Why planetary and exoplanetary protection differ: The case of long duration Genesis missions to habitable but sterile M-dwarf oxygen planets
时间可以说是星际探索的关键限制因素。在高速情况下，利用激光推进的晶片卫星飞掠邻近恒星的任务需要50-100年的时间是可行的。定向能发射系统还可以在另一侧将数吨重的飞行器加速到1000 km/s（c/300）的巡航速度。在这样的速度下，超导磁帆将能够通过将动能传递给星际介质中的质子来使飞船减速。一个诱人的前景，这将允许星际探测器停止时，时间不是一个限制因素。在这方面，最好的候选者是创世纪探测器，这是一项旨在为可能适合居住但迄今为止贫瘠的系外行星上的地球生命提供新的进化途径的任务。创世纪飞行任务提出了重要的伦理问题，特别是在行星保护方面。在这里，我们认为，系外行星和行星的保护质量不同的有效载荷提供探测器，这是几千年的星际探测器，但只有几年的太阳系天体的巡航时间有很大不同的结果。此外，我们指出，我们的银河系可能拥有大量可居住的系外行星，M-矮行星，由于存在大量原始氧气大气，这些行星可能是无菌的。我们相信，如果未来的研究证实存在这种类型的可居住但无菌的氧气行星，我们银河系中的地球生命前景将在根本层面上发生变化。这也可以解释为什么我们的太阳不是最常见的M矮星，而是中等大小的G类恒星。
2019-01-08 astro-ph.EP physics.pop-ph physics.space-ph
Mixing and Transport of Short-Lived and Stable Isotopes and Refractory Grains in Protoplanetary Disks
对原始陨石和彗星样本的分析表明，太阳星云一定经历了一个小的难熔颗粒大规模向外迁移的阶段，以及最初空间不均匀的短寿命同位素的均匀化。然而，稳定的氧同位素能够在$\sim$ 6%水平下保持空间异质性。实现这些不同目标的一个有希望的机制是与边缘引力不稳定（MGU）盘相关的混合和传输，这可能是年轻低质量恒星中FU Orionis事件的原因。几套新的MGU模型，探讨不同的质量（0.016至0.13 $M_\odot$）不同的质量（0.1至1 $M_\odot$）和不同的初始$Q$稳定性最小值（1.8至3.1）的恒星周围的磁盘的混合和运输。结果表明，MGU盘能够快速（在$\sim 10^4$年内）实现大规模的传输和均匀化最初空间不均匀分布的磁盘颗粒或气体。此外，该模型表明，虽然单次注射的异质性降低到一个相对较低的水平（$\sim$ 1%），所需的早期太阳系测时，连续注入的排序与稳定的氧同位素分馏的紫外线光解产生持续的，相对较高的水平（$\sim$ 10%）的异质性，与氧同位素数据。这些模型支持了这样的假设，即原太阳可能经历了至少一次类似猎户座FU的爆发，这产生了原始彗星和彗星留下的几个特征。
2013-06-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
High-resolution detection of neutral oxygen and non-LTE effects in the atmosphere of KELT-9b
氧气是在系外行星大气中检测到的许多最丰富分子的组成部分，也是追踪行星如何以及在何处形成的关键成分。特别是，OI 777.4 nm三重态被用来探测地球上的气辉和极光以及恒星大气中的氧丰度，但以前从未在系外行星大气中探测到过。我们提出了一个明确的地面探测中性氧777.4 nm三线在超热木星KELT-9 b，已知最热的巨行星的透射光谱。采用新的非局部热力学平衡（NLTE）辐射转移计算计算的合成光谱匹配的数据显着更好地比一个假设本地热力学平衡计算。这些NLTE的辐射转移计算表明质量损失率为10^8-10^9 kg s-1，超过了促进氧气和铁从大气中逃逸所需的10^7-10^8 kg s-1的下限。假设太阳氧丰度，NLTE模型指向需要的微湍流和宏观湍流加宽的3.0 pm 0.7 km s-1和13 pm 5 km s-1，分别表示中高层大气中存在快风。目前和即将推出的高分辨率光谱仪将允许在其他系外行星中检测777.4 nm的OI三重态，这是一个强大的工具，当与NLTE效应的前向建模相结合时，可以限制系外行星大气的关键特征。
2021-12-22 astro-ph.EP
Stellar Chemical Clues As To The Rarity of Exoplanetary Tectonics
地球构造过程控制着陆壳的形成，控制着其独特的深水和碳循环，对地表的可居住性至关重要。地球上稳定状态板块构造的一个主要驱动力是冷俯冲板块下沉到下面的地幔。这种下沉是岩石圈热收缩和玄武质洋壳与岩石圈地幔变质转变共同作用的结果。后一种效应取决于行星的整体组成，例如，构成类地行星的主要元素镁、硅、铁、钙、铝和钠，在银河系中含量各不相同。我们提出了热力学相平衡计算行星分化计算熔体成分和地幔矿物学，并表明，一个星球的耐火材料和中等挥发性元素丰度控制类地行星的可能性，产生地幔衍生，熔融提取地壳下沉。与地球相比，那些具有较高浓度Si和Na丰度的行星不太可能经历持续的构造。我们发现，与太阳/地球相比，在银河系中观察到的恒星成分范围中，只有1/3可能拥有能够维持密度驱动构造的行星。在这个组成范围之外的系统不太可能产生能够通过构造调节其气候的行星，并且可能不适合我们所知道的生命。
2017-07-03 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
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
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
Probing Cold-to-Temperate Exoplanetary Atmospheres: The Role of Water Condensation on Surface Identification with JWST
