Composition of Massive Giant Planets
目前巨行星形成的两种模型是核心吸积和盘不稳定性。我们讨论的核心质量和整体行星富集重元素预测的两个形成模型，并表明，这两种模型可能会导致大范围的最终成分。例如，两者都可以形成具有接近恒星成分的巨行星。然而，低质量的巨行星，与它们的宿主恒星相比富含重元素，更容易用核心吸积模型来解释。行星的最终结构，即，重元素的分布在任何一种地层模型中都没有严格的限制。
2010-10-20 astro-ph.EP
Formation and composition of planets around very low mass stars
最近在质量很低的恒星周围发现的行星提出了这些物体的形成，组成和潜在的可居住性的问题。我们使用行星系形成模型来推断行星的性质，特别是它们的半径分布和水含量，这些行星可能在质量比太阳小十倍的恒星周围形成。我们的行星系形成和组成模型考虑了原行星盘的结构和演化、固体和气体吸积导致的行星质量增长以及行星-行星、行星-恒星和行星-盘的相互作用。我们发现，行星可以形成在小轨道周期的低质量恒星的轨道。我们表明，行星的半径是在大约1地球的峰值，他们是，在一般情况下，挥发性丰富，特别是如果原行星盘绕这种类型的恒星是长寿的。在这里模拟的核心吸积范式框架内，可以形成围绕低质量恒星运行的近距离行星，这些行星的质量和半径与最近探测到的行星相似。原行星盘的性质，以及它们与恒星类型的相关性，是理解它们组成的关键。
2016-10-11 astro-ph.EP
The Effect of Composition on the Evolution of Giant and Intermediate-Mass Planets
我们模拟了具有不同质量和成分的行星的演化。我们调查的组成和它的深度依赖的长期演变的行星的影响。还考虑了不透明度和恒星辐射的影响。结果表明，由于各种组合物的半径的变化可以显着小于半径的变化所造成的不透明度。辐射也会影响行星收缩，但被发现不如不透明度效应重要。我们建议，用于描述观测到的太阳系外行星的质量半径关系应非常谨慎，因为不同的物理条件可能会导致非常不同的质量半径关系。
2013-07-08 astro-ph.EP
Interpreting the atmospheric composition of exoplanets: sensitivity to planet formation assumptions
根据系外行星的大气成分限制行星形成是系外行星界的一个基本目标。现有的研究通常试图限制大气丰度，或者分析给定的行星形成描述预测的丰度模式。然而，也有迫切需要开发的方法，研究如何将大气成分转化为行星形成的推论。在这项研究中，我们总结了最先进的行星形成模型的复杂性和不确定性，以及它们如何影响行星大气成分。我们介绍了一种方法，探讨了不同的形成模型的假设解释大气成分时的效果。我们将这个框架应用于直接成像的行星HR 8799e。根据它的大气成分，这颗行星可能在形成过程中发生了显著的迁移。我们表明，包括化学演化的原行星盘导致迁移的需要减少。此外，我们发现卵石吸积可以重现行星的组成，但我们的一些测试设置导致大气金属丰度过低，即使考虑到蒸发卵石可能会丰富磁盘气体。我们的结论是，对于一个给定的行星，从大气丰度到行星形成的确定性反演可能具有挑战性，但对不同形成模型的影响的定性理解是可能的，为新的研究开辟了途径。
2022-04-28 astro-ph.EP
Chemical composition of Earth-like planets
行星形成的模型主要集中于行星的吸积和动力学过程，而忽略了行星的化学组成。在这项工作中，我们计算了围绕太阳型恒星的低质量原行星盘中不同化学元素的凝聚序列。我们将这一序列的化学元素（难熔和挥发性元素）在我们的半分析模型的行星形成计算形成的行星系在其气相。半分析模型的结果（胚胎和星子的最终分布）被用作初始条件，以开发N体模拟计算后寡头形成的地球型行星。我们模拟的结果表明，留在宜居带的行星的化学成分与地球的化学成分具有相似的特征。然而，存在差异，可以与它们形成的动态环境相关联。
2015-02-24 astro-ph.EP
Geophysical Classification of Planets, Dwarf Planets, and Moons
本文提出了一个描述系外行星、太阳系行星、矮行星和球卫星地球物理特征的行星质量标度和组成码系统。组成类别描述了行星体的岩石、冰和气体性质。行星质量尺度包括五个质量等级，其质量上限和质量下限来自于最近对系外行星质量半径和质量密度关系的研究，以及太阳系中行星、矮行星和球形卫星的物理特征。组合的质量和组成代码提供了地球物理分类，可以将系外行星的全球质量和组成特征与太阳系的行星、矮行星和球形卫星进行比较。该系统是灵活的，可以与表征行星的其他物理，动力学或生物特征的附加代码相结合。
2017-05-27 astro-ph.EP
The influence of composition gradients on giant planet radii
University of Zurich（苏黎世大学）
研究巨行星半径受成分梯度影响，结合分析框架与数值演化模拟，揭示重元素空间分布不改变行星大小，是总熵随时间变化驱动半径改变，明确两种演化机制及质量 - 半径 - 成分关系的物理起源。
2026-07-07 astro-ph.EP
Constraining planet structure and composition from stellar chemistry: trends in different stellar populations
有行星环绕的恒星的化学成分提供了关于系外行星系统的频率，结构和组成的重要线索。我们探索的可能性，恒星从不同的星系人口，有不同的内在丰度比可能会产生行星与不同的整体组成。我们编制了丰富的铁，O，C，Mg和Si在一个大样本的太阳邻居恒星，属于不同的星系人口。然后，我们使用一个简单的化学计量模型来预测预期的铁-硅酸盐质量分数和行星构建块的水团分数，以及圆盘中所有重元素的总质量百分比。假设整体的化学成分的行星积木将反映在形成的行星的组成，我们表明，根据我们的模型，光盘周围的恒星来自不同的星系人口，以及周围的恒星来自不同地区的银河系，预计将形成岩石行星显着不同的铁硅酸盐质量分数。可利用的水团比例在不同的星系中也有显著的变化。这些结果可以用来为行星形成和化学成分的模型设定约束条件。此外，这些结果可能会影响我们对银河系中行星频率的理解，以及可居住性条件的存在。
