Modelling Non-Condensing Compositional Convection for Applications to Super-Earth and Sub-Neptune Atmospheres
University of Oxford（牛津大学）
本研究针对超级地球与亚海王星大气场景，通过CM1三维对流解析模拟探究非凝结成分对流规律，开发了可嵌入GCM的干对流调整方案，提升系外行星大气成分对流建模精度。
2023-10-12 astro-ph.EP
On the origin and composition of Theia: Constraints from new models of the Giant Impact
知道忒伊亚的同位素组成，这颗原行星在形成月球的巨大撞击中与地球相撞，可以提供关于类地行星形成后期太阳系内部均匀化状态的有趣见解。我们使用已知的同位素和模拟的地球和月球的块状硅酸盐地幔的化学成分，并将它们与不同的巨型撞击模型相结合，计算在每个模型中的O，Si，Ti，Cr，Zr和W的忒伊亚同位素组成的可能范围。我们将这些范围与碳质陨石、火星和其他太阳系物质的同位素组成进行了比较。在没有撞击后同位素重新平衡的情况下，最近提出的巨型撞击的高角动量模型（“撞击-裂变”，Cuk和Stewart，2012年;“合并”，Canup，2012年）允许-以狭窄的边缘-类似于CI-陨石和火星的忒伊亚。“肇事逃逸”模型（Jumfer等人，2012年）允许忒伊亚类似于顽火辉石和其他类似地球的物质。如果地球和月球从原地球和忒伊亚的体地幔中继承了不同的地幔FeO含量，那么高角动量模型不能解释观测到的差异。然而，无论是撞击逃逸模型还是经典的或“规范的”巨撞击模型，都自然地将这种差异解释为两个具有不同FeO的地幔的简单混合物的结果。因此，调和地球和月球的同位素相似性和FeO不同性的最简单方法是拥有类似地球的同位素组成和更高（~20%）的地幔FeO含量的忒伊亚。
2014-10-15 astro-ph.EP
Water/Icy Super-Earths: Giant Impacts and Maximum Water Content
富含水的超级地球系外行星预计将很常见。我们探讨了后期巨大的影响，最终散装丰富的水在这样的行星。我们提出的结果从光滑粒子流体动力学模拟的差异水（冰）岩石行星之间的影响，质量在0.5和5 M_地球和弹丸目标质量比从1：1到1：4。我们发现，类似组成的天体之间的巨大撞击永远不会降低目标行星的体积密度。如果雪线以外形成的天体的最大含水量为75wt%的假设是正确的，那么类似组成的天体之间的巨大撞击就不能作为增加含水量的机制。目标行星要么以相同的比例吸积物质，保持水的比例不变，要么从水地幔中失去物质，减少水的比例。水岩行星的灾难性破坏的标准与以前对陆地组成的超级地球的工作中发现的标准相似。对任何成分（水-岩石或岩石-铁）的差异化物体的巨大撞击的整体成分变化也用同样的方程来描述。这些一般定律可以被纳入未来的行星形成的N体计算中，以跟踪巨型撞击造成的成分变化。
2010-07-19 astro-ph.EP
Comparisons of the core and mantle compositions of earth analogs from different terrestrial planet formation scenarios
地核和地幔的化学成分提供了对导致其形成的过程的深入了解。另一方面，N体模拟通常不包含化学信息，并且只试图再现类地行星的质量和轨道。这些模拟可以分为四个潜在的可行的方案太阳系形成（经典，环，大钉，早期不稳定），我们共编译433 N体模拟。我们使用熔融标度定律结合地核形成的多阶段模型，将这些模拟的输出与地核和地幔的化学成分联系起来。我们发现地球类似物的组成在很大程度上取决于平衡胚胎核心的分数和N体模拟中的初始胚胎质量。在考虑岩浆海洋的生命周期时，模拟类型可能很重要，其中Grand Tack模拟在最后一次巨大撞击后有最大数量的物质增生。然而，由于地球地幔成分对不同参数的敏感性和N体模拟的随机性，我们不能排除任何吸积情景或初始胚胎质量。将地球类似物经历的最后一次胚胎撞击与特定的月球形成情景进行比较，我们发现月球形成撞击的特征取决于N体模拟中的初始条件，其中较大的初始胚胎质量促进较大和较慢的月球形成撞击物。火星大小的初始胚胎最符合典型的打了就跑的场景到一个固体地幔。我们的研究结果表明，约束平衡的冲击器核心和N体模拟的初始胚胎质量的分数可能是重要的了解地球的吸积历史和月球形成的影响的特点。
2023-02-21 astro-ph.EP
The Mass-Radius Relation for 65 Exoplanets Smaller than 4 Earth Radii
我们研究了65颗轨道周期小于100天的小于4个地球半径的系外行星的质量和半径。我们计算的加权平均密度的行星箱的0.5地球半径，并确定在1.4地球半径的密度最大值为7.6克/立方厘米。半径达到R = 1.5地球半径的行星密度随着半径的增加而增加。在1.5个地球半径以上，行星密度随着半径的增加而迅速下降，这表明这些行星有很大一部分体积的挥发物覆盖在岩石核心上。包括太阳系的类地行星和半径小于1.5的系外行星，当R < 1.5时，我们发现ρ= 2.43 + 3.39（R/R_E）g cm^-3，这与岩石成分一致。对于半径在1.5到4倍地球半径之间的系外行星，我们发现M/M_E = 2.69（R/R_E）^0.93。在1.5和4个地球半径之间拟合的行星质量的RMS为4.3 M_E，约化χ^2 = 6.2。大的分散表明在给定半径的行星组成的多样性。成分的多样性可能是由于行星的体积（由它们的大氢/氦包层决定）包含不同质量或成分的岩石核心。
2014-02-15 astro-ph.EP
Atmospheric compositions and observability of nitrogen dominated ultra-short period super-Earths
我们探讨了氮占主导地位的超短周期超级地球大气的化学和可观测性。我们的假设是，超级地球可能有充满氮气的大气层，对55 Cnc e的观测有利于高平均分子量大气层的情况。我们以土卫六的元素预算为出发点，并使用化学动力学计算出一个热超级地球的大范围可能成分。我们使用分析的温度分布和探索的参数空间跨越数量级的C/O \& N/O比，同时始终保持氮的主导成分。我们产生合成的透射和发射光谱，并评估其潜在的可观测性与未来的詹姆斯韦伯太空望远镜和ARIEL。我们的研究结果表明，HCN是一个强有力的指标，高的C/O比，这是类似的发现H为主的大气。我们发现这些世界很可能具有C/O > 1.0，HCN，CN，CO应该是热发射中寻找的主要分子。在较低温度下（T < 1500 K），高N/O比的NH_3和低N/O比的C_2H_4、CH_4是强吸收剂。在这种气氛中氢的耗尽将使CN、CO和NO在0.6 - 5.0 $μ$ m范围内特别突出的分子。我们的模型表明，即将到来的JWST和ARIEL任务将能够以前所未有的信心区分超短周期超级地球的大气成分。
2020-03-12 astro-ph.EP
Composition of Near-Earth Asteroid (4179) Toutatis