本文通过模拟K2-18 b和LHS 1140 b的大气光化学，揭示水凝结通过耗损氧气提高C/O比，使薄富氢大气中氮碳载体向重烃和腈类转变并形成雾霾，从而解释了LHS 1140 b的平坦JWST光谱，而K2-18 b更符合厚大气迷你海王星。
2024-09-03 astro-ph.EP
Host-star and exoplanet composition: Polluted white dwarf reveals depletion of moderately refractory elements in planetary material
研究通过吸积行星物质的白矮星及其F型宽双星伴星比较行星与原初云成分，发现行星物质中Mg、Si、Fe相对Ca、Ti亏损。
2024-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Correlations between the Carbon-to-Oxygen Ratio and the Orbital and Physical Properties of Exoplanets
University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Nevada Center for Astrophysics, University of Nevada, Las Vegas（内华达天体物理中心，内华达大学拉斯维加斯分校）
本研究利用N体模拟和尘埃凝聚模型，探究不同碳氧比下系外行星的形成，发现体密度可区分富硅与富碳行星，但单独使用不可靠。
2026-10-02 astro-ph.EP
What Does "Metallicity" Mean When Interpreting Spectra of Exoplanetary Atmospheres?
研究系外行星大气层的一个理想结果是为系外行星形成理论设定决定性的限制。天文学家经常用广义的术语来谈论“金属丰度”。在对整体金属丰度建模时，工作人员参考元素铁丰度（Fe/H）。相比之下，当大气层外天文学家谈到通过分析低分辨率哈勃和斯皮策分光光度法得出的“金属丰度”时，他们指的是氧（O/H），碳（C/H）和氮（N/H）的元素丰度：按重要性降序排列，由于哈勃宽视场照相机3号的光谱主要对水敏感，其次是氰化氢和氨，而斯皮策光度法对甲烷和一氧化碳敏感。通过检索水丰度，Kreidberg等人（2014），Wakeford等人（2017，2018），Arcangeli等人（2018）和Mansfield等人（2018）等工作人员已经发表了显示“金属度”与系外行星质量的数据。即使我们假设体元素和大气元素丰度相等，本研究报告背后的动机也是为了证明水丰度和O/H之间的转换并不简单。“太阳能金属丰度下的水”是一个依赖于温度和压力的陈述，因为没有一个单一的水体积混合比值对应于太阳能的O/H和C/H值。总的来说，水体积混合比和O/H之间的转换因子不是统一的，并且取决于温度、压力、O/H、C/H和C/O，即使没有引起不平衡化学（光化学和/或大气混合）。不平衡化学或缩合反应总是返回一个单位的转换因子，这一点尚未得到证实。因此，公平地说，从大气反演推断的“金属丰度”估计值取决于模型。
2018-07-16 astro-ph.EP
Vertical gas accretion impacts the carbon-to-oxygen ratio of gas giant atmospheres
最近的理论、数值和观测工作表明，当一颗成长中的行星在其盘上打开一个缺口时，进入缺口的气体流主要是从至少一个气体尺度高度垂直下落的气体。我们的主要目标是包括，第一次，化学的影响，吸积气体以上的中平面将产生的C/O。我们计算了从不同盘半径开始的气体在行星核心上的吸积，并跟踪气体和小冰粒的化学成分，以预测其大气中的碳氧比（C/O）。在我们的模型中，所有开始向内演化的行星都在60 AU的气体盘中打开了一个缺口，因此受到垂直吸积气体的化学影响。从这种垂直气流中可以得出两个重要结论：（1）更多的富氧冰质尘埃颗粒可以被吸积到行星大气中。(2)气体的化学成分决定了盘内（$<$ 20 AU）行星的最终C/O。这意味着，随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射，我们可以追踪确定系外行星大气化学成分的磁盘材料。
2020-01-16 astro-ph.EP
Silicon and Oxygen Abundances in Planet-Host Stars
行星探测率与主星铁丰度之间的正相关性为行星形成的核吸积理论提供了有力的支持。然而，铁并不是巨行星核心最重要的质量贡献者。由于巨行星的核心被认为是由硅酸盐颗粒与冰冷的地幔生长而成，气体巨行星形成的可能性应该在很大程度上取决于行星形成环境中的氧和硅的丰度。在这里，我们比较了一组76颗行星宿主和80颗富含金属的恒星的控制样本的硅和氧丰度，这些恒星没有任何已知的巨行星。我们新的独立分析是使用麦克唐纳天文台获得的高分辨率，高信噪比数据进行的。因为我们不希望简单地重现已知的行星-金属丰度相关性，所以我们设计了一种统计方法来匹配两组恒星的[Fe/H]分布。我们发现，行星探测率取决于宿主恒星的硅丰度的概率为99%，超过所观察到的行星金属丰度相关性。我们没有检测到氧气的任何这种相关性。因此，我们的研究结果似乎表明，晶粒成核，而不是随后的冰冷地幔生长，是通过核心吸积形成巨行星的重要限制因素。根据我们的研究结果和解释，我们预测，行星检测应与主恒星丰度的耐火元素负责晶粒成核，并没有这样的趋势应该存在最丰富的挥发性元素负责冰冷的地幔生长。
2011-06-27 astro-ph.EP
Composition of giant planets: the roles of pebbles and planetesimals
本研究结合卵石与星子两种吸积情景，通过chemcomp代码模拟原行星盘演化与行星生长迁移过程，发现行星大气组成、重元素含量及元素比值可用于约束巨行星的形成路径。
2023-10-04 astro-ph.EP