2017-11-02 astro-ph.EP
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
The Compositional Diversity of Low-Mass Exoplanets
低质量行星有着非常多样化的整体组成，从主要的岩石世界到那些有着深层气体大气的行星。由于测量系外行星质量的技术正在将该领域推向地球政权，从超短轨道周期到金星距离，我们确定了行星成分的界限，其中大小和入射通量告知了大体积行星的性质。在某些情况下，行星质量和大小的测量精度接近行星模型的理论不确定性。一个新兴的图片解释了低质量行星的多样性方面，尽管仍然存在一些问题;极端低密度低质量行星挑战大气质量损失模型吗？行星的大小是否严格按照体积组成来划分？为什么不同的观测技术对恒星的某些特征描述不同？随着TESS任务的开始，最近恒星周围的低质量系外行星将很快被发现，并以前所未有的精度进行表征，从而可以比以往任何时候都更详细地对低质量系外行星进行行星建模和大气表征。
2019-11-11 astro-ph.EP
Plausible Compositions of the Seven TRAPPIST-1 Planets Using Long-term Dynamical Simulations
TRAPPIST-1是附近的一颗超冷矮星，拥有一个由七颗凌日行星组成的非凡行星系。行星的轨道特性和半径已经得到了很好的限制，最近通过额外的地面和空间测光观测测量了内六颗行星的质量。这些质量测量的巨大不确定性阻碍了对行星组成的可靠分析。在这里，我们进行了成千上万的N体动力学模拟与行星的属性从观测值扰动，并确定那些是稳定的数百万年。这使我们能够确定可用于未来研究的自洽轨道解。从我们的动力学质量范围来看，我们发现大多数行星都与地球一样的组成一致，其中TRAPPIST-1f可能具有丰富的挥发物。
2017-06-09 astro-ph.EP
The Compositional Dimension of Planet Formation
本章围绕行星化学组成如何追溯其形成与演化历史，提出整合恒星及行星系统全生命周期多学科视角的统一框架，以解码行星天体组成携带的信息。
2023-02-16 astro-ph.EP
The Heavy Element Composition of Disk Instability Planets Can Range From Sub- to Super-Nebular
凌日观测结合多普勒数据揭示了一类巨大的气体巨行星，它们质量巨大且高度富集重元素（例如，HD149026b、GJ436b和HAT-P-20b）。人们很容易把这些行星看作是核心吸积加上气体捕获的验证，因为人们经常假设盘不稳定行星应该是星云组成的。相反，我们在这篇论文中表明，由盘不稳定性形成的气体巨星可以有各种各样的重元素组成，从亚星云到超星云的值。高水平的富集可以通过一种或多种机制实现，包括出生时的富集、星子捕获和分化加上潮汐剥离。因此，单个气体巨星的金属丰度不能用来区分气体巨星的形成模式。
2011-04-05 astro-ph.EP
Planetesimal fragmentation and giant planet formation II: dependencies with planetesimal relative velocities and compositions
大多数包含星子碎裂的行星形成模型都考虑了在行星形成的整个过程中，玄武岩以3 km/s的恒定速度撞击地球的灾难性能量阈值。然而，随着行星的生长，周围微行星的相对速度从m/s增加到几km/s。此外，在形成巨行星的冰线之外，星子预计大约由50%的冰组成。我们的目标是研究星子碎裂在巨行星形成中的作用，考虑星子灾难性撞击能量阈值作为星子相对速度和成分的函数。我们改进了我们的模型的星子碎片纳入一个功能形式的灾难性的碰撞能量阈值与星子的相对速度和成分。我们还改进了我们的模型中的吸积小碎片的碰撞级联过程中产生的星子碎片考虑特定的卵石吸积率。我们发现，一个更准确和现实的模型计算的灾难性的冲击能量阈值往往会减缓大规模核心的形成。只有在行星包络处的颗粒不透明度值降低时，交叉质量才能在盘时标耗散之前达到。虽然星子碎裂有利于快速形成5-10个地球质量的大质量核心，但星子碎裂可能会抑制交叉质量。然而，颗粒不透明度降低或污染的吸积星子与星子破碎可以解释形成的巨行星与低质量的核心。
2019-03-28 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
Convective Mixing in Gas Giant Planets with Primordial Composition Gradients
本研究模拟巨行星演化，发现对流混合效率受初始熵控制，低熵下成分梯度可长期存在，并提出了预测混合的解析模型，强调大气成分未必代表整体成分。
2025-08-27 astro-ph.EP
The Roche limit for close-orbiting planets: Minimum density, composition constraints, and application to the 4.2-hour planet KOI 1843.03
行星必须在洛希极限之外运行的要求给出了行星平均密度的下限。最小密度几乎完全取决于轨道周期，并且不受恒星性质中的系统误差的影响。我们认为，这种密度约束的影响，新确定的小行星类周期短于半天。当行星的半径被准确地知道时，这个密度下限可以用来限制行星内铁和岩石的可能组合。应用于KOI 1843.03，半径为0.6个地球半径，已知最短轨道周期为4.245小时，该行星的平均密度必须大于约7 g/cm^3。通过对受此约束的行星内部进行建模，我们发现行星的成分必须主要是铁，最多有少量的硅酸盐（小于约30%质量）。
2013-07-15 astro-ph.EP
Toward Reliable Interpretations of Small Exoplanet Compositions: Comparisons and Considerations of Equations of State and Materials Used in Common Rocky Planet Models
Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；National Science Foundation（美国国家科学基金会）；Southwest Research Institute（西南研究院）
本文探讨了小系外行星成分解释的可靠性问题，通过比较不同方程状态和矿物组合模型，指出其对行星密度预测的影响，强调了对材料和方程状态的仔细考虑以提高解释的准确性。
2026-01-19 astro-ph.EP
Compositional imprints in density-distance-time: a rocky composition for close-in low-mass exoplanets from the location of the valley of evaporation
我们使用一个端到端的行星形成，热力学演化和大气逃逸模型来研究蒸发的统计印记如何依赖于行星核心的大部分组成（岩石与冰）。我们发现，人口广泛的印记，如“蒸发谷”的位置在距离半径平面和相应的双峰半径分布明显不同，这取决于散装组成的核心。与观测到的山谷位置（Fulton et al. 2017）的比较表明，接近的低质量开普勒行星主要由类似地球的岩石组成。结合MMR之外的周期比，这表明低质量的开普勒行星在水冰线内形成，但仍在进行轨道迁移。失去所有原始H/He的行星的核心半径变得可见。对于在距离-半径平面上处于这个“蒸发三角形”中的行星，其成分的简并度降低了。在观察到的图中，我们发现随着半径的增加，挥发物含量越来越高的趋势（R/R_Earth<1.6岩石; 1.6-3.0冰和/或H/He; >3：H/He）。质量密度图包含了关于形成和演化的重要信息。其特征性的破碎V形揭示了从固体行星到低质量核心主导的H/He行星，最后到气体主导的巨星的转变。蒸发导致低质量行星的密度和轨道距离是反相关的，与巨星相反，在巨星中，更近的行星密度较低，可能是由于膨胀。这里报告的统计特性的时间演变将是感兴趣的PLATO 2.0任务，将观察时间方面。
2017-12-01 astro-ph.EP
Composition constraints of the TRAPPIST-1 planets from their formation
本研究通过模拟TRAPPIST-1行星的形成与组成演化，约束了行星初始水含量与元素丰度，解释了内外行星结构差异，验证了内侧行星脱水、外侧行星有原始水圈且无行星为无核结构的结论。
2023-07-11 astro-ph.EP
BOWIE-ALIGN: How formation and migration histories of giant planets impact atmospheric compositions
BOWIE-ALIGN巡天通过比较8颗F型恒星热木星的对齐与不对齐样本，结合行星形成模型研究迁移历史对大气C/O等成分的影响，以约束行星形成机制。
2024-10-21 astro-ph.EP
SimAb: A simple, fast and flexible model to assess the effects of planet formation on the atmospheric composition of gas giants
我们提出了一个基本的，快速的，灵活的行星形成模型，称为SimAb（模拟丰度），形成巨行星，并研究其形成后不久的主要大气成分。在SimAb中，我们引入参数来简化行星形成过程中涉及的复杂物理学假设。这种方法使我们能够追踪和了解复杂的物理过程对形成的行星的影响。我们专注于C/O比和行星大气的金属含量作为其组成的指标。我们表明，最初的原行星核心质量并不影响最终的行星大气在我们的模型的背景下组成。初始轨道距离影响C/O比，这是由于在不同轨道距离处气相和固相中的C/O比不同。此外，初始轨道距离加上吸积的星子数量导致行星具有亚太阳或超太阳的金属丰度。此外，C/O比还受尘埃颗粒分数和星子分数的影响。通过尘埃颗粒吸积大部分重元素的行星的C/O比将接近太阳的C/O比，而从盘中的星子吸积大部分重元素的行星的C/O比将最终接近盘中固相的C/O比。结合C/O比和金属丰度，我们可以在超太阳金属丰度行星形成的初始轨道距离上设定一个下限和上限。我们表明，星子是到达超太阳金属丰度行星的主要来源。另一方面，主要吸积尘埃颗粒的行星将显示出更多的太阳成分。在比CO冰线更远的地方开始形成的超太阳金属量行星，其C/O比更接近太阳值。
2021-10-30 astro-ph.EP
Disk and atmosphere composition of multi-planet systems
本研究扩展chemcomp代码探究多行星系统中行星开辟间隙对原行星盘气体富集及大气成分的影响，发现外侧行星阻截富挥发物卵石会降低内侧行星大气碳氧含量，氮的超恒星水平可示踪卵石漂移与蒸发的作用。
2024-07-29 astro-ph.EP
Planetesimal Compositions in Exoplanet Systems
我们已经使用了最近的调查组成的系外行星的宿主恒星，以调查在这些系统的拱星星云的雪线以外形成的星子凝聚物质的预期组成。在主要的固体形成元素中，我们发现，对于太阳，C和O丰度（特别是C/O丰度比）对这些系统中形成的冰质星子的组成影响最大。计算使用自洽模型的冷凝顺序挥发性冰从星云气体后，难熔（硅酸盐和金属）相冷凝。由此产生的比例的耐火相和冰的星云温度结构和氧化还原条件的范围内计算。亚太阳能C/O系统中的微行星应该富含水冰，耐火材料的含量低于太阳质量，而在超太阳能C/O系统中，微行星应该有更高的耐火材料含量，在某些情况下几乎没有水冰。含碳的挥发性冰和笼形物也变得越来越重要，随着C/O的增加，这取决于假设的星云温度。星云外部早期凝聚物的这些成分变化对于这些系统中的柯伊伯带、巨行星的冰冷卫星以及巨行星大气中挥发物和重元素的富集（超过恒星值）具有重要意义。
2012-08-16 astro-ph.EP
Formation of Planetary Populations III: Core Composition & Atmospheric Evaporation