近地小行星（4179）Toutatis的表面成分与未分化的L-球粒陨石成分一致。这与早期的观察结果不一致，早期的观察结果表明辉石铁含量很高，并且是一个分化的身体。
2012-10-10 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Compositions of Hot Super-Earth Atmospheres: exploring Kepler Candidates
本文概述了一种简单的方法来评估热岩石行星的大气成分，假设不同类型的行星组成，并使用相应的模型计算。为了探索1000 K以上的热大气，我们对硅酸盐岩浆的蒸发进行了建模，并根据开普勒2011年2月发布的数据，根据行星的半径和半长轴估计了大气成分的范围。我们的研究结果显示了5种热的岩石超级地球大气层的大气类型，强烈依赖于初始成分和行星到恒星的距离。我们提供了一组简单的参数，可用于评估开普勒任务和其他搜索提供的当前和未来候选人的大气成分。
2011-10-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
The atmospheric circulation of the super Earth GJ 1214b: Dependence on composition and metallicity
我们提出了三维大气环流模式的GJ 1214 b，2.7地球半径，6.5地球质量的超级地球的MEarth调查发现。在这里，我们探索行星的循环作为大气金属含量和大气成分的函数，模拟具有低平均分子量（即，H2为主）和高平均分子量（即水和CO2为主）。我们发现，具有低平均分子量的大气层在红外光球层以上的压力下具有强烈的昼夜温度变化，导致赤道超旋转。对于这些大气，随着金属丰度的增加，大气不透明度的增强导致大气加热变浅，昼夜温度变化更大，因此超旋转更强。相比之下，具有高平均分子量的大气比低平均分子量的大气具有更大的昼夜和赤道到极点的温度变化，但是不透明度结构和能量收支的差异导致射流结构的差异。以水为主的大气环流主要由赤道超旋转控制，而以CO2为主的大气环流则主要由高纬度急流控制。通过比较出射通量谱和光变曲线为50倍的太阳和水为主的成分，我们表明，观测排放可以打破简并在确定大气成分的GJ 1214 b。在以水为主的大气中，不透明度随波长的变化导致水带内的相位变化较大，水带外的相位变化较小。然而，50倍的太阳大气在水波段内产生小的变化，在其他特征波长处产生大的相位变化。与凌日观测相比，这些观测对云、凝结物和霾的敏感度要低得多。
2014-03-04 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
Clouds in Super-Earth Atmospheres: Chemical Equilibrium Calculations
最近的研究已经明确证明了云在超级地球大气中的存在（Kreidberg et al. 2014）。在这里，我们提供了一个理论背景下形成的超级地球云，确定冷凝物可能形成的假设下的化学平衡。我们研究了不同体积成分的超级地球大气，这些大气被认为是由固体核心的南极物质放气形成的，遵循Schaefer和Fegley（2010）。我们所研究的超级地球大气层来自于由个别类型的南极陨石组成的行星核心。它们的范围从高度还原到氧化，并且具有太阳下和太阳上的碳氧比（C：O），从而跨越了适合低质量系外行星的大气成分范围。考虑到这些大气的原子组成，我们最小化了超过550种气体和冷凝物的全球吉布斯自由能，以获得350- 3000 K温度范围内大气的分子组成。在我们的计算中，云应该沿着出现凝聚物质的温度-压力边界形成。我们发现，凝结云的组成强烈地依赖于H：O和C：O的比例。对于超级地球原型GJ 1214 b，KCl和ZnS是太阳组成的主要云形成冷凝物，与先前的工作一致（Morley et al. 2013; Miller-Ricci Kempton et al. 2012）。然而，对于氧化性大气，K2 SO 4和ZnO冷凝物是有利的，而对于具有超太阳C：O比率的富碳大气，石墨云出现。对于更热的行星，云是由各种各样的岩石和金属物质形成的。
2016-06-30 astro-ph.EP
Chemical Fractionation in the Silicate Vapor Atmosphere of the Earth
尽管月球起源问题的重要性，月球的化学成分并不确切。然而，近年来，月球样品的同位素组成已被确定为高精度，并发现与地球地幔无法区分，尽管在太阳系广泛的同位素异质性。在巨型撞击假说的背景下，如果原月球盘和撞击后的地球经历湍流混合成为一个单一的均匀的水库，而系统是广泛熔化和部分蒸发，这种同位素均匀性的水平可以演变。在不存在液-气分离的情况下，这样的模型导致月球继承了陆地岩浆海洋的化学成分。因此，湍流混合模型提出了硅酸盐地球和月球之间化学差异的问题。在这里，我们将探讨与月球成分相关的一种环境中液体-蒸汽分离的后果：大撞击后地球的硅酸盐蒸汽大气。我们使用模型大气来量化降雨通过富集蒸气中的高层大气而产生化学差异的程度，并表明合理的参数可以产生硅酸盐月球相对于地球的FeO/MgO比的假设增强地幔。此外，我们表明，液-气分离也产生可测量的质量依赖的同位素偏移之间的硅酸盐地球和月球和精确的硅同位素测量可以用来限制在月球历史的最早时期的化学分馏的程度。这种方法有可能解决关于月球化学成分的长期问题。
2010-12-24 astro-ph.EP
The effect of collisional erosion on the composition of Earth-analog planets in Grand Tack models: Implications for the formation of the Earth
撞击引起的地球早期地壳的侵蚀在地球的天体增生过程中可以显着改变散装硅酸盐地球的原始化学成分（BSE，即地壳的成分添加到现在的地幔）。特别是，它可以特别有效地改变元素的丰度具有很强的亲和力硅酸盐熔体（即不相容元素），因为早期分化地壳优先富集在这些。在这里，我们进一步开发了一个侵蚀模型（EROD）来量化碰撞侵蚀对BSE最终组成的影响。结果进行比较，目前的BSE组成模型和地球的吸积过程的限制。BSE的化学成分的演变造成的地壳剥离计算约50个地球类似物的背景下的大钉模型的整个吸积历史。所选化学元素的不相容程度范围很广。我们发现，最不相容的亲石元素，如Rb，Th或U在BSE的最大损失40wt%，可以预期当地壳形成从低部分熔融速率。因此，取决于在增生过程中的地壳形成过程的确切性质和增生历史本身，难熔亲岩元素（RLE）可能不会在BSE中的南极相对比例。在这种情况下，可能需要根据这些元素的地球化学不相容性对目前的疯牛病估计进行校正。或者，如果RLE确实在BSE中处于相对比例，则应质疑在影响BSE化学成分方面有效的吸积情景。
2022-10-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
Potassium Isotopic Compositions of Enstatite Meteorites