The Roasting Marshmallows Program with IGRINS on Gemini South II -- WASP-121 b has super-stellar C/O and refractory-to-volatile ratios
研究利用 Gemini South/IGRINS 高分辨率光谱测量超热木星 WASP-121 b 的热发射，发现其 C/O 与难熔元素/挥发分比值均超恒星，并约束其形成位置。
2024-10-23 astro-ph.EP
Nitrogen as a Tracer of Giant Planet Formation. I.: A Universal Deep Adiabatic Profile and Semi-analytical Predictions of Disequilibrium Ammonia Abundances in Warm Exoplanetary Atmospheres
对巨大系外行星进行光谱观测的一个主要动机是揭示大气成分中的行星形成过程。最近的几项研究表明，大气中的氮，像碳和氧一样，可以对行星形成环境提供重要的限制。由于在温暖的大气中，氮化学可能远离热化学平衡，因此我们广泛研究了在什么条件下以及在什么假设下，可观察到的NH3丰度可以诊断大气的整体氮丰度。在本系列的第一篇论文中，我们使用一维辐射-对流平衡模式研究了平衡温度、地面重力、固有温度、大气金属丰度和C/O比的大气T-P廓线。具有相同的固有温度和表面重力的模型与深层大气中的共享“通用”温度一致，在很宽的平衡温度范围（250- 1200 K）内，这在较热或较冷的模型中是看不到的。我们用经典的“辐射零解”解释了这种行为，然后建立了温暖系外行星深层大气的半解析T-P剖面。然后，该配置文件用于预测垂直淬火NH3丰度。在太阳的金属丰度，我们的结果表明，淬火NH3丰度仅符合本体氮丰度（在10%以内）在低的固有温度，对应于一个行星与亚木星质量（< 1 MJ）和老年（> 1 Gyr）。如果一颗行星有高金属丰度（$\ge$ 10 $\times$太阳）的大气层，那么在几乎所有行星质量和年龄下，淬灭的NH3丰度都大大低估了氮的丰度。我们建议建模和观测策略，以提高散装氮从NH3的评估。
2022-11-30 astro-ph.EP
Seven white dwarfs with circumstellar gas discs II: Tracing the composition of exoplanetary building blocks
本文分析七颗兼具星周尘埃与气体盘的白矮星所吸积行星物质，揭示其挥发分、水含量及核幔分异碎片差异，并探讨富气体阶段与挥发分早期吸积的关系。
2024-06-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Host-star and exoplanet compositions: a pilot study usinga wide binary with a polluted white dwarf
行星和恒星最终形成于同一团气体的坍缩。虽然行星和行星体很容易释放挥发物，但一个常见的假设是它们保留了与其宿主恒星相同的耐火成分。这在太阳系中是真实的。在观测误差范围内，南极陨石、地球和其他岩石行星体的耐火成分与太阳一致。这项工作的目的是调查这一假设是否适用于系外行星系统。如果是真的，观测到的岩石系外行星的内部结构可以更好地利用它们的宿主恒星丰度来限制。在本文中，我们分析了K矮星G200-40的丰度，并将其与其污染的白矮星同伴WD 1425+540进行了比较。这颗白矮星从恒星演化到白矮星阶段时幸存下来的外行星系中吸积了行星物质，很可能是一个类似柯伊伯带的物体。由于双星对的化学性质是均匀的，我们使用双星伴星G200-40作为WD 1425+540的祖先的组成的代表。我们表明，伴星和行星物质吸积WD 1425+540的元素丰度是一致的假设，行星和主星有相同的真实丰度，考虑到观测误差。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
A chemical perspective on planet formation in reduced systems
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文研究了恒星C/O比和盘压变化对凝结化学的影响，揭示了在简化环境中将恒星组成映射到行星构建块的可靠性问题，发现不同凝结区域导致行星esimal成分差异显著。
2026-03-16 astro-ph.EP
Super stellar abundances of alkali metals suggest significant migration for Hot Jupiters
我们调查的起源测量过剩的碱金属在大气中的热气巨星，相对于他们的宿主恒星和大气中的水丰度。我们发现，形成外部的水雪线，然后向内磁盘驱动的迁移结果在过剩的吸积的贫氧，耐火材料丰富的材料从雪线内。这自然会导致相对于其宿主恒星的整体组成，行星大气中的碱金属富集，但水的相对丰度与恒星宿主相似。这些相对丰度不能用原地形成来解释，原地形成将耐火元素置于行星内部深处而不是大气中。因此，我们认为，测量组成的大气中的热彗星是一致的显着迁移，至少有一个子集的热气巨星。我们的模型对大气成分做出了强有力的预测，这些预测可以通过JWST和Ariel的未来数据得到证实。
2021-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Oxygen left behind: Atmospheric Enrichment due to Fractionation in Sub-Neptunes using BOREAS
Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich（粒子物理与天体物理研究所，苏黎世联邦理工学院）；Astrophysics Group, Imperial College London（天体物理学组，伦敦帝国理工学院）
