Earth Similarity Index and Habitability Studies of Exoplanets
对系外行星的研究一直是天文学家、行星科学家和天体生物学家的兴趣所在。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在寻找一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟，并寻找潜在的可居住性。地球相似性指数（ESI）的定义是寻找与地球的相似性，其范围从1（地球）到0（与地球完全不相似）。ESI可以用行星的四个物理参数来计算，即半径、密度、逃逸速度和地面温度。进入ESI表面的地面温度是一个不可观测的量，我们所知道的只是系外行星的平衡温度。我们已经建立了一个表面和平衡温度之间的关系，使用的数据，太阳系天体，以解决在确定地面温度的困难。从ESI分析中，我们发现了20颗ESI值高于0.8的类地系外行星，这是设定的阈值。我们还对类火星行星感兴趣，以寻找可能存在极端生命的行星。例如，甲烷特有的极端微生物生命形式代谢，为此引入了一种新的方法，称为火星相似性指数（MSI）。MSI被定义在1（现在的火星）和0（与现在的火星不同）之间，并使用与ESI相同的物理参数。介绍了另一种研究系外行星潜在可居住性的新方法--多参数柯布-道格拉斯函数。这并没有产生任何令人鼓舞的结果。
2018-06-07 astro-ph.EP
Habitability in the Solar System and New Planetary Missions
适居性的定义取决于所考虑的生物。确定某些环境的可居住性的一种方法是将其某些参数与地球上极端微生物蓬勃发展的环境进行比较。我们还可以从已知的生命中定义更常见的适居性标准，这些标准包括基本元素、液态水和能源。我们知道，太阳系中的一些地方至少提供了这些限制和标准中的一些。本文介绍了一些行星任务的目标和技术规格，例如2012年的NASA MSL，2016年和2018年的ESA ExoMars任务以及2033年的JUICE。这些任务将探索火星，欧罗巴，木卫三和木卫四的可居住性。在这里，我们将定义的可居住性标准与仪器文档进行比较，以确定这些任务是否可以验证火星和木星卫星的可居住性。这些任务有大约13个与火星可居住性评估有关的仪器，3个用于木卫二，5个用于木卫三和木卫四。我的结论是，这些任务将产生重要的信息，这些目标的可居住性评估。
2013-11-27 astro-ph.EP physics.pop-ph
Engineering Microbial Symbiosis for Mars Habitability
Zetator UG（泽塔托有限责任公司）
本文提出利用合成生物学和基因工程构建地球微生物与潜在火星生命的共生关系，通过实验设计与生物工程方法使生命耐受火星环境，并强调国际合作与行星保护政策，为火星可持续居住提供变革性策略。
2025-03-29 astro-ph.EP cs.LG
Our Solar System Neighborhood: Three Diverging Tales of Planetary Habitability and Windows to Earth's Past and Future
该研究通过分析太阳系内金星、地球、火星三颗类地行星的基本特性及太阳演化对其演化路径的影响，提出三者的演化可作为行星宜居性研究的重要模板，助力构建更综合的宜居性研究方法。
2024-11-02 astro-ph.EP
Analyze Mass Spectrometry data with Artificial Intelligence to assist the understanding of past habitability of Mars and provide insights for future missions
Nodalpoint Systems（节点点系统公司）
本文提出利用人工智能分析EGA-MS和GC-MS质谱数据，通过平方根变换、二维光谱图转换及防过拟合技术识别化合物，以探测火星古代宜居性潜力。
2023-10-18 astro-ph.EP cs.AI cs.CV
Enabling martian habitability with silica aerogel via the solid-state greenhouse effect
今天火星表面的低温和高紫外线辐射水平目前排除了生命在任何地方的生存，除非是在有限的地下壁龛中。以前已经提出了几个使火星表面更适合居住的想法，但它们都涉及大规模的环境改造，在可预见的未来将远远超出人类的能力。在这里，我们提出了一个新的方法来解决这个问题。我们表明，火星表面的广泛地区可以通过固态模拟地球大气温室效应，在未来适合光合作用生命的居住。具体来说，我们通过实验和建模证明，在火星环境条件下，2至3厘米厚的二氧化硅（SiO2）气凝胶层将同时传输足够的可见光进行光合作用，阻挡有害的紫外线辐射，并将温度永久升高到水的熔点以上，而不需要任何内部热源。因此，在火星表面足够多冰的区域放置二氧化硅气凝胶保护层，可以使光合作用生命在那里生存，而随后的干预最小。这种使火星适宜居住的区域性方法比全球大气改造更容易实现。此外，它可以从最少的资源开始系统地开发，并可以在当今地球上的极端环境中进行进一步测试。
2019-07-22 astro-ph.EP
Distribution and habitability of (meta)stable brines on present-day Mars