顽火辉石、顽火辉石和顽火辉石是在许多同位素系统中与地球最相似的陨石，它们经历了与质量无关和与质量相关的同位素分馏。由于过去获得高精度K同位素组成的分析挑战，顽火辉石陨石和地球之间K同位素组成的电势差仍然不确定。本文首次报道了8颗顽火辉石陨石和4颗顽火辉石陨石的高精度K同位素组成，发现顽火辉石陨石的K同位素组成有显著的变化（从-2.34 permil到-0.18 permil）。然而，几乎所有顽火辉石陨石的K同位素组成分散在块状硅酸盐地球（BSE）值附近。八颗顽火辉石陨石的平均K同位素组成（-0.47 +/-0.57 permil）与BSE值（-0.48 +/-0.03 permil）无法区分，因此进一步证实了地球的建筑块和顽火辉石陨石前体之间的同位素相似性。结果表明，顽火辉石陨石的钾同位素组成与化学成分、岩石类型、震变程度和陆地风化条件无关，但其钾同位素组成的变化与其母体的加工过程有关。我们的主族Aubrite MIL 13004的样品是例外的，具有极轻的K同位素组成（Δ 41 K = -2.34 +/- 0.12 permil）。我们将这种独特的K同位素特征归因于我们的样品中存在丰富的二水硬铝石包裹体，因为这种含K硫化物矿物预计在与硅酸盐的平衡交换过程中富集39 K。
2020-03-12 astro-ph.EP
Composition and Space Weathering Characteristics of Tianwen-2 Mission's First Target Near-Earth Asteroid (469219) Kamo`oalewa
National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家空间科学中心）；University of Chinese Academy of Science（中国科学院大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；Xinjiang Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院新疆天文台）；Shandong University（山东大学）
天问-2任务研究近地小行星卡莫奥阿莱瓦的矿物组成与空间风化特性，发现其橄榄石含量较高且空间风化程度较浅，为未来探索提供重要参考。
2026-01-29 astro-ph.EP
Constraints on Super-Earths Interiors from Stellar Abundances
对系外行星内部进行建模对于比平均密度测量提供的结论更进一步至关重要。除了行星基本参数的精确度仍然有限之外，模型还受到其成分简并性的限制。在这里，我们提出了一个内部结构的模型，致力于研究固体行星高达~10个地球质量，即超级地球。当测量可用时，假设行星的整体Fe/Si比与其宿主恒星的相似，使我们能够显着降低现有的简并度，并更精确地限制行星的组成。基于我们的模型，我们提供了一个更新的质量半径的关系，用于提供一个行星的组成，从密度测量的第一次估计。我们的模型也适用于两个著名的系外行星，CoRoT-7 b和开普勒-10b的情况下，使用他们最近更新的参数。CoRoT-7 b和Kepler-10 b的核心质量分数分别在10-37%和10-33%的范围内，这使得两颗行星都与类似地球的成分相容。我们还扩展了最近对Proxima Centauri b的研究，并表明在5个地球质量的行星的情况下，它的半径可能达到1.94个地球半径，因为Proxima Centauri b的实际质量低于这个值的概率为96.7%。
2017-10-26 astro-ph.EP
A Collisional Origin to Earth's Non-chondritic Composition?
有几条证据表明，块状地球的成分不是南极洲的。如果地球是由铁磁性物质的吸积形成的，那么它的非铁磁性成分，特别是超铁磁性的142 Nd/144 Nd和低的Mg/Fe比值，可能是由在其形成过程中分化的星子的碰撞侵蚀所解释的。在这项工作中，我们使用一个N体代码，其中包括一个国家的最先进的碰撞模型，按照原行星的形成，类似于原地球，从分化的星子（> 100公里）隔离质量（> 0.16 M_地球）。分化天体之间的碰撞有可能改变吸积原行星的核幔比。我们表明，足够的地幔物质可以剥离碰撞机构在失控和寡头增长，使最终的原行星可能有镁/铁和硅/铁比类似的散装地球，但只有当地球是一个极端的情况下，核心被假定为含有10%的硅质量。这可能表明，在巨大的影响阶段，如果地球形成的南极物质碰撞分化的重要作用。
2014-10-13 astro-ph.EP physics.geo-ph
Stochastic accretion of the Earth
相对于南极陨石，地球的挥发性元素已经耗尽，这是它可能的组成部分。这种贫化的程度随着冷凝温度的降低而增加，并且近似于累积正态分布，这与任何球粒陨石不同。然而，位于分布范围中部的中度挥发性元素具有球粒陨石同位素比，这与部分蒸发/冷凝损失的预期相反。在这里，我们调和这些观察表明，使用N-体模拟，地球吸积随机从许多前体机构，其可变的组成反映了它们形成时的温度。撞击引起的大气损失只有在原地球很小的时候才有效，此后吸积的元素保留了近南极的同位素比例。地球的组成是复制时，初始温度的星子胚胎大小的机构是由磁盘吸积率（1.08 $\pm$ 0.17）$\times$ 10 $^{-7}$太阳质量/年，虽然他们可能会受到扰动的$^{26}$铝加热机构形成于不同的时间。该模型意味着日心梯度的成分和快速的星子形成$\sim$ 1百万年内，符合放射性挥发物耗尽地球的年龄。
2022-07-17 astro-ph.EP
Limitation of atmospheric composition by combustion-explosion in exoplanetary atmospheres
这项工作提出了理论研究，结合燃烧和爆炸理论与系外行星大气科学方面。超级地球可能拥有大量的分子氢，这取决于磁盘，行星和恒星的性质。围绕主序前M矮星运行的超级地球被认为拥有大量的O2，这些O2是通过水的光解和随后的氢逃逸而非生物产生的。如果这两种成分同时存在，那么大量的H2和O2可以通过光化学反应形成多达10个地球海洋。在光化学去除缓慢的情况下，O2确实可以非生物地积累，大气可能达到燃烧爆炸极限。然后，H2和O2非常迅速地反应，与适量的过氧化氢一起形成水。这些过程为超级地球大气中的H2 O2大气成分设置了限制。我们的初步研究的气相氧化途径与地球日照和约十分之一的H2的温和条件下表明，H2被氧化成H2O主要通过HOx和混合HOx NOx催化循环。关于其他大气物种对，我们发现，CO，O2的混合物可以达到爆炸燃烧水平的小型气体行星上的中等范围的C到O的比例在平衡化学制度的p超过约1bar。关于CH 4，O2混合物，少数模拟的岩石行星假设像地球一样的大气层绕着较冷的恒星运行，可能具有爆炸燃烧水平或接近爆炸燃烧水平的成分，尽管需要更多的工作来调查这个问题。
2018-02-08 astro-ph.EP
Scaling the Earth: A Sensitivity Analysis of Terrestrial Exoplanetary Interior Models