研究通过BOREAS模型探讨亚Neptunes大气逃逸和化学分数化对大气质量和成分的影响，发现氧在大部分参数空间中被高效保留，而氢逃逸受限，导致大气富集，尤其在高XUV通量下氧丢失显著。
2026-04-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
The early Earth as an analogue for exoplanetary biogeochemistry
本文利用地球地质生物演化记录，探讨早期地球作为系外行星研究的参考点，分析了控制大气演化的生物与非生物机制，并指出早期大气生物标志的可探测性受生物演化与构造背景共同控制。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Helium absorption in exoplanet atmospheres is connected to stellar coronal abundances
10830埃附近氦三重态的凌日观测是研究系外行星大气及其质量损失的成功工具。形成这些谱线需要外行星大气中氦的电离和复合。这种电离是由极紫外线（EUV）波长的恒星光子引起的;然而，目前还没有活跃的望远镜可以观察到这部分恒星光谱。恒星极紫外光谱的相关部分由单独的发射谱线组成，其中许多是由日冕温度下的铁形成的。由于第一电离势（FIP）效应，在高活动低质量恒星中，日冕中的恒星铁丰度经常被观测到耗尽。我表明，恒星与高与低日冕铁丰度遵循不同的标度律，将它们的X射线发射和窄波段EUV通量，导致氦电离。我还表明，恒星的铁，氧丰度比在日冕中可以合理地从X射线CCD光谱测量，产生类似的结果，以高分辨率的X射线观测。考虑到日冕铁丰度，可以减少目前观察到的EUV辐射与系外行星氦过境深度之间的关系的大散射，改善系外行星透射光谱学的目标选择标准。特别是，以前令人困惑的海王星系外行星没有检测到氦，现在符合修订后的标度定律的预期。
2022-02-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Forming planets around stars with non-solar elemental composition
在太阳附近的恒星，其难熔元素的比例与太阳略有不同。目前还不清楚固体的凝结以及在这些恒星周围形成的行星的成分受到了多大的影响。我们的目标是了解在150秒差距内的太阳型恒星中观察到的范围内改变难熔元素Mg，Si和Fe的比例对周围形成的行星组成的影响。我们使用GGchem程序模拟了太阳附近的G型主序星周围具有最小质量太阳星云的原行星盘中固体的凝聚。我们从Hypatia数据库中提取恒星的元素组成。我们发现，较低的Mg/Si比移动的凝聚序列从镁橄榄石（Mg $_2$ SiO $_4$）和SiO顽火辉石（MgSiO $_3$）和石英（SiO $_2$）;较低的Fe/S比导致形成FeS和FeS $_2$和很少或没有含铁的硅酸盐。对于$T\,<\,1000$~K，难熔元素的比例直接从气相转化到凝聚相。然而，相对于挥发性元素的比率（例如，氧和硫）的冷凝物-行星的基石-不同于原始的恒星组成。我们的研究表明，行星的组成在很大程度上取决于被调查恒星系统的丰度。我们的研究结果可能对行星内部产生重要影响，这在很大程度上取决于氧化程度和硫丰度。
2022-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Metallicities of M Dwarf Planet Host Stars from Kepler, K2, and TESS observed by APOGEE: Trends with Exoplanetary Radii and Orbital Periods
本研究利用APOGEE光谱测定了M矮星的金属丰度，发现大行星和短周期行星更倾向于出现在富金属恒星周围，且多行星系统宿主星更贫金属，揭示了恒星金属丰度与系外行星半径、轨道周期及系统构型的关联。
2025-08-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Machine-Learning Compositional Study of Exoplanetary Material Accreted Onto Five Helium-Atmosphere White Dwarfs with $\texttt{cecilia}$
Institute of Astronomy, University of Cambridge（天文学研究所，剑桥大学）；Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology（地球、大气与行星科学系，麻省理工学院）；Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（物理系和卡弗里天体物理与空间研究研究所，麻省理工学院）；Gemini Observatory/NSF’s NOIRLab（Gemini天文台/NSF的NOIRLab）；Département de Physique, Université de Montréal（物理系，蒙特利尔大学）；Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles（地球、行星与空间科学系，加州大学洛杉矶分校）；Department of Physics and Astronomy, University of Victoria（物理与天文学系，维多利亚大学）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles（物理与天文学系，加州大学洛杉矶分校）
研究首次将机器学习流程 cecilia 用于五颗金属污染氦大气白矮星，通过联合迭代贝叶斯拟合 SDSS 与 Keck/ESI 光谱测定其参数和吸积物元素丰度，发现成分多与 CI 球粒陨石相符且两颗存在显著氧过剩。