系外行星质量半径图显示，超级地球在给定质量下显示出广泛的半径，因此平均密度。使用行星人口合成模型，我们探索了形成这种分布的关键物理因素：行星的固体核心成分和大气结构。对于前者，我们使用平衡盘化学模型来跟踪整个形成过程中行星核心上的吸积矿物。对于后者，我们跟踪气体吸积在形成过程中，并考虑光蒸发驱动的大气质量损失，以确定什么部分的吸积气体逃逸后的磁盘阶段。我们发现，海王星和亚土星在小轨道半径（$\lesssim$ 0.1 AU）的大气剥离在短周期超级地球的形成中起着关键作用。岩心成分受其形成的圈闭的强烈影响。我们还发现，在小轨道半径$\lesssim$ 0.5 AU的类地行星组成和在大轨道$\sim$ 1 AU的富冰行星（质量高达50%）之间存在分离。这与从小轨道周期的低质量行星半径谷的观测位置推断出的类地平均密度很好地对应。我们的模型产生的行星半径与质量为$\sim$ 1- 3 M $_\oplus$的观测结果相当。在更大的质量，行星的吸积气体显着增加其半径大于大多数观测数据。虽然光蒸发影响小轨道半径$\lesssim$ 0.1 AU的行星，减少了这些行星半径的子集，并改善了我们的比较，但我们计算的种群中的大多数行星不受影响，因为它们在较大的分离处形成时FUV通量较低。
2020-07-13 astro-ph.EP
A primordial origin for the composition similarity between the Earth and the Moon
地月系统的大部分性质都可以用行星胚胎与生长中的地球在吸积过程后期的碰撞来解释。模拟显示，最终聚集形成月球的大部分物质来自撞击物。然而，对地球和月球同位素组成的分析表明它们非常相似。相比之下，其他太阳系天体的组成与地球和月球有很大不同。这对大撞击假设提出了一个重大挑战，因为形成月球的撞击物被认为在成分上也与原始地球不同。在这里，我们在一系列行星吸积的模拟中跟踪生长行星的进食区，以测量形成月球的撞击物的成分。我们发现，在同一模拟中形成的不同行星具有不同的成分，但巨型撞击物的成分在系统上与它们撞击的行星更相似。很大一部分行星撞击物对具有几乎相同的组成。因此，地球和月球在成分上的相似性可能是一次晚期巨大撞击的自然结果。
2015-02-25 astro-ph.EP
Understanding the Mass-Radius Relation for Sub-Neptunes: Radius as a Proxy for Composition
像开普勒这样的凌日行星巡天提供了大量关于行星半径分布的信息，特别是对于超级地球和次海王星大小的行星的新种群。为了帮助这些半径的物理解释，我们计算模型半径的低质量的岩石行星与氢氦信封。我们提供了1-20地球质量的行星模型半径，包络分数从0.01- 20%，辐射水平0.1- 1000倍地球，年龄从1亿年到10 Gyr。此外，我们还提供了简单的分析拟合，总结了半径如何取决于这些参数。最重要的是，我们表明，在固定的组成，半径显示质量的行星与超过1%的质量在其信封的依赖性很小。因此，行星半径是海王星和次海王星大小的行星组成的一级代理。我们将观测到的质量-半径关系转换为质量-成分关系，并根据传统的地核吸积理论对其进行了讨论。我们讨论了从岩石超级地球到亚海王星行星的过渡与大挥发性信封。我们建议1.75地球半径作为这两个行星种群之间的物理分界线。最后，我们讨论了这些结果的光观测到的半径发生分布的开普勒发现。
2013-11-02 astro-ph.EP
Possible Internal Structures and Compositions of Proxima Centauri b
我们探索可能的比邻星b的内部假设行星属于致密的固体行星（岩石与可能添加的水），并得出相应的半径。为此，我们使用一个内部结构模型来计算行星的半径以及不同材料层的位置，假设它的质量和整体成分是已知的。由于缺乏详细的主恒星元素丰度来限制行星的组成，我们的模型基于太阳系的值。我们将模拟限制在没有大规模大气的固体行星的情况下。根据这些假设，比邻星b的可能半径在0.94- 1.40 $R_\oplus$之间。最小值是考虑到1.10 $M_\oplus$类汞行星，核心质量分数为65%，而最大半径是达到1.46 $M_\oplus$，50%的水质量，构成一个海洋行星。虽然这个半径范围仍然允许非常不同的行星组成，但它有助于表征Proxima Centauri b的许多方面，例如系统的形成条件或行星上目前的水量。这项工作也可以帮助排除未来对行星半径的测量，因为这些测量与固体行星体在物理上不相容。
2016-12-15 astro-ph.EP
Random Models for Exploring Planet Compositions I: Uranus as an Example
建立行星内部的模型是困难的，因为少量的测量参数不足以约束描述内部结构和组成所涉及的许多变量。一个解决方案是根据行星如何形成的论点来调用额外的约束。然而，行星的实际结构和组成可能包含其形成的线索，如果最初的假设不允许这种结构，那么这些线索就会丢失。因此，为了更好地理解哪些宇宙起源的限制是绝对必要的，探索允许的组成和结构的空间是很有趣的。为此，我们描述了一个代码，用于生成随机的，单调的，密度分布，rho（r），适合一个给定的质量，半径，和转动惯量。对流体静力平衡方程求积分，就得到物体上每一点的压力P（r）。然后，我们提供了三种算法，用于生成单调的温度分布，T（r），和相关的组成，这是一致的ρ-P关系，和现实的状态方程。我们将这个代码应用于天王星作为概念的证明，并表明岩石与水的比例不能远大于2。
2022-03-02 astro-ph.EP
Influence of grain sizes and composition on the contraction rates of planetary envelopes and on planetary migration
行星成长过程中的一个关键阶段是行星核心已经组装好的迁移，但行星还没有打开一个很深的缺口。在这一阶段，行星会经历快速的I型迁移，主要是向内迁移，行星会失去其半长轴的很大一部分。这个阶段的持续时间取决于行星外壳需要收缩多久，直到它达到与行星核心质量相似的质量，这是失控的气体吸积可以开始的时候，行星可以在圆盘中打开一个更深的缝隙，过渡到较慢的II型迁移。这个包层收缩阶段主要取决于行星质量和行星包层内部的不透明度。在这里，我们研究不同的不透明度处方如何影响信封收缩时间，这反过来又如何影响行星迁移通过光盘。我们在模拟中发现，颗粒的大小分布以及颗粒的化学成分对行星在到达失控的气体吸积阶段之前迁移的距离有着至关重要的影响。具有较大晶粒尺寸的晶粒尺寸分布导致生长中的行星向内迁移较少，这是由于更有效的冷却使气体吸积更快。此外，我们发现在贫水环境中形成的行星可以更快地收缩它们的包层，从而减少迁移，这意味着在贫水环境中形成的气体巨星可能比在富水环境中形成的气体巨星更远离它们的中心恒星。未来对行星形成的研究，旨在调查形成的气体巨星的化学成分，需要考虑这些影响的自我一致性。