系外行星的结构和组成是行星可居住性的第一级控制因素。我们探讨了大体积类地行星的组成和内部结构的哪些方面影响了系外行星的主要观测值：它的质量和半径。我们将这些扰动应用于地球，我们最了解的星球。使用矿物物理工具包BurnMan自洽计算质量半径模型，我们发现，核心半径，存在轻元素的核心和上地幔组成的低压硅酸盐在给定的半径，其中没有一个包括在当前的质量半径模型的最终计算质量的影响最大。我们扩展了这些结果，提供了一个自洽的网格组成以及结构约束的地球质量半径模型，用于量化系外行星是“类地行星”的可能性。“我们进一步将这个网格应用于开普勒-36 b，发现它只有20%的可能性与地球的Si/Fe = 0.9类似，而地球的Si/Fe = 1，太阳的Si/Fe = 1.19。
2016-01-07 astro-ph.EP
Homogeneous accretion of the Earth in the inner Solar System
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
研究通过分析多种同位素异常，证明地球仅由太阳系内均匀物质形成，且其成分在吸积过程中未变化，与任何陨石不同。
2026-04-13 astro-ph.EP
The silicate model and carbon rich model of CoRoT-7b, Kepler-9d and Kepler-10b
采用硅酸盐和非标准碳模型研究了超地球系外行星CoRoT-7 b、Kepler-9d和Kepler-10 b的可能体相组成。利用合适的材料状态方程推导出了它们的内部结构。由于这三颗行星都非常接近它们的主星，因此它们的成分的简并问题可以部分克服。通过对数值结果的分析，我们得出以下结论：1）在1个$σ$质量半径误差条内，CoRoT-7 b的铁核不超过其总质量的27%，因此类地成分的可能性较小，但其富碳模型与类地核/地幔质量分数是相容的; 2）Kepler-10 b更有可能是类汞组成，其年龄较大意味着其高铁含量可能是强烈的太阳风或巨大撞击的结果; 3）还讨论了凌日型超地球Kepler-9 d。结合其可能的组成与形成理论，我们可以对它的质量和整体组成进行一些限制。
2012-05-31 astro-ph.EP
Origin of the Moon's Earth-like isotopic composition from giant impact on a differential rotating proto-Earth
本文提出差异旋转原地球模型，说明小于火星大小天体的大撞击可形成主要由原地球物质构成且角动量符合约束的环地碎片盘，从而解释月球与地球同位素组成的相似性。
2025-05-14 astro-ph.EP astro-ph.HE
Collisional Stripping and Disruption of Super-Earths
行星形成的最后阶段主要是行星胚胎之间的碰撞。这一阶段的动力学决定了系统中行星的轨道结构、质量和组成。在太阳系中，水星、地球、火星和冥王星都曾被认为是巨型撞击的晚期。就水星而言，这次巨大的撞击可能显著改变了行星的整体组成。在这里，我们提出的平滑粒子流体动力学模拟结果的高速（高达~5 v_esc）碰撞1和10 M_地球行星的初始地球组成的调查的结束阶段的形成太阳系外超级地球。正如以前对较小物体之间碰撞的模拟所发现的那样，当碰撞能量超过简单合并时，巨大的碰撞分为两种状态：（1）破裂和（2）打了就跑（掠擦非弹性碰撞和抛射体逃逸）。当碰撞参量接近零时，当射弹质量与目标相比很小时，或以极高的速度时，就会发生破坏。在中断制度，我们推导出灾难性的中断（当一半的总碰撞质量丢失），吸积和侵蚀之间的过渡能，并在散装组合物（铁硅酸盐比）的变化的标度律碰撞剥离地幔的标准。
2009-07-02 astro-ph.EP
Earth and Mars -- distinct inner Solar System products
类地行星的组成记录了行星吸积、核幔和壳幔分异以及表面过程。在这里，我们比较了地球和火星的成分模型，以揭示它们的特征和形成过程。地球和火星同样富含难熔元素（1.9 $\times$ CI），尽管地球比火星更易挥发，氧化程度更低。它们的化学成分是由星云分馏确定的，中度挥发性元素的后增生损失贡献可以忽略不计。行星挥发性元素耗尽的程度可能与吸积物质中球粒的丰度、行星的大小及其吸积时间尺度有关，这为水星、金星、形成月球的巨大撞击物和原地球的组成和起源提供了见解。在星云盘的形成前后，地球可能比火星和南极小行星吸积了更多的球粒和更少的矩阵状物质，从而建立了其显著的挥发性耗尽。一个氧化的，分化的火星样的巨大影响（即，在月球上形成的碎片环（主要是由原地球的地幔组成），是一个挥发性物质耗尽、还原的原地球。类火星撞击物加入的硅酸盐地球中的亲铜和亲铁元素被硫化物熔体萃取到地核中。相比之下，火星的组成表明它在几乎均匀的氧化条件下快速吸积少量的球粒。火星的快速冷却和早期发电机的损失可能导致了板块构造和地表水的缺乏，以及现在的低表面热通量。地球和火星之间的这些相似之处和不同之处使得前者适合居住，而另一个则不适合居住。
2021-02-02 astro-ph.EP physics.geo-ph
Chromium isotopic homogeneity between the Moon, the Earth, and enstatite chondrites
在陨石中表现出非质量依赖性同位素变化的元素中，铬（Cr）一直是争论地球和月球之间同位素同质性的核心。然而，月球的54 Cr同位素组成仅依赖于两个样本，其定义的平均值与地球标准略有不同。在这里，通过确定17个月球，9个陆地和5个顽火辉石球粒陨石样品的铬同位素组成，我们重新评估这些不同的行星体之间的同位素相似性，并提供了第一个可靠的估计月球。平均而言，陆地和顽火辉石样品显示相似的eps_54Cr。另一方面，月球样品显示与地球和顽火辉石样品相比，53 Cr和54 Cr的变量过量，具有相关的eps_53 Cr和eps_54 Cr（53 Cr/52 Cr和54 Cr/52 Cr比值标准化为Cr标准的50 Cr/52 Cr比值的每10，000偏差）。与以前的建议不同，我们首次表明，宇宙辐照可以显着影响月球物质的铬同位素组成。此外，我们还建议，而不是溅射反应，中子俘获效应是控制月球火成岩的铬同位素组成的主导过程。eps_53Cr和eps_54Cr以及150 Sm/152 Sm比值之间的相关性支持了这一点。经过这些影响的校正，平均eps_54Cr的月球是无法区分的陆地和顽火辉石球粒陨石材料，加强了地球-月球-顽火辉石球粒陨石系统的均匀性的想法。这与月球形成的最新设想相一致，表明在对快速旋转的地球进行高能撞击后，月球形成了有效的物理均质化，并且/或者与撞击物起源于与地球和顽火辉石相同的原行星盘内的同…
2017-12-07 astro-ph.EP
Exploring the Atmosphere of Neoproterozoic Earth: The Effect of O$_{2}$ on Haze Formation and Composition