2025-05-09 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Mind the Trap: Non-negligible effect of volatile trapping in ice on C/O ratios in protoplanetary disks and exoplanetary atmospheres
该研究将挥发物俘获效应纳入原行星盘雪线模型，发现其会显著改变盘内C/O比的分布，使比值更均匀，还会影响系外行星大气的元素组成，为行星形成与观测解读提供了新的参考维度。
2024-06-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Carbon and Oxygen Abundances in Cool Metal-rich Exoplanet Hosts: A Case Study of the C/O Ratio of 55 Cancri
超级地球系外行星55 Cnc e是五行星系统中最小的成员，最近被观察到正在穿越其宿主恒星。从过境观测的半径估计，再加上光谱测定的质量，提供其内部组成的限制。系外行星内部和大气的组成对元素C/O比特别敏感，这可以从宿主恒星估计到一阶。最近的光谱研究分析了6300 A [O I]线和两条C I线，结果表明55 Cnc具有富碳组成（C/O=1.12+/-0.09）。然而，使用6300 A [O I]线得到的氧丰度对Ni I混合物非常敏感，特别是在富含金属的恒星中，如55 Cnc（[Fe/H]=0.34+/-0.18）。在这里，我们进一步研究55 Cnc的组成，从这些和额外的C和O吸收功能推导出碳和氧的丰度。我们发现，测得的C/O比取决于所使用的氧气线。我们仅基于6300 A [O I]线得出的C/O比与先前的值一致。然而，我们对其他丰度指标的调查结果表明，平均C/O比为0.78+/-0.08。这里确定的较低的C/O比55 Cnc可能将该系统置于原行星盘组成之间的敏感边界，从而产生高（>0.8）与低（<0.8）C/O比的行星。这项研究说明了在确定行星宿主恒星的C/O比时必须谨慎，特别是在寒冷、富含金属的恒星中。
2013-09-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Cosmic Ray Induced Mass-Independent Oxygen Isotope Exchange: A Novel Mechanism for Producing $^{16}$O depletions in the Early Solar System
我们太阳系形成的一个基本难题是理解为什么与太阳相比，包括行星、彗星和小行星在内的地球天体中的$^{16}$ O会减少。最受欢迎的机制是CO气体的选择性光解产生$^{16}$ O贫化水，需要精细调整的混合时间尺度来将$^{16}$ O贫化水从寒冷的外太阳系输送到与尘埃颗粒进行同位素交换，以产生今天观察到的$^{16}$ O贫化行星体。在这里，我们表明，高能粒子辐照的SiO $_2$（和Al $_2$ O $_3$）使它们容易与H $_2$ O冰在温度低至10 K的异常同位素交换。观测到的异常同位素交换量（D $^{16}$ O）足以产生太阳系中地球天体的$^{16}$ O耗尽特征。我们计算了宇宙射线曝光时间所需的产生观测到的$^{16}$ O耗尽硅酸盐（SiO2）尘埃在星际介质和早期太阳系，并发现辐射损伤引起的氧同位素交换可以迅速（~10 - 100年）耗尽$^{16}$ O尘埃颗粒在太阳的T-金牛相位。我们的模型解释了为什么在太阳系中发现的最古老和最难熔的矿物，无水钙铝夹杂物（CAIs），通常是$^{16}$ O富集相比，球粒和散装陆地固体，并提供了一个机制，生产$^{16}$ O耗尽颗粒非常早在太阳系的历史。我们的发现对氧同位素在太阳系、星际介质、行星的形成及其组成部分以及质量无关同位素效应的性质具有广泛的意义。
2021-09-10 astro-ph.EP astro-ph.HE
A Chondritic Solar Neighborhood
研究发现被污染白矮星周围的岩石成分与典型球粒陨石一致，表明系外行星系统可能由与地球相似的组成构建块形成。
2023-06-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Carbon-to-Oxygen Ratio Measurement in Nearby Sunlike Stars: Implications for Planet Formation and the Determination of Stellar Abundances
最近对附近FGK恒星的高分辨率光谱分析表明，大于0.8甚至1.0的高C/O比是相对常见的。两个已发表的星表在25-30%的系统中发现C/O $>0.8$，在$\sim$中发现C/O $>1.0$ ~6- 10%。有人认为，在原行星盘与C/O $>0.8$，冷凝途径难熔固体将发生在我们的太阳系，在那里的C/O $=0.55$不同。据计算，富含碳的盘状物是以碳为主的岩石行星，而不是以氧为主的行星。在这里，我们认为，推导出的恒星C/O比被高估。限制高C/O频率的一个因素是在大量低质量恒星样本中发现的碳矮星（$10^{-3}-10^{-5}$）相对较少。我们建议这种高估的原因，包括高C/O比的太阳大气模型用于差分丰度分析，治疗的Ni混合物，影响O丰度，和一维LTE恒星大气模型的局限性。此外，从测量的恒星C/O比的估计误差中，我们发现高C/O尾的意义被削弱了，在10- 1- 5%的恒星中，C/O $>0.8$的真实测量分数为1%-5%，C/O $>1.0$为1%-5%，尽管这些仍然可能被高估。我们认为，红外T矮星光谱可以显示恒星附近的高C/O有多普遍，因为这些物体的化学和光谱与具有类似太阳丰度的物体相比会有所不同。虽然在C/O $>0.8$上是可能的，但我们预计碳占主导地位的岩石行星比其他人认为的要罕见。
2012-04-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets I: Tidally-Locked exo-Earths