2021-01-11 astro-ph.EP
The Star-Planet Connection I: Using Stellar Composition to Observationally Constrain Planetary Mineralogy for the Ten Closest Stars
恒星和行星的组成是相互关联的，然而，“适居性”和“宜居带“的定义只考虑了恒星和行星之间的物理关系。然而，行星是真正适合居住的化学和物理过程，调节气候和地球化学循环之间的大气，表面和内部水库。尽管如此，“类地行星”通常被定义为由岩石和铁的混合物组成的行星，其密度大约为1地球。为了了解类地行星的内部，可以利用恒星中构成行星的元素（如Mg、Si和Fe）的丰度来代替行星的组成。我们使用Hypatia目录中的恒星丰度探索了10颗离太阳最近的恒星周围虚构行星的行星矿物学和结构。尽管我们的样本中包含了亚太阳和超太阳的恒星，但我们发现所有10颗行星的矿物学都非常相似-因为恒星丰度的误差或分布在模型中产生了显着的简并。我们发现，丰度不确定性需要在[Fe/H] < 0.02 dex，[Si/H] < 0.01 dex，[Al/H] < 0.002 dex，而[Mg/H]和[Ca/H] < 0.001 dex的数量级上，以区分我们的10颗恒星样本中的两个独特的行星种群。虽然这些精确度很高，但我们相信，除了最近在文献中证明的方法透明度之外，考虑到某些丰度技术，它们是可能的。然而，如果没有这些精确度，行星结构的不确定性将非常高，以至于我们无法自信地说一颗行星像地球一样，或者不像我们见过的任何东西。
2018-01-05 astro-ph.EP
How Rocky Are They? The Composition Distribution of Kepler's Sub-Neptune Planet Candidates within 0.15 AU
开普勒任务已经发现了数千个半径在1到4 R $_\oplus$之间的行星候选者。这些行星在我们自己的太阳系中没有类似物，这为了解行星形成和演化所允许的行星成分的范围和分布提供了前所未有的机会。通常需要精确的质量测量来限制单个超级地球大小的行星的可能组成，但是对于大多数开普勒行星候选者来说，这些测量是困难和昂贵的。幸运的是，采用统计方法可以帮助我们在没有它们的情况下解决这个问题。特别是，我们采用分层贝叶斯模型的开普勒行星候选人，是完整的$P< 25$天和$R_{pl}>1.2$ R $_\oplus$的子样本，并借鉴内部结构模型，产生的半径在很大程度上独立于质量占周围的岩石核心的气体信封的热演化。假设信封是由氢和氦为主，我们目前的亚海王星大小的行星人口的组成分布，并发现，H+He信封是最有可能的$\sim 1\%$这些行星的总质量与内在的分散$\pm 0.5$ dex。我们解决的气体/岩石过渡，并说明我们的结果不会导致质量和半径之间的一对一的关系，为这个子海王星人口，因此，动力学研究，希望使用开普勒数据必须采用概率的方法，以准确地表示在给定的半径范围内的可能的质量。
2014-09-10 astro-ph.EP
The multiple planets transiting Kepler-9 I. Inferring stellar properties and planetary compositions
多个凌日行星系的发现为描述系外行星和了解其形成提供了新的可能性。开普勒-9系统包含两颗土星质量的行星，开普勒-9b和9 c。使用气体巨星的演化模型，重现已知凌日行星的大小，并考虑所有的不确定性来源，我们表明开普勒-9 b（分别为9 c）包含$45^{+17}_{-12}$ \，\mearth \（分别为9 c）。$31^{+13}_{-10}$ \，\mearth）和$35^{+10}_{-15}$ \，\mearth（分别$24^{+10}_{-12}$ \，\mearth）。当比较行星9 b和9 c时，得到了更精确的限制：重元素的总质量分数之比是$Z_{\rm b}/Z_{\rm c}=1.02\pm 0.14$，这表明，尽管行星的质量不同，但它们的整体组成非常相似，这是形成模型的一个意想不到的结果。使用超级地球的演化模型，我们发现开普勒-9d必须包含小于0.1%的氢和氦质量，并预测主要是岩石结构，总质量在4和16之间，\mearth。
2011-04-05 astro-ph.EP
A Rocky Composition for an Earth-sized Exoplanet
现在已知，大小介于地球（半径为R $_\oplus$）和海王星（半径约为4 R $_\oplus$）之间的行星在类太阳恒星周围很常见。大多数这样的行星都是通过凌日技术发现的，通过凌日技术，行星的大小可以从行星经过其恒星前时被行星阻挡的星光的比例来确定。测量这颗行星的质量以及它的密度（这是了解其组成的一个线索）则更为困难。大小为2-4 R $_\oplus$的行星已被证明具有广泛的密度范围，这意味着组成的多样性，但这些测量并没有延伸到像地球这样小的行星。在这里，我们报告了对地球大小的行星开普勒-78b质量的多普勒光谱测量，该行星每8.5小时绕其宿主恒星运行一次。假设半径为1.20 $\pm$ 0.09 R $_\oplus$，质量为1.69 $\pm$ 0.41 M $_\oplus$，行星的平均密度为5.3 $\pm$ 1.8 g cm $^{-3}$，与地球相似，表明它由岩石和铁组成。
2013-10-30 astro-ph.EP
Inward Migration of the TRAPPIST-1 Planets as Inferred From Their Water-Rich Compositions