早期地球大气中霾形成的研究主要集中在N $_{2}$ /CO $_{2}$ /CH $_{4}$大气中。在这里，我们通过实验研究了O $_{2}$对气溶胶形成和组成的影响，以提高我们对新元古代地球上雾霾形成的了解。我们获得了由NPDMATHABMM/COPDMATHABMM/$_{4}$ /OPDMATHABMM气体混合物产生的气溶胶颗粒的原位尺寸、颗粒密度和组成测量，所述混合物经受FUV辐射（115-400 nm），用于一系列初始COPDMATHABMM/$_{4}$ /$_{2}$混合比（$_{2}$范围从2 ppm至0.2%）。在最低的O $_{2}$浓度（2 ppm）下，除了一种气体混合物之外，添加增加了所有气体混合物的颗粒产生。在较高的氧浓度（20 ppm和更高）下，仍然产生颗粒，但是O $_{2}$的添加降低了产生速率。随着O $_{2}$的增加，颗粒尺寸和数密度均减小，表明O $_{2}$影响颗粒成核和生长。颗粒密度随着O $_{2}$的增加而增加。CO $_{2}$和O $_{2}$的加入不仅增加了气溶胶中的氧气量，而且还增加了氮的掺入程度。特别地，O $_{2}$的加入导致含硝酸根的分子的形成。含氧分子的存在增加固氮效率的事实暗示了霾作为生命起源和进化所需的分子来源的作用。组成的变化也可能影响这些粒子的吸收和散射行为，但需要测量光学特性，以充分了解对行星辐射能量平…
2018-04-08 astro-ph.EP
A Study of the Accuracy of Mass-Radius Relationships for Silicate-Rich and Ice-Rich Planets up to 100 Earth Masses
一个质量半径的关系，提出了固体行星和固体核心范围从1到100个地球质量的行星。它依赖于这样的假设，即固体球体由铁和硅酸盐组成，周围加入了可变量的水。M-R定律的建立是假设行星的组成与硅酸盐和铁的平均组成相似，而硅酸盐和铁的平均组成是从94颗拥有系外行星的恒星的主要元素比率中获得的。除了地球上有大量的数据可供使用之外，硅酸盐地幔和金属核的组成无法被限制。同样，对热分布也知之甚少。在这项工作中，对半径估计的组成参数和热分布的影响进行了量化。它将被证明，有关的成分和温度的不确定性是第二阶的水量的影响相比。超级地球家族包括四类行星：富铁、富硅酸盐、富水或有厚厚的大气层。对于一个给定的质量，行星半径从富铁行星到富大气行星显著增加。即使可能有一些重叠，M-R测量也足够精确，可以确定发现了一颗类地行星。这种估计取决于几个假设，包括i）内部结构模型的准确性和ii）质量和半径测量的准确性。它表明，如果质量和半径是完全已知的，水的量的标准偏差约为4.5%。该值随半径不确定性迅速增加，但并不强烈依赖于质量不确定性。
2009-02-10 astro-ph.EP
Perspectives on atmospheric evolution from noble gas and nitrogen isotopes on Earth, Mars & Venus
大气层的组成整合了整个行星体的地质历史。然而，类地行星大气层的长期演化并没有很好的记录。对于地球来说，直到最近，在遥远的过去，只有很少的直接记录大气的成分，而洞察力主要来自地球化学或物理代理和/或大气模型。在这里，我们审查新的陆地样品，导致关键的地球化学示踪剂，即惰性气体和氮的元素和同位素组成的测定的创新方法。这种方法使人们能够通过地质时期来研究大气的演变，并对过去的大气压力和太古代海洋的盐度设定严格的限制。对于火星，我们回顾了目前的知识状态，从分析火星陨石，并从直接测量的组成，目前的大气层的漫游车和航天器。基于这些测量，我们探索火星和地球大气演变的不同模式。对于金星，我们知之甚少，这证明了对专门任务的迫切需要。
2020-03-25 astro-ph.EP
HD 213885b: A transiting 1-day-period super-Earth with an Earth-like composition around a bright ($V=7.9$) star unveiled by TESS
我们报告发现了1.008天，超短周期（USP）的超地球HD 213885 b（TOI-141 b）围绕明亮的（$V=7.9$）恒星HD 213885（TOI-141，TIC 403224672）运行，使用最近发射的TESS任务的测光检测。使用FEROS，HARPS和CORALIE径向速度，我们测量了这颗$1.74 \pm 0.05$ $R_\oplus$系外行星的$8.8\pm0.6$ $M_\oplus$的精确质量，这提供了足够的信息来限制其整体成分，这与地球相似，但富含铁。根据我们的数据，HD 213885 b的半径、质量和恒星辐射与55 Cancri e非常相似，这使得这颗系外行星成为一个很好的目标，可以对短周期、高辐射的超级地球进行比较。我们精确的径向速度揭示了额外的$4.78$日信号，我们将其解释为来自系统中第二颗非凌日行星HD 213885 c（TOI-141 c），其最小质量为$19.95\pm 1.4$ $M_\oplus$，这使其与海王星质量的系外行星一致。HD 213885系统从未来大气特征的角度来看是非常有趣的，它是第二亮的恒星，拥有超短周期的凌日超级地球（最亮的恒星是巨蟹座55）。展望表征与现在和未来的观测站进行了讨论。
2019-11-04 astro-ph.EP
An Earth-sized exoplanet with a Mercury-like composition
地球、金星、火星和一些太阳系外的类地行星的质量和半径与大约30%的金属核和70%的硅酸盐地幔的质量分数一致。在太阳系的内部边界，水星的组成完全不同，其质量分数约为70%的金属核心和30%的硅酸盐地幔。提出了几种形成或演化方案来解释这种富含金属的组合物，如巨大的影响，地幔蒸发，或在原行星盘的内边缘的硅酸盐耗尽。这些设想仍在激烈辩论中。在这里，我们报告了一个多凌行星系（K2-229）的发现，其中内行星的半径为1.165+/-0.066地球，质量为2.59+/-0.43地球。因此，这颗地球大小的行星具有与水星相容的核心质量分数，而根据主恒星化学，它被认为与地球相似。这个较大的水星类似物要么是以非常特殊的成分形成的，要么是从那以后演化而来的，例如失去了部分地幔。对像K2-229 b这样的类水星系外行星的进一步表征将有助于将水星的详细原位观测（与信使号和BepiColombo一起）纳入太阳和太阳系外类地行星形成和演化的全球背景。
2018-05-22 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
Testing the chondrule-rich accretion model for planetary embryos using calcium isotopes
了解形成地球的原材料的组成是了解类地行星形成及其整体组成的关键一步。钙是类地行星中第五丰富的元素，因此是追踪行星组成的关键元素。然而，为了使用Ca同位素作为地球吸积历史的示踪剂，首先需要了解Ca在行星形成的最早阶段的同位素行为。球粒陨石是太阳系中最古老的物质之一，对其同位素组成的研究有助于了解太阳系是如何以及在何种条件下形成的。在这里，我们提出了钙同位素数据的一套散装陨石以及Allenium（CV）球粒。我们发现，与块状硅酸盐地球（$δ^{44/40}Ca$ =+1.05 $\pm$ 0.04 permill，Huang等人，2010年）或火星，而顽火辉石是从地球上的钙同位素组成（$δ^{44/40}Ca$ = +0.91至+1.06 permill）无法区分。与陨石的主体和基质相比，来自Allenburg的球粒富含较重的Ca同位素（$δ^{44/40}Ca$ = +1.00至+1.21 permill）。这意味着地球和火星的钙同位素组成与大多数碳质陨石不同，但可能类似于球粒。地球，火星和陨石球粒之间的钙同位素相似性是最近的动力学模型的行星形成，提出了一个富含陨石球粒的吸积模型的行星胚胎。