本研究通过耦合彗星撞击模型与三维地球系统模型，模拟了2.5公里冰彗星撞击潮汐锁定类地系外行星的大气响应，发现水是驱动大气化学和组成长期变化的主要因素，并可能影响行星宜居性。
2025-02-25 astro-ph.EP
Europium as a lodestar: diagnosis of radiogenic heat production in terrestrial exoplanets
长寿命放射性核素，如$^{40}$ K、$^{232}$ Th、$^{235}$ U和$^{238}$ U，有助于在类地行星地幔中持续产热。作为难熔元素，Th和U在类地系外行星中的浓度隐含地反映在恒星宿主的光球丰度中。然而，由于相关光谱特征的普遍缺乏和薄弱，在实践中很难对这些恒星丰度进行可靠的确定。我们提请注意耐火材料，$r-$过程元素铕，这可能是一个方便和实用的代理人口分析的辐射加热的系外行星系统。作为一个案例研究，我们提出了在$α$ Cen A和B的光球Eu丰度的测定。我们发现，铕是耗尽相对于铁的$\sim$ 0.1德克斯和硅的$\sim$ 0.15德克斯相比，太阳在两个二元组分。在一阶条件下，Eu的丰度可以在观测约束条件下转换为$^{232}$ Th、$^{235}$ U和$^{238}$ U的丰度，而$^{40}$ K的丰度可以独立地用银河系化学演化模型进行近似。我们发现$α$ -Cen-地球的辐射生热收支在其形成时为$73.4^{+8.3}_{-6.9}$ TW，现今为$8.8^{+1.7}_{-1.3}$ TW，分别比冥古宙和现代地球低$23\pm5$ %和$54\pm5$ %。因此，$α$-Cen-Earth中的地幔对流预计总体上比地球的地幔对流弱（假设其他条件相同），因此这样的行星在地质上不太活跃，抑制了其循环地壳和挥发物的长期潜力。由于Eu丰度可用于大样本的类太阳…
2020-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Volatility Trend of Protosolar and Terrestrial Elemental Abundances
我们提出了新的估计原太阳元素丰度的基础上改进的太阳光球丰度和CI的丰度组合。这些新的估计表明，CI陨石和太阳丰度是一致的60个元素。我们比较我们的新的原太阳丰度与我们最近估计的散装地球成分（归一化为铝），从而量化脱挥发分从太阳星云到地球的形成。量化产生线性趋势$\log(f) = α\log(T_C) + β$，其中$f$是地球与太阳的丰度比，$T_C$是元素的50 $\%$凝结温度。最佳拟合系数为：$α= 3.676\pm 0.142$和$β= -11.556\pm 0.436$。这些参数的量化限制了脱挥发分过程的模型。例如，系数$α$和$β$确定地球$T_{\mathrm{D}}(\mathrm{E}) = 1391 \pm 15$ K的临界脱挥发分温度。与太阳丰度相比，具有$T_{C} < T_{\mathrm{D}}(\mathrm{E})$的元素的陆地丰度是贫化的，而具有$T_{C} > T_{\mathrm{D}}(\mathrm{E})$的元素的陆地丰度与太阳丰度是不可区分的。地球上的汞丰度（$T_C$ = 252 K）出现异常高的假设下，太阳能和CI球粒陨石汞丰度是相同的。为了解决这一异常，我们建议，CI陨石已耗尽汞相对于太阳的$13\pm7$的一个因素。我们使用最佳拟合的挥发性趋势来推导挥发性和难熔组分之间的碳和氧的分数分布（$f_\mathrm{vol}$、$f…
2019-03-14 astro-ph.EP
Rocky Extrasolar Planetary Compositions Derived from Externally-Polluted White Dwarfs
我们报道了两颗氦占主导地位的白矮星PG 1225 -079和HS 2253 +8023的Keck高分辨率中阶梯光谱仪数据和模型大气分析。每个系统的最小吸积质量约为10^22 g，相当于一颗大型小行星的质量。在PG 1225 -079中，Mg、Cr、Mn、Fe和Ni的丰度比与块体地球值相似，而我们测量了四种难熔元素Ca、Sc、Ti和V，它们的丰度都比块体地球高约2-3倍。对于HS 2253 +8023来说，被吞噬的物质在成分上与大块地球相似，其主要元素种类O、Mg、Si和Fe的质量百分比超过85%，并且富含独特比例的矿物氧化物-这是岩石母体起源的有力证据。包括以前的研究，我们现在知道四个严重污染的白矮星，其中测得的氧和氢与父母的身体形成几乎没有冰的观点一致，在星云环境中的任何雪线内部。越来越多的被污染的白矮星系统与全面的丰度测量形成了一个基线，用于表征岩石系外行星的组成，可以与大块地球进行比较。
2011-08-07 astro-ph.EP
High-Resolution Spectral Discriminants of Ocean Loss for M Dwarf Terrestrial Exoplanets
在不久的将来，超大型地面望远镜可能会对太阳系以外的生命进行首次搜索。对附近系外行星大气反射光的高光谱分辨率观测可用于寻找生物特征氧。然而，虽然地球上丰富的O $_2$是光合作用的，但早期的海洋损失也可能通过水蒸气光解和随后的氢逃逸产生高大气O $_2$。为了探索如何使用光谱来区分这两种氧源，我们生成了一个可居住的类地球和海洋损失后的Proxima Centauri b的高分辨率逐线合成光谱。我们研究了O $_2$从0.63到1.27 $μ$ m的四条带的强度和轮廓，并量化了它们的相对可检测性。我们发现，10巴O $_2$后海洋损失的大气有很强的抑制氧带，特别是1.27 $μ$ m带。这种抑制是由于这些更大质量的O $_2$大气中产生的额外强、宽的O $_2$ -O $_2$碰撞诱导吸收（CIA），而对于光合作用产生的少量氧气来说，这是不存在的。因此，在反射光中1.27 $μ$ m波段的任何检测都表明较低的类地球O $_2$水平，这表明可能是光合作用的起源。然而，0.69 $μ$ m O $_2$波段相对不受O $_2$ -O $_2$ CIA的影响，通过检测到强的0.69 $μ$ m O $_2$波段和较弱或未检测到的1.27 $μ$ m波段，可以推断海洋损失高O $_2$大气的存在。这些结果为观测和解释系外行星大气中的O $_2$提供了一种策略，未来的地面望远镜可以考虑这种策略。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Connecting planet formation and astrochemistry: C/O and N/O of warm giant planets and Jupiter-analogs