多行星系统为探索系外行星的组成、形成历史和潜在的可居住性提供了理想的实验室。对于TRAPPIST-1行星，行星半径是从凌日很好地建立起来的（Gillon等人，2016年，Gillon等人，2017），合理的质量估计来自过境时间变化（Gillon等人，2017年，Wang等人，2017）和动态建模（Quarles等人，2017年）。TRAPPIST-1行星的低体积密度需要大量的挥发性物质。在这里，我们使用质量半径组成模型，TRAPPIST-1f和g可能含有大量的（$\geq50$重量\%）水/冰，b和c是显着干燥（$\leq15$重量\%）。我们提出这种梯度的水团分数意味着行星f和g形成的原始雪线外，而b和c形成的内部。我们发现，与我们太阳系中也在雪线内形成的行星相比，TRAPPIST-1b和c含有数百个海洋的水。我们证明了TRAPPIST-1系统中迁移的程度和时间尺度取决于行星形成的速度和原始雪线的相对位置。这项工作为理解我们太阳系的原行星盘与M矮星之间的差异提供了一个框架。我们的研究结果提供了关键的见解，不稳定的预算，行星形成的时间尺度，以及银河系中最常见的行星宿主的迁移历史。
2018-02-06 astro-ph.EP
Connecting Planetary Composition with Formation
对不同系外行星群的观测、对它们的宿主恒星的描述及其与行星系性质的联系、对原行星盘的详细研究以及对我们太阳系中大质量行星的内部和组成的实验研究的迅速进展，为行星形成理论中的下一个大问题提供了坚实的基础。行星的元素和化学成分与它们的形成有什么联系？要解决这个问题，就需要将行星形成理论的各个部分联系在一起，形成一个能够处理这些大型数据集的端到端的图景。在这篇评论中，我们讨论了这样一个图片的关键要素，以及它们如何影响形成行星的化学和元素组成。这里的重要问题包括初始状态的形成和发展的磁盘，化学和尘埃过程中，行星的迁移和行星陷阱的重要性，角动量运输过程涉及湍流和/或MHD磁盘风的性质，行星形成理论，和先进的磁盘天体化学治疗。所有这些问题都影响着由宿主恒星的X射线电离驱动的盘的化学性质，并受到其影响。我们将讨论这些过程如何导致一个连贯的端到端模型，以及如何解决基本问题。
2018-04-11 astro-ph.EP
The role of planetary formation and evolution in shaping the composition of exoplanetary atmospheres
在过去的20年里，太阳系外行星的探索揭示了行星系形成和演化的丰富多样性。然而，为了充分了解这些太阳系外行星是如何形成的，我们拥有的轨道和物理数据是不够的，还需要补充有关系外行星组成的信息。地基和天基观测提供了关于少数太阳系外行星大气成分的第一批数据，但在我们能够充分利用这些数据之前，还需要更大和更详细的样本。系外行星表征天文台（EChO）的主要目标是填补这一空白，通过对数百颗太阳系外行星进行系统调查，扩大我们所拥有的有限数据。然而，要充分利用欧洲化学家办事处和其他空间和地面设施将在不久的将来提供的数据，就需要了解将观测到的化学物质和分子的源和汇。幸运的是，对太阳系过去历史的研究提供了一些迹象，表明了迁移、晚期吸积和长期撞击等过程的影响，以及它们在行星系生命中发生的时间。在这项工作中，我们将审查已经知道的影响行星大气的组成的因素，重点是气态巨行星的情况下，而不是仍然需要调查。
2014-06-16 astro-ph.EP
What are little worlds made of? Stellar abundances and the building blocks of planets
如果太阳型恒星的光球层代表了行星形成的星周盘的组成，那么恒星元素丰度的光谱测定提供了这些行星的组成信息，包括较小的岩石行星。特别是，C/O比被认为是从盘状气体冷凝并被纳入行星的固体成分的关键决定因素。此外，行星可能会通过吸收重元素或被恒星吸积而在其宿主恒星的光球层上留下化学特征。行星的存在、不存在和组成可以通过恒星之间相对丰度的微小差异来揭示。我批判性地研究了这些方案，并表明：（i）银河系化学演化模型预测，C/O比预计将接近太阳的值，并在太阳附近的矮星之间变化不大;（ii）光谱调查的M矮星的限制与C/O $\gtrsim 1$到$<10^{-3}$的恒星的出现;（iii）星子的化学成分将由从分子云继承下来的富氧尘埃的成分控制，并在富尘环境中进行处理，而不是由具有恒星成分的气体控制。第二代更简化的微行星可以通过一些物质与尘埃贫化气体的再平衡来产生。最后，我将讨论如何微小的差异，恒星之间的相对丰度与冷凝温度可以解释的尘埃气体分离，也许在星周盘，而不是行星形成。
2015-02-24 astro-ph.EP
The cosmochemistry of planetary systems
本文综述了利用太阳系物质的化学和同位素组成约束类地行星形成路径，提出流动不稳定性和卵石吸积模型可解释观测特征，并影响行星宜居性。
2025-10-27 astro-ph.EP
Planet Gap-opening Feedback on Disk Thermal Structure and Composition
本研究通过迭代流体动力学与辐射传输模拟，探究行星开缝过程对原行星盘热结构和化学组成的影响，发现开缝行星显著改变盘内温度分布、冰线位置及C/O比，进而影响下一代行星的化学组成。
2023-10-20 astro-ph.EP
The chemical composition of planet building blocks as predicted by stellar population synthesis
未来的太空任务将大大提高我们对行星系的形成和历史的理解。目前，观测表明，行星伴星的存在与宿主恒星的金属丰度和化学丰度密切相关。我们的目标是建立一个综合的工具来预测行星积木组成的恒星星族的功能，为正在进行的和未来的大型调查的解释。我们综合了贝桑松星系模型（BGM）的恒星星族，其中包括恒星演化轨迹的恒星演化程序STAREVOL计算。我们整合到BGM一个简单的化学计量模型，以确定预期的组成的行星积木。我们确定预期的PBB组成FGK恒星周围，银河系内的四个星系的人口。我们的太阳邻域模拟结果与最近HARPS观测的结果在f_iron、f_w和重质量分数f_Z方面符合得很好。我们给出了f_iron和f_w明显依赖于主星初始α丰度[α/Fe]的证据。我们发现，不同星系群中不同的初始[α/Fe]分布导致了PBB组分的双峰分布，并导致了一个铁/水谷将高铁/水团质量分数和低铁/水团质量分数的PBB分开。我们在银河系的综合模型中将主恒星丰度和预期的多溴联苯成分联系起来。导出的趋势是对预期行星属性进行统计分析的重要一步。特别是，内部结构模型可以使用这些结果来推导岩石行星属性的统计趋势，约束可居住性，并准备解释正在进行和未来的大规模调查系外行星搜索。
