and the atmospheric optical depth record over 5 Mars years of the Mars Exploration Rover mission
尘埃气溶胶在火星大气的行为和演变中起着重要作用。火星探测漫游者数据的前五个火星年提供了两个地点的灰尘负荷的前所未有的记录。这一记录有助于确定这些地点的大气特征，并作为轨道观测的地面实况。大气消光光学厚度已来自太阳图像校准和校正后随时间变化的灰尘，已积累在相机窗口。记录包括本地，区域和全球范围的沙尘暴。与同期热红外资料的比较表明，沙尘气溶胶的大小有显着的变化，在北部夏季的有效半径为1 μm，在沙尘扬升事件开始时的有效半径为2 μm。太阳经度（LS）20-136°周期的特征还在于机会号站点存在卷状云，特别是在LS=50和115°附近。除了水冰云，水冰雾也可能存在，二氧化碳云可能在季节早期出现。尘埃不透明度的变化对每个站点的能量平衡都很重要，并与日照的季节性变化一起控制Spirit站点的尘暴频率。
2014-03-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Signatures of X-ray dominated chemistry in the spectra of exoplanetary atmospheres
本研究通过数值模拟识别巨行星透射光谱中X射线主导化学的光化学指纹，发现高恒星活动下CO、CH4、C2H2和HCN产生可观测的非平衡特征。
2024-02-07 astro-ph.EP
ExoGAN: Retrieving Exoplanetary Atmospheres Using Deep Convolutional Generative Adversarial Networks
系外行星的大气反演通常涉及计算密集型贝叶斯采样方法。大的参数空间和日益复杂的大气模型造成了计算瓶颈，迫使在统计采样精度和模型复杂性之间进行权衡。这对于即将到来的JWST和ARIEL观测尤其如此。我们介绍ExoGAN，即系外行星生成对抗网络，这是一种新的深度学习算法，能够使用无监督学习识别分子特征，大气痕量气体丰度和行星参数。一旦经过培训，ExoGAN可广泛应用于大量仪器和行星类型。ExoGAN检索比传统检索速度有了显著提高，既可用作最终大气分析，也可为后续检索提供事先约束。
2018-10-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Supervised Machine Learning for Analysing Spectra of Exoplanetary Atmospheres
机器学习的使用在天文学中越来越普遍，但在系外行星大气层的研究中仍然很少见。给定系外行星大气的光谱，实时扫描多参数空间以找到最佳拟合模型。它被称为大气检索，是一种起源于地球和行星科学的技术。这种方法非常耗时，并且必然存在物理和化学现实主义与计算可行性之间的折衷。机器学习以前曾被用来确定模型中包含哪些分子，但检索本身仍然使用标准方法进行。在这里，我们报告了监督机器学习的随机森林方法的适应性，在预先计算的大气模型网格上训练，该模型检索分子丰度和云不透明度的完整后验分布。使用预先计算的网格允许将大部分计算负担转移到离线。我们展示了我们的技术上的热气体巨型系外行星WASP-12 b的透射光谱使用五参数模型（温度，恒定的云不透明度和体积混合比或相对丰度的水，氨和氰化氢的数量）。我们得到的结果与标准的嵌套抽样检索方法一致。此外，我们可以估计测量光谱对约束模型参数的敏感性，并且我们可以量化光谱的信息内容。我们的方法可以直接应用于更复杂的大气模型，也可以解释一个合奏的光谱，而不必重新训练的随机森林。
2018-06-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.data-an
Characterization of exoplanetary atmospheres through a model-unbiased spectral survey methodology