2017-04-21 astro-ph.EP
The Earth as an extrasolar transiting planet: Earth's atmospheric composition and thickness revealed by Lunar eclipse observations
探测类地太阳系外行星的一个重要目标是确定大气中的气体生物特征。对穿过地球大气层的光的观测，就像对太阳系外行星的观测一样，将是未来比较的第一步。我们已经完成了在月食期间对地球的观测，这是一种类似于过境行星的独特情况。我们的目标是显示在其大气层中可以在光学波长处检测到什么物种，其中在被掩蔽的恒星光中可以获得大量光子。我们目前的观测2008年8月16日月食进行的索菲光谱仪在天文台上普罗旺斯。将摄谱仪光纤定位在月食的半影中，月球的辐照度是直接的、未被吸收的太阳光和穿过地球边缘的太阳光的混合。这种混合物基本上再现了太阳系外行星过境期间的记录。我们在这里报告的几个地球大气化合物的透射光谱，如臭氧，分子氧，中性钠以及分子氮和氧通过瑞利签名的清晰检测。此外，我们提出了一种方法，使我们能够推导出大气的厚度与半影日食观测波长。我们定量评估了大气层变得透明的高度，以获得重要的物种，如分子氧和臭氧，这两种物种被认为与生命的存在密切相关。这里介绍的分子探测是一个令人鼓舞的首次尝试，这是为未来超大型望远镜和过境类地行星做好准备所必需的。像SOPHIE这样的仪器在从地面表征过境类地行星的大气层和寻找生物标记特征时将是强制性的。
2010-06-30 astro-ph.EP
Heterogeneous accretion of Earth inferred from Mo-Ru isotope systematics
陨石和块状硅酸盐地球（BSE）的Mo和Ru同位素组成为地球建筑材料的来源提供了重要线索。先前的研究认为，非碳质（NC）和碳质（CC）陨石群共同定义了钼-钌的“宇宙”相关性，而BSE图对这种相关性的延伸。这些观测结果被认为是地球最后10-15%的吸积物质来自于一个均匀的内部盘储层，其同位素组成类似顽火辉石。在这里，使用新的钼和钌同位素数据以前未经调查的陨石群，我们表明，钼-钌相关性只存在于NC陨石，和BSE和CC陨石脱落这种钼-钌相关性。这些观测表明，地球吸积的最后阶段是异质的，由NC和CC材料的混合物组成。钼钌同位素系统是最好的占无论是NC遗产的后期单板结合CC遗产的月球形成的巨大的冲击，或由混合NC-CC组合物的两个组件。CC机构参与地球的后期增生组合与核幔分化的化学模型是一致的，它主张增加更多的氧化和挥发性丰富的物质对地球的形成结束。因此，这项研究解决了均匀吸积模型的基础上先前的解释陨石的钼，钌系统和地球的非均质吸积的化学证据之间的不一致。
2020-01-15 astro-ph.EP
The Compositional Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets: II. Migration Simulations
先前的工作已经发现，在已知的太阳系外行星系中，预计会出现各种各样的类地行星。但这类研究忽略了巨行星迁移的影响，这种现象被认为在外太阳系中非常普遍。在这里，我们介绍了在动力学模拟中形成的类地行星成分的计算，其中包含不同程度的巨行星迁移。我们使用的化学平衡模型的固体物质存在于磁盘的五个已知的行星宿主恒星：太阳，GJ 777，HD 4203，HD 19994和HD 213240。巨行星迁移对模拟的类地行星的组成有很大影响，因为迁移导致在一定温度范围内凝结的类地行星组成部分之间发生大规模混合。这种混合作用1）增加了类地行星馈送区中富镁硅酸盐的典型丰度，从而与静态巨行星轨道的模拟相比，增加了具有类地成分的行星的频率;以及2）显著增加了向类地行星输送含水相（水和蛇纹石）的效率，从而产生了水世界和/或湿地球。我们的研究结果表明，虽然各种各样的类地行星的成分仍然可以产生，行星与地球一样的成分应该是常见的太阳系外行星系。
2012-09-23 astro-ph.EP
Composition of Transiting and Transiting-only super-Earths
最近对前三颗凌日超级地球的探测标志着系外行星领域一个既富有成果又具有挑战性的子领域的开始。描述这些对象的第一步是根据问题的退化特征推断它们的组成。计算结果表明，开普勒-10b的组成介于类地球和类水星（富含铁）之间。相比之下，GJ 1214 b太大而不能是固体，并且必须具有易挥发的外壳。最后，虽然四个报告的CoRoT-7 b的质量估计中有三个允许岩石成分，但一个禁止它，并且只能与大量的水蒸气相一致。除了这三颗过境的低质量行星外，现在还有一千多颗开普勒行星只有测量半径。即使没有质量测量（“仅过境”），仍然有可能对高辐射行星的挥发性成分的数量进行限制，因为它们的包层（如果存在的话）会燃烧。以开普勒-9d为例，我们估计其水蒸气或氢和氦的含量分别小于50%或0.1%。
2011-03-18 astro-ph.EP physics.geo-ph
Composition and fate of short-period super-Earths: The case of CoRoT-7b
CoRoT-7 b是一颗半径为1.68 +/- 0.09 R_E，质量为4.8 +/- 0.8 M_E，轨道周期为0.854天的行星，它的发现表明小行星可以非常接近它们的恒星。我们利用热彗星的知识，质量损失估计和行星内部结构和演化的模型来了解其组成，结构和演化。推断的CoRoT-7 b的质量和半径与岩石行星相一致，相对于地球来说，它的铁含量会减少。然而，质量增加一西格玛（5.6 M_E）和尺寸减小（1.59 R_E）与类地球成分（33%铁，67%硅酸盐）相容。或者，CoRoT-7 b可能含有大量挥发物。一个同样好的拟合数据被发现为蒸汽信封等于3%（和高达10%）以上的类地原子核的质量。由于其强烈的辐射和小的尺寸，这颗行星不能拥有超过其总质量的1/10，000的H和He包层。我们发现，质量损失是显着的（~ 10^11 g/s）和独立的行星组成。这是因为流体动力学逃逸率与大气的平均分子质量无关，并且由于强烈的辐射，即使是裸露的岩石行星也会拥有足够厚的平衡蒸汽大气层来捕获恒星的紫外光子。这个逃逸率排除了H-He包层的可能性，因为它仅在~1 Ma内逃逸。水蒸气大气将在~ 1Ga内逃逸，因此这是一个合理的方案。CoRoT-7 b的起源无法从目前的观测中推断出来：它可能是由岩石形成的;或者是一个类似天王星的冰巨星的残余物，或者是一个气体巨星，其核心很小，被剥离了气体外壳。
2010-02-08 astro-ph.EP
From Super-Earths to Mini-Neptunes: Implications of a Surface on Atmospheric Circulation