2018-11-09 astro-ph.EP
Bulk composition of the transiting hot Neptune around GJ 436
围绕GJ 436运行的热海王星是中等质量行星的一个独特例子。它的近距离轨道表明这颗行星经历了迁移，对它的研究是理解行星形成和演化的基础。当它经过母星时，它是唯一已知质量和半径与海王星质量相当的太阳系外行星，比海王星稍大和更重（M=22.6 M_地球，R= 4.19 R_地球）。在这个区域，可能有几种大的组成：从一个类似地球的核心，有一个厚的氢包层，到一个富含水的行星，有一个薄的氢包层，组成一个类似海王星的结构。我们将行星结构建模与先进的行星形成模型相结合，以评估GJ 436 b不同可能的大块成分的可能性。我们发现，一个没有水的行星（“海洋行星”）以及一个气态巨行星的二分版本都被排除在外。由岩石核心和厚厚的氢/氦外壳组成，“干燥”的成分不仅产生太小的半径，而且在这样一颗低质量恒星周围形成行星形成的可能性也很小。我们的结论是，GJ 436 b的岩石含量可能比海王星高得多（质量超过45%），具有小的H-He包层（质量为10 - 20%）。这是内盘迁移过程中物质聚集的预期结果，创造了一个以热海王星为代表的人口。
2009-04-20 astro-ph.EP
The Radius, Composition, Albedo, and Absolute Magnitude of Planet Nine Based on Exoplanets with Teq less than 600 K and the Planet Nine Reference Population 3.0
本研究结合系外行星样本、行星形成模型与第九行星参考星族3.0，推断第九行星大概率为半径2.0-2.6倍地球半径的迷你海王星，给出其反照率、星等范围，并预测高分辨率望远镜可分辨其行星盘。
2025-07-30 astro-ph.EP
Convection and Mixing in Giant Planet Evolution
气体巨行星的原始内部结构是未知的。巨行星通常是在绝热、对流和均匀混合的假设下建模的，但这不一定正确。在这项工作中，我们提出了第一个自洽计算的对流传输的热量和物质的行星演变。我们研究了行星的演化如何取决于初始组成及其分布，内部结构是否随时间而变化，如果是这样，它如何影响演化。我们考虑不同的原始分布，不同的成分，不同的混合效率，并遵循重元素的分布在一个小行星质量的行星，因为它的演变。我们表明，一个重元素的核心不能被对流侵蚀，如果有一个尖锐的组成变化的核心信封边界。如果重元素最初是按照某种成分梯度分布在行星内部的，那么在外部区域会发生混合，从而形成成分均匀的外层包层。发现在对流气体包层中注入的重质材料的混合有效地混合。我们的工作表明，巨行星的原始内部结构在决定其长期演化方面起着重要作用，并且巨行星可以具有非绝热内部。这些结果强调了巨行星形成、演化和内部结构自洽耦合模型的重要性。
2015-02-12 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres I: Connecting Disk Astrochemistry to the Formation of Planetary Atmospheres
我们提出了一个模型的早期化学成分和元素丰度的行星大气的基础上累积的气态化学物质，吸积到行星形成的核心吸积从不断发展的原行星盘。宿主磁盘的天体化学是使用粘性演化磁盘模型内的电离驱动、非平衡化学网络来计算的。我们使用标准的核心吸积模型吸积气体巨行星，其轨道演化由行星陷阱控制，并跟踪吸积到原行星上的物质的化学成分。我们选择了一个基准盘模型，并在3个陷阱-水冰线，死区和热转换的行星演化。对于一个寿命为410万年的盘，我们在热转换和冰线陷阱中产生两个热中子（M = 1.43，2.67 M $_{\rm Jupiter}$，r = 0.15，0.11 AU），在死区中产生一个失败的核心（M = 0.003 M $_{\rm Jupiter}$，r =3.7 AU）。这些行星被发现与CO和H $_2$ O的混合比分别为$1.99\times 10^{-4}$，$5.0\times 10^{-4}$两个热彗星。此外，对于这些行星，我们发现CO $_2$和CH $_4$，混合比分别为$1.8\times 10^{-6}\rightarrow 9.8\times 10^{-10}$和$1.1\times 10^{-8}\rightarrow 2.3\times 10^{-10}$。这些范围与多位作者通过检测热致发光物的发射光谱推断出的混合比范围很好地对应。我们计算出冰线行星的碳氧比为0.227，热过渡…
2016-06-21 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
A Framework for Quantifying the Degeneracies of Exoplanet Interior Compositions
预计在未来几年内将发现几个过境的超级地球。虽然存在对凌日行星内部结构进行建模的工具，但关于其组成的推断充满了模糊性。我们提出了一个框架来量化我们可以从半径和质量测量中有力地推断出超级地球和海王星大小的系外行星内部。我们引入四元图来说明行星的内部组成可能有四层（铁核心，硅酸盐地幔，水层，和H/He信封）的范围。我们将我们的模型应用于CoRoT-7 b，GJ 436 b和HAT-P-11b。对H/He包层行星的解释受到内部温度模型不确定性的限制，而对于CoRoT-7 b，观测不确定性占主导地位。我们进一步发现，我们的行星内部模型锐化了对CoRoT-7 b质量和半径的观测约束，假设行星不包含大量的水或气体。我们表明，可以放置在一个超级地球的组成的限制的强度取决于行星的密度;对于类似的观测不确定性，高密度的超级水星允许最严格的组成约束。最后，我们描述了如何从贝叶斯统计技术可以被用来考虑在一个正式的方式相结合的贡献，理论和观测的不确定性，在一个行星的内部组成的模糊性。总的来说，只有质量和半径的测量不能推断出系外行星的确切内部组成，因为这个问题是高度不受约束的。然而，可以找到合理成分的详细定量范围。