上下文收集大量的系外行星大气测量数据对于提高我们对系外行星的理解至关重要。在这种情况下，该领域可能会受益于广泛的物种调查，特别是使用过境光谱，这是迄今为止最成功的系外行星大气表征技术。目的：我们的目标是开发一种模型无偏的技术，使用凌日光谱分析每一个合格的原子光谱线在系外行星过境数据，并寻找相对吸收，即，减少通量的线时，行星过境。方法：我们分析了斯巴鲁HDS、凯克HIRES、VLT UVES和拉西拉HARPS的存档数据，以测试我们的光谱调查方法。它首先通过相对噪声水平过滤单个线路。它还校正了光谱偏移和大地污染。我们的方法沿着时间和波长进行分析。后者采用了自助佐证法。结果如下：我们强调了在斯巴鲁HDS采集的HD 209459 b数据中可能检测到的Mn I和V II（$5.9σ$为5916.4 $\angstrom$，$5.1σ$为6021.8 $\angstrom$）。先前在同一颗行星上探测到的Ca I被我们的算法归类为不确定的，但我们支持先前探测到的Sc II（$3.5σ$在6604.6 $\angstrom$）。我们还强调了在VLT下UVES采集的HD 189733数据（$6572.8 \angstrom$下的$4.4σ$、$6604.6 \angstrom$下的$6.8σ$和$5910.1 \angstrom$下的$3.5σ$）中可能检测到Ca I、Sc II和Ti II，以及在…
2022-01-12 astro-ph.EP
Modeling the effects of inhomogeneous aerosols on the hot Jupiter Kepler-7b's atmospheric circulation
受系外行星大气中不均匀云的观测证据的启发，我们研究了所提出的简单云分布如何影响大气环流和红外辐射。我们使用三维大气环流模型模拟了热木星开普勒-7b的温度和风，该模型包括简化的气溶胶辐射转移模型。我们根据先前从开普勒-7b光学相位曲线推断的结果规定了固定的云分布和散射特性，包括沿西分界线的不均匀气溶胶和假设的情况下，气溶胶额外延伸到行星的大部分夜晚。在所有的情况下，一个强大的射流能够平流气溶胶从一个较冷的夜面到昼面被发现持续存在，但只有在赤道。在中纬度和极纬度较冷的温度可能允许气溶胶在不需要平流的情况下在向阳面形成。通过改变热量的沉积和再分布，西分界线上的气溶胶产生了不对称的加热，有效地将最热点移到了亚恒星点的更东边，而不是均匀分布的预期。在夜面增加不透明的高云可以通过保留有助于热点以西变暖的热量来部分缓解这种增强的转变。这些预期的红外相位曲线的差异可能会对建议的云分布及其较亮的热彗星的红外不透明度产生限制。
2017-09-21 astro-ph.EP
Chromatic line-profile tomography to reveal exoplanetary atmospheres: application to HD 189733b
透射光谱学可以用来限制系外行星大气的性质。在凌日过程中，被行星大气层阻挡的光线会在来自恒星的光线中留下印记。这已经被证明是许多系外行星与不同的技术，与测光和光谱。我们的目标是测试彩色线轮廓层析成像作为一种新的工具，调查系外行星的大气。行星凌日时的信号在交叉关联函数（CCF）上的印记依赖于行星与恒星的半径比。我们想验证从HARPS摄谱仪的光谱阶数子集获得的CCF上可达到的精度是否足以区分不同波长下行星的半径。方法.我们分析了HD 189733b三次过境的HARPS档案数据。我们将HARPS光谱范围划分为7个宽带，计算每个波段的非过境CCF面积与整个过境期间行星在其上留下的信号面积之间的比率。我们考虑到临边暗化的影响，使用的线性定律的理论系数。平均三个不同的过境的结果，使我们能够获得一个良好的质量HD 189733b的宽带传输光谱，精度大于彩色RM效果。结果我们证明了彩色线轮廓层析成像是揭示系外行星宽带透射光谱的一种有趣的方法：我们对HD 189733b大气层的分析与其他地面和空间观测结果一致。对不同凌日的独立分析证明了恒星活动在提取的透射光谱中发挥作用的可能性。因此，当只使用一次凌日来声称围绕活跃恒星运行的系外行星大气中的瑞利散射时，必须小心。
2016-03-29 astro-ph.EP