众所周知，半径在地球和海王星之间的行星是迄今为止最常被发现的。为了将这些行星分类为类地行星或气态行星，我们通常会转向质量半径关系和成分曲线，以确定这样的行星是岩石行星还是气态行星的可能性。虽然这些方法已经设定了一个可能的过渡半径约为1.5 R $_{\oplus}$，我们不能期望任何变化之间的陆地和气体成分将是一个尖锐的截止，和组成曲线预测结果模糊的行星名称附近的过渡半径。在这项工作中，我们提出了过渡行星的3D大气环流模型，其中我们研究了表面对可观测量的影响，如纬度变化和日食深度。我们提出了我们更新的GCM，验证地球的循环，然后讨论我们的建模选择这个过渡的星球。最后，我们讨论了这项研究的结果，并探讨了未来通过观测次食来探测地表存在的前景。
2020-03-30 astro-ph.EP
Physicochemical Controls on the Compositions of the Earth and Planets
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家研究委员会）；Max Planck Institute for Solar System Research（马普太阳系研究所）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Collège de France（法兰西学院）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
研究揭示地球和行星的组成受物理化学因素控制，表明地球可能部分或完全由NC类缺失成分构成。
2025-11-29 astro-ph.EP
The cool and distant formation of Mars
火星的质量约为地球的九分之一，被广泛认为是一个搁浅的行星胚胎，从未成为一个完全成长的行星。目前流行的行星形成理论预测，火星在地球和金星附近形成，随后分散到现在的位置。在这种情况下，这三颗行星的组成预计将彼此相似。然而，火星陨石的大量元素和同位素数据表明，火星组成的关键方面与地球明显不同。这表明火星在最初的吸积过程中形成于陆地供给带之外。因此，火星很可能总是比地球离太阳远得多;它的生长在早期就受到阻碍，质量也相对较低。在这里，我们确定了一个潜在的动力学路径，形成火星的小行星带，并保持它以外的地球的吸积区，而在同一时间占严格的年龄和成分的限制，以及质量差异。我们不寻常的路径（大约2%的概率）是基于类地行星形成的大塔克场景，其中木星的径向迁移引力雕刻了火星当前位置的星子盘。我们的结论是，火星的形成需要一个特定的动力学路径，而这是不太有效的地球和金星。我们进一步预测，火星的挥发性预算很可能与地球不同，金星形成的距离我们的星球足够近，预计它将具有几乎相同的组成。
2017-04-01 astro-ph.EP
Accretion and differentiation of the terrestrial planets with implications for the compositions of early-formed Solar System bodies and accretion of water
为了测试行星吸积和分化的情况下，我们集成了一个多阶段的核幔分化模型与N体吸积模拟。胚胎和星子之间的碰撞导致岩浆海洋的形成和核心形成的事件。核心形成模型结合了严格的化学质量平衡与金属硅酸盐元素分配数据。对组合模型的主要约束是地球原始地幔的组成，火星地幔的组成，以及地球和火星金属核的质量分数。该模型通过最小二乘最小化进行优化，最多可使用5个拟合参数，包括金属硅酸盐平衡压力和1 - 4个定义原始体起始成分的参数。该集成模型已被应用于6大粘性模拟。广泛的参数空间的研究表明：地球的吸积是不均匀的，金属-硅酸盐平衡压力随着吸积的进展而增加，并且在每次撞击时是核幔边界压力的60 - 70%，并且在每次核心形成事件期间，撞击物核心的大部分（70 - 100%）金属与原行星的硅酸盐地幔的小部分平衡。只有当起源于太阳附近的天体（<0.9 - 1.2天文单位）高度还原，而超出这一距离的天体则越来越氧化时，才能获得与地球地幔成分的可接受拟合。火星地幔的FeO含量主要取决于火星形成胚胎起源的日心距离。最后，地球核心预计含有8 - 9重量%的硅，2 - 4重量%的氧和10 - 60 ppm的氢，而火星核心预计含有低浓度（<1重量%）的硅和O。
2014-10-13 astro-ph.EP
The Effect of Accretion Rate and Composition on the Structure of Ice-rich Super-Earths
我们可以合理地假设，行星的结构及其内部成分的分布是由其形成历史决定的。因此，我们跟踪一个行星从一个小胚胎到其随后的演化的成长。我们估计吸积率范围的基础上，原行星盘模型在足够大的距离，从中央恒星，水冰是一个主要组成部分。我们假设吸积物质是硅酸盐岩石和冰的混合物，没有H-He包层，因为吸积时间尺度比星云气体消散所需的时间长得多。我们采用了一个热演化模型，包括吸积加热，放射性能量释放，冰和岩石的分离。以Safronov参数和冰岩比作为自由参数，我们计算了不同参数组合下的增长和演化序列，对于4.6 Gyr。我们发现最终的结构显着依赖于这两个参数。低的初始冰岩比和高的吸积速率，每一个都导致加热速率增加，导致形成扩展的岩石核心，而相反的条件使组成几乎不变，并导致相对较低的内部温度。当岩石核形成时，富含冰的外地幔仍然包含与冰混合的岩石。我们发现，相当一部分的冰蒸发吸积，根据参数，并假设它是失去了，因此最终的表面成分和体积密度的行星不一定反映原行星盘组成。
2022-06-26 astro-ph.EP
Iron isotope anomalies and the origin of the Earth
Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）
研究通过高精度铁同位素数据揭示地球mantle的铁来源并非CI球粒陨石，排除了太阳系外迁移碎石的形成模型，支持地球在太阳系内通过层级增长形成。
2026-03-22 astro-ph.EP
Astro2020 Science White Paper: Toward Finding Earth 2.0: Masses and Orbits of Small Planets with Extreme Radial Velocity Precision
在发现地球大小的行星很常见之后，我们现在正在开始一段旅程，以确定类地行星是否也很常见。寻找类地行星是21世纪最引人注目的努力之一，它最终引导我们回答这个问题：我们是孤独的吗？为了实现这一前瞻性目标，我们必须确定行星的质量;行星的大小本身不足以确定其体积和大气成分。质量，加上半径，是对行星的整体组成和内部结构及其大气层组成的关键约束，包括寻找生物特征。精确的径向速度是为其他地球的光谱学提供基本质量和轨道信息的最可行的技术。开发高质量的精密径向速度仪器，再加上建造TMT和GMT等大型望远镜设施或Earthquake等天基平台，可以实现非常高的光谱分辨率观测，并在分钟时标上获得极其精确的径向速度，从而可以对径向速度抖动进行建模和消除。在接下来的十年里，系外行星天体物理学的遗产可以作为人类寻找下一个地球的探索的一部分而得到巩固--但前提是我们能够测量在类太阳恒星周围的宜居带轨道上的地球大小的行星的质量和轨道。