2010-06-04 astro-ph.EP
Outgassing Composition of the Murchison Meteorite: Implications for Volatile Depletion of Planetesimals and Interior-atmosphere Connections for Terrestrial Exoplanets
本研究通过对默奇森陨石开展不同压力下的加热实验与元素分析，探明其主要元素释气趋势，为未分异星子挥发性耗竭及类地系外行星早期释气成分提供了新见解。
2023-10-03 astro-ph.EP
Accretion disk's magnetic field controlled the composition of the terrestrial planets
球粒陨石是构成类地行星的基石，其质量和原子比为氧、铁、镁和硅，总含量为$\geq$ 90\%，Mg/Si（$\sim$ 25\%）、Fe/Si（系数为$\geq$ 2）和Fe/O（系数为$\geq$ 3）可变。地球和类地行星（水星、金星和火星）分为三层：金属核、硅酸盐壳（地幔和地壳）和气体、冰的挥发性外壳，对地球来说，还有液态水。每一层具有不同的主导元素（例如，随着深度增加Fe含量和增加表面的氧含量）。仍然未知的是，星云盘吸积期间的物理过程与星云盘吸积后的物理过程（例如，冲击侵蚀）影响这些最终本体组成。在这里，我们预测类地行星的组成，并表明其核心的质量分数和未压缩的密度与他们的日心距离，并遵循一个简单的模型的磁场强度在原行星盘。我们的模型评估铁的分布在增加的氧化态，空气动力学，并减少磁场强度向外从太阳，导致减少核心大小的类地行星与径向距离。这种分布将提高我们太阳系的可居住性，并且同样适用于外行星系。
2020-09-09 astro-ph.EP
Retrieving planet formation parameters of WASP-77Ab using SimAb
基于大气观测数据，利用 SimAb 模拟研究 WASP-77Ab 的形成，发现其形成于星子吸积较少的星盘，且最可能经历在 CO 雪线内启动、水雪线外结束的无盘迁移。
2023-11-27 astro-ph.EP
The Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets
太阳系外的行星宿主恒星富含关键的行星形成元素。这些浓缩有可能彻底改变类地行星形成的基石。在这里，我们报告的动力学模型相结合的后期类地行星形成已知的太阳系外行星系与化学平衡模型的组成的磁盘内的固体物质。这使我们能够限制太阳系外类地行星的大量元素组成。由此产生的行星成分多种多样，从那些基本上是“类地球”的，含有金属铁和镁硅酸盐，到那些主要由石墨和SiC。这意味着在太阳系外的行星系中可能存在各种各样的类地行星。
2010-01-22 astro-ph.EP
Inferring the Composition of Disintegrating Planet Interiors from Dust Tails with Future James Webb Space Telescope Observations
解体的行星为研究小型、热的岩石系外行星内部的组成提供了独特的机会，因为内部正在蒸发，这些物质正在凝结成尘埃，尘埃被吹走，然后经过恒星。它们的凌日信号主要由尘埃流出物控制，形成一个彗星状的尾巴，尾随着母行星（或在K2- 22 b的情况下领先于母行星），使这些很好的候选者成为透射光谱。为了评估这种观测诊断尘埃成分的能力，我们模拟了行星尾部5-14 $μ$ m的透射光谱，假设光学薄的尘埃云包括一个单一的尘埃物种，具有恒定的柱密度，以产生一个选定的可见的过境深度。我们发现，硅酸盐共振功能近10 $μ$米可以产生过境深度，至少是那些在可见光一样大。对于K2- 22 b在开普勒波段的平均过境深度为0.55%，透射光谱中的特征可以大到1%，这是可以用JWST MIRI低分辨率摄谱仪在单次过境中检测到的。成分特征的可检测性在平均粒度为1 $μ$ m的情况下更容易，尽管特征在较小粒度的情况下更突出。我们发现，大多数功能仍然是可检测的过境深度为0.3%的可见光范围内。如果未来的任务（如TESS太空望远镜）发现更多正在解体的行星，JWST的后续观测可以探索行星组成的范围。
2018-08-21 astro-ph.EP
The effects of transport processes on the bulk composition of the first generation of planetesimals interior to the water iceline
本研究量化了动力学和碰撞输运对水冰线内星子成分的影响，发现非局域过程可导致氢硫富集达10原子百分比，促进成分均质化及更广泛的水蚀变。
2025-04-22 astro-ph.EP
Gas composition of main volatile elements in protoplanetary discs and its implication for planet formation
对气态系外行星的直接观测表明，与主恒星相比，它们的气体包层通常富含C/O比。这已经被解释为考虑到盘的气相可能是不均匀的，在这些行星形成的区域超过了恒星的C/O比;但很少有研究考虑到气体的漂移和行星的迁移。我们的目标是推导出行星中的气体成分，以评估是否有可能形成具有富集C/O比的巨行星。该研究的重点是不同过程对C/O比的影响，如盘的演变，气体的漂移和行星的迁移。我们使用我们以前的模型计算化学成分，以及Alibert等人（2013）的行星形成模型，我们添加了由主要挥发性物质H2和He组成的圆盘气相的组成和漂移。这项研究的重点是冰线存在的区域，并影响行星的C/O比。模拟显示，挥发性物质的凝结使得原行星盘的特定部分的C/O富集，高达太阳值的4倍。这导致了行星的形成，这些行星的包层中的碳氧比可以达到太阳值的3倍。行星的迁移、气相的演化和盘的辐照使得盘的初始C/O比随着盘的外部部分的减少和内部部分的增加而演化。行星的总C/O比受积冰的影响，这表明在行星大气中测得的高C/O比表明行星的核心与其外壳之间缺乏物质交换或观测偏差，并表明观测到的C/O比并不能代表行星的总C/O比。
2015-01-06 astro-ph.EP