（节略）行星大气的化学成分一直被认为储存了关于行星何时何地吸积其物质的信息。从理论上预测这种化学成分是将观测研究与控制行星形成的基本物理学联系起来的关键一步。作为我们以前工作中对热彗星研究的后续行动，我们提出了一个从与我们以前工作中使用的相同的小行星形成种群合成模型中提取的暖彗星种群（半长轴在0.5-4 AU之间）。我们计算的天体化学演化的原行星盘包括在这个人口预测的碳/氧（C/O）和氮/氧（N/O）比的磁盘气体，冰和耐火材料的来源，吸积极大地影响了产生的C/O和N/O在大气中的巨行星。我们确认，我们以前发现的主要序列（吸积固体质量和大气C/O之间）在很大程度上是由目前的人口合成暖彗星再现。因此，当出生盘具有太阳或更低的金属丰度时，大多数人口沿着经验推导的质量-金属丰度关系下降。由高金属丰度（[Fe/H] $>$ 0.1）的盘形成的行星导致化学性质更加分散，这可以解释在质量-金属丰度关系中发现的一些分散。结合预测的C/O和N/O比表明，木星不属于我们的合成行星群，这表明它可能不是在进入大钉之前在太阳系的内部5 AU形成的。这一结果与最近对木星大气层化学成分的分析相一致，后者表明它的大部分重元素丰度都在距离太阳数十个天文单位的地方。
2020-09-07 astro-ph.EP
Chemical Abundances in the Externally Polluted White Dwarf GD 40: Evidence of a Rocky Extrasolar Minor Planet
我们目前的Keck/HIRES数据与模式大气分析的氦为主的污染的白矮星GD 40，在其中我们测量大气中相对于氦的9种元素的丰度：H，O，Mg，Si，Ca，Ti，Cr，Mn和Fe。除了氢与其他污染物的关系尚不确定之外，这种物质很可能是从GD 40的拱星尘埃盘吸积而来，其存在通过过量的红外辐射得到证明。这些数据最好用岩石行星物质的吸积来解释，其中重元素主要包含在氧化物中，来自一颗潮汐破裂的小行星，质量至少与朱诺号相当，可能与灶神星一样大。相对较低的氢丰度设定了推断母体中10%水质量的上限，而相对较高的难熔元素Ca和Ti丰度可能表明高温处理。虽然母体的整体组成与地球相似，但其85%以上的质量是由氧、镁、硅和铁组成的，我们发现n（Si）/n（Mg）= 0.30 +/-0.11，明显小于地球、太阳、太阳和附近恒星的比例。这一结果表明，分化发生在母体内。
2009-12-08 astro-ph.EP
Detection of OH and Fe in the dayside atmosphere of the hottest ultra-hot Jupiter KELT-9b with SPIRou
研究基于 SPIRou 两次热发射观测首次在 KELT-9b 昼侧大气探测到 OH 并确认 Fe，结合化学平衡自洽反演约束丰度、热逆温与自转，为其形成迁移提供线索。
2025-09-28 astro-ph.EP
The Barnard's Star Planetary System: Stability, Composition, and Evolution of Four Sub-Earth Exoplanets
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Atmospheric, Oceanic, and Planetary Physics, Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系大气、海洋与行星物理学）；Department of Earth and Planetary Sciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系）；Centre for Star and Planet Formation, Globe Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学全球研究所恒星与行星形成中心）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
通过稳定性分析、大气演化模型和恒星丰度约束，研究了巴纳德星四颗亚地球行星的质量范围、潮汐锁定、共振链、大气存在性及内部组成，发现其地幔富镁、水容量和放射性加热均低于地球。
2026-06-23 astro-ph.EP
The transmission spectrum of Earth through lunar eclipse observations
在迄今为止发现的342颗围绕其他恒星运行的行星中，有58颗“过境”恒星盘，这意味着它们可以通过星光通量的周期性减少来检测。来自恒星的光穿过行星的大气层，在少数情况下可以估计行星的基本大气成分。随着我们越来越接近于找到类似的地球，对系外行星大气层的表征的一个重要考虑因素是我们星球的透射光谱看起来像什么。在这里，我们报告的光学和近红外透射光谱的地球，在月食期间获得。在反射光谱中较弱的一些与生物有关的大气特征（如臭氧、分子氧、水、二氧化碳和甲烷）在透射光谱中却强得多，而且确实强于建模预测。我们还发现了地球电离层和主要大气成分双原子氮（N2）的指纹，这些指纹在反射光谱中缺失。
2009-06-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Equilibrium Condensation from Chondritic Porous IDP Enriched Vapor: Implications for Mercury and Enstatite Chondrite Origins