2019-03-13 astro-ph.EP
A ground-based transmission spectrum of the super-Earth exoplanet GJ1214b
与质量类似于木星或更高的行星相比，所谓的超级地球体系中行星的整体组成不能仅通过质量和半径测量来确定。对于这些行星，在理论模型中，内部的质量和成分与可能的大气层之间存在简并。最近发现的凌日超级地球GJ1214 b就是这个问题的一个例子。有三种不同的行星模型与其质量和半径相一致，打破这些模型之间的简并需要获得对行星大气成分的限制。在这里，我们报告了GJ1214 b在780和1000 nm之间的透射光谱的地面测量。这个光谱中缺乏特征排除了主要由氢组成的无云大气，置信度为4.9 sigma。如果这颗行星的大气层是以氢为主，那么它必须包含在观测波长下光学厚度小于200毫巴的云或薄雾。或者，无特征的透射光谱也与稠密的水蒸气大气的存在相一致。
2010-12-01 astro-ph.EP
Surface composition and taxonomic classification of a group of near-Earth and Mars-crossing asteroids
过去，由于缺乏含有矿物学诊断吸收带的高质量近红外光谱数据（0.7-2.5微米），限制近地小行星的表面组成一直很困难。在这里，我们提出了可见光（0.43-0.95微米）和近红外（0.7-2.5微米）光谱的九个近地小行星和五个火星穿越小行星（MC）。所研究的非经济实体是：4055 Magellan，19764（2000 NF 5），89830（2002 CE），138404（2000 HA 24），143381（2003 BC 21），159609（2002 AQ 3），164121（2003 YT 1），241662（2000 KO 44）和2007 ML 13。它们是：1656 Suomi、2577 Litva、5407（1992 AX）、22449 Ottijeff和47035（1998 WS）。这些观测是由智利拉西拉的NTT、西班牙卡拉尔阿尔托的2.2米望远镜和夏威夷莫纳克亚山的IRTF进行的。小行星的分类学分类（Bus系统）表明，所有观测到的MC小行星都属于S-复合体，包括S、Sr和Sl类。其中7个近地小行星属于S复合体，包括S、Sa、Sk和Sl类，2个近地小行星被划为V型。NEA 164121（2003 YT 1）是根据其近红外光谱被分类为V型的，因为这颗小行星没有可见光谱。对其中六颗小行星（已获得或以前可获得近红外光谱的小行星）进行了矿物学分析。我们发现三颗小行星（241…
2013-02-18 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
Fizzy Super-Earths: Impacts of Magma Composition on the Bulk Density and Structure of Lava Worlds
该研究更新ExoPlex软件模拟岩浆成分对熔岩世界体积密度的影响，发现大质量岩浆海洋行星密度略高，并识别三种地幔结构，其中底部岩浆海洋可长期封存大量挥发物。
2023-07-25 astro-ph.EP
Constraints on the formation history and composition of Kepler planets from their distribution of orbital period ratios
该研究利用Kepler多行星系统的轨道周期比与近一阶共振比例，并结合第三代Bern模型，约束超级地球和次海王星的成分及形成路径。
2024-06-13 astro-ph.EP
Vaporization of the Earth: Application to Exoplanet Atmospheres
目前，大约有36颗已知的超级地球（M < 10 MEarth），其中8颗是适合大气跟踪观测的凌日行星。一些行星在靠近其宿主恒星的轨道上暴露在极端温度下，例如，CoRot-7 b，所有这些行星的平衡温度都比地球高得多。这些行星可以通过（部分）蒸发其地壳和/或地幔硅酸盐来形成大气。我们研究了这种加热系统的化学平衡组成从500 - 4000 K和总压力从10-6到10+2巴。在很宽的温度和压力范围内，主要气体是H2O和CO2，在高温和低压下，主要气体是Na、K、O2、SiO和O。我们讨论了富含SiO2的气体（即，长英质）硅酸盐（如地球的陆壳）和富含MgO，FeO的（即，镁铁质）硅酸盐，如块状硅酸盐地球。计算结果将有助于规划类地系外行星大气的光谱研究。
2012-05-15 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
The Elemental Abundances (with Uncertainties) of the Most Earth-like Planet
首先，地球以及太阳系中的其他岩石行星和围绕其他恒星运行的岩石系外行星都是恒星星云的耐火碎片，它们是由恒星星云形成的。为了根据恒星宿主的元素丰度来估计岩石系外行星的化学成分，我们需要更好地了解产生地球的脱挥发分作用。为了量化地球、太阳和太阳系中其他天体之间的化学关系，需要地球本体的元素丰度。将地球的成分与其他天体的成分进行比较的关键是确定整体成分，并对不确定性作出适当的估计。在这里，我们提出了一致性估计（与不确定性）的散装地球的元素丰度，可用于此类研究。首先，我们编译，合并和重新规范化的原始地幔（PM）和核心的异质文献值的一个大集合。然后，我们整合地球的标准径向密度分布，并将其重新归一化为当前对地球质量的最佳估计。使用i）密度分布，ii）核幔边界和iii）内核边界中的不确定性的估计，我们采用标准误差传播来获得$32.5 \pm 0.3$重量%的内核质量分数。我们的散装地球丰度是我们的和谐核心丰度和和谐PM丰度的加权和。我们的一致性估计的镁，锡，溴，硼，镉和Be的丰度显着低于以前的估计散装地球。我们对Na、K、Cl、Zn、Sr、F、Ga、Rb、Nb、Gd、Ta、He、Ar和Kr丰度的一致性估计值明显较高。我们的元素丰度的不确定性有效地校准了各种地球化学和地球物理假设下标准地球模型之间未解决的差异。
2017-08-29 astro-ph.EP
Migration-driven diversity of super-Earth compositions
一个关于超级地球起源的主要模型提出，行星胚胎向内迁移并堆积在靠近的轨道上。由于大的胚胎被认为优先在雪线之外形成，这天真地预测大多数超级地球应该非常富含水。在这里，我们表明，在迁移模型中形成的最短周期行星通常是纯岩石的。冰质胚胎通过地球带向内迁移，通过共振引导加速了岩石行星的生长。我们用一个模拟来说明这个过程，这个模拟提供了一个与开普勒-36系统相匹配的系统，该系统由两颗密度非常不同的行星组成。在模拟中，两个超级地球形成了类似开普勒-36的配置;内部行星是纯岩石，而外部行星富含冰。我们从一系列模拟中得出结论，近距离超级地球的进食区可能很宽，并且与它们的最终轨道半径无关。
2018-07-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