本文探讨水星异常内核与低FeO表面矿物学的起源，提出在内太阳原行星盘中面附近，富集C-IDP成分尘埃的化学系统在高温下平衡凝聚产生超球粒陨石Fe/Si比凝聚物，从而解释水星及顽火辉石球粒陨石母体的异常成分。
2023-07-28 astro-ph.EP
A comprehensive study of the relations between the properties of planetary systems and the chemical compositions of their host stars
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；Observatório Nacional（国家天文台）；Universidade Federal de Sergipe（塞尔希培联邦大学）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）
本研究通过分析561颗开普勒系外行星宿主恒星的化学成分，发现α元素富集可能促进金属贫乏环境中的大行星形成，同时铁丰度仍是关键限制因素。
2026-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Isotopic Links from Planet Forming Regions to the Solar System
同位素比率为理解物质的起源提供了一个强有力的工具，包括太阳系天体中的挥发性和难熔物质。最近对分子同位素的高灵敏度观测，特别是ALMA的观测，为我们提供了关于恒星和行星形成区以及太阳系天体中氢、碳、氮和氧同位素比率的新信息。太阳系探测任务，如罗塞塔和卡西尼，给了我们进一步的新见解。与此同时，最近发展的复杂模型同位素化学，包括详细的气相和颗粒表面反应网络，使人们有可能讨论如何同位素分馏在恒星和行星形成的地区是印记到尘埃颗粒的冰地幔，保存记录的初始同位素状态的太阳系材料。本章回顾了最近在太阳系外行星形成区，星前/原恒星核和原行星盘，以及在我们的太阳系的对象-彗星，陨石和行星/卫星大气中的分子同位素观测的进展，并讨论了它们之间的联系，通过同位素化学模型。
2022-03-21 astro-ph.EP astro-ph.GA
Photosynthetic exergy I. Thermodynamic limits for habitable-zone planets
Università di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN, Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte（意大利国家天体物理研究所卡波迪蒙特天文台）；Università di Roma Tor Vergata（罗马托维加塔大学）
本文提出一个辐射热力学框架，量化恒星辐射在行星表面最大有用功，推导基于火用的光合作用功率和长波吸收截止边界，并应用于FGK和M型恒星周围类地行星，发现单光子放氧光合作用在FGK恒星附近近红外波段可行，而在M矮星附近蓝移，且M矮星因光子数少和短波火用分数低而光合潜力受限。
2026-02-24 astro-ph.EP
The Chemical Homogeneity of Sun-like Stars in the Solar Neighborhood
恒星的组成是天文学中许多主题的关键诊断工具，例如银河系的演化，行星的形成和太阳的独特性。以前的光谱测量表明，具有相似总体金属含量的恒星的元素丰度模式存在很大的内在变化。然而，由于恒星模型的不准确性而产生的系统误差是这类研究的一个限制因素，因此无法确定所观察到的恒星丰度模式的多样性在多大程度上是真实的。本文报道了79颗类日恒星在100秒差距内30种元素的丰度，精度为2%。系统误差在这项研究中最小化的太阳双星和执行线的差分分析，使用高分辨率，高信号噪声光谱。我们在$10^{-3}$ dex Gyr $^{-1}$的精度下解析了银河系化学演化中的[X/Fe]丰度趋势，并揭示了具有相似年龄和金属丰度的恒星具有几乎相同的丰度模式。与以前的结果相反，我们发现太阳金属丰度恒星中的碳氧和镁硅比在整个太阳附近都是均匀的，在10%以内，这意味着系外行星可能表现出比以前认为的少得多的成分多样性。最后，我们证明，太阳有一个微妙的耐火材料相对于>80%的太阳双胞胎（在2 $σ$置信度），这表明一个可能的路标行星系统像我们自己。
2018-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Earths composition: origin, evolution and energy budget
本文通过地球物理、地球化学和宇宙化学约束以及地球中微子实验数据，研究地球组成、起源与能量收支，确定地球放射成因热功率为20 TW，并限定难熔亲石元素丰度为CI球粒陨石的2.5至2.7倍。
2025-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The compositions of the HR 8799 planets reflect accretion of both solids and metal-enriched gas
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；NASA Exoplanet Science Institute（NASA系外行星科学研究所）；Space Science Institute（空间科学研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究HR 8799行星的组成，通过光谱分析揭示其大气成分和元素丰度，发现外行星吸积了富含氮的气体，支持了行星形成过程中固态和气体吸积的模型。
2026-03-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