火星上的特殊区域被定义为能够容纳液态水的环境，满足一定的温度和水活性要求，允许已知的陆地生物复制，因此可能适合居住。由于这些区域有可能发生前向污染（来自地球的生物污染），因此，行星保护政策将对这些区域表示关切。纯液态水在火星表面是不稳定的，但盐水可能存在。实验工作表明，盐水持续超过其预测的稳定区域，导致亚稳态液体。在这里，我们表明，（Meta）稳定盐水可以在火星表面形成并持续从赤道到高纬度地区，一年中有百分之几的时间持续长达六个小时，这比以前认为的范围更广。然而，只有最低的低共熔溶液可以形成，导致温度低于225 K的盐水。我们的研究结果表明，火星表面和浅层地下（几厘米深）的（Meta）稳定盐水不适合居住，因为它们的水活动和温度超出了地球生命的已知容忍度。此外，（Meta）稳定盐水不符合特区的要求，减少了前方污染的风险，减轻了与火星表面勘探有关的威胁。
2020-11-30 astro-ph.EP physics.ao-ph
Mars: new insights and unresolved questions
火星探索激发了对地外生命的探索，空间技术的发展，以及人类任务和居住地的设计。在这里，我们寻求新的见解，并提出有关火星的自然历史，可居住性，机器人和人类探索，行星保护，以及对人类社会的影响尚未解决的问题。主要的观察和发现包括：（1）早期火星大气层的高逃逸率，包括水的流失，影响了现在的可居住性;（2）火星上假定的化石可能是模糊的生命生物标志物;（3）人类居住造成的微生物污染是不可避免的;（4）根据火星目前的行星保护类别，机器人有效载荷应该描述人类居住之前任何生命形式的火星当地环境。一些悬而未决的问题是：（1）对地球半球二分法的解释是正确的;（2）深穿透断层在多大程度上将地下液体输送到火星表面;（3）由大气过程形成的碳酸盐的丰度如何;（4）火星陨石的什么性质可以用来限制它们的来源位置;（5）有机大分子的起源;（6）火星上有人居住;（7）火星上有没有人居住。（7）如何消除由来自地球的微生物污染物引起的潜在误报;（8）如何确保人类和微生物形成一个稳定和良性的生物圈;（9）人类应该从生物中心主义的观点（保护所有生物）或扩张空间居住的生物中心主义观点与假定的地外生命联系起来？对火星演化的研究可以揭示太阳系外行星的可居住性。此外，火星探索可以推动未来的政策发展，并确认（或质疑）人类在空间居住的可行性和/或程度。
2021-12-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Habitability Study of Terrestrial Planets: Application to Venus-like Worlds
St Joseph’s University（圣约瑟夫大学）；M. P. Birla Institute of Fundamental Research（M.P.比尔拉基础研究所）；NoRCEL Institute（NoRCEL研究所）
研究类地行星适宜性，提出VSI指数以评估类金星环境，并引入AVSI和FESI探讨早期金星条件与地球演化潜力。
2026-08-12 astro-ph.EP
The Inner Solar System's Habitability Through Time
地球、火星和金星，在不断演化的太阳照射下，有着迷人但不同的可居住性历史。虽然今天只有地球表面被认为是可居住的，但这三颗行星在其历史早期可能同时是可居住的。我们考虑如何在这些行星上以相似或不同的方式运行的物理过程决定了它们的大气层和表面随时间的创造和演变。其中包括决定其内部动力学类型和有无磁场的地球物理和地球化学过程;充当大气质量和组成的源或汇的地表-大气交换过程;控制气体逃逸到太空的太阳-行星相互作用;以及与这些相互作用以决定气候和可居住性的大气过程。这三颗行星的不同演化为思考在太阳系外寻找生命提供了宝贵的背景。
2019-10-17 astro-ph.EP
Interior Controls on the Habitability of Rocky Planets
本文综述岩石行星内部如何驱动表面条件和大气演化，探讨整体硅酸盐行星对宜居性起始、延续和停止的影响，并讨论相关观测方法与当前努力。
2024-03-26 astro-ph.EP
Origin and Stability of Exomoon Atmospheres - Implications for Habitability
我们研究了在年轻的活跃的类太阳恒星的宜居带内围绕太阳外气体巨星运行的具有类地密度和质量为$0.1M_{\oplus}$、$0.5M_{\oplus}$和$1M_{\oplus}$的系外卫星的灾难性脱气挥发物（H $_2$ O，CO $_2$）的起源和逃逸。我们应用辐射吸收和流体动力学高层大气模型研究exomoon的情况下。我们的模型逃逸的氢和拖曳的解离产物O和C在活动饱和阶段的年轻的宿主星。由于在系统诞生后的第一个1亿年内，年轻的宿主恒星的软X射线和极紫外辐射可能比今天的太阳辐射高出100倍，因此位于HZ的质量为$\sim$的系外卫星可能无法保持大气层，因为它的重力很低。根据宿主恒星的光谱型和XUV活动演化，质量介于$\sim0.25-0.5M_{\oplus}$之间的系外卫星可能演化为类似火星的栖息地。然而，质量为$ > 0.5M_{\oplus}$的更大的天体可能会进化成类似火星和类似地球的混合栖息地，因此生命可能会在系外卫星的表面起源和进化。
2015-06-22 astro-ph.EP
Planetary Magnetism as a Parameter in Exoplanet Habitability
来自太阳系的证据表明，与金星和火星不同，地球上强磁偶极矩的存在有助于维持其表面的液态水。因此，行星磁性可能对岩石系外行星上大气和液态水的长期维持产生重大影响。我们使用Olson和Christensen（2006）的模型来估算半径为R ${}_{p}$ $\le$ 1.23 R $_\oplus$的岩石系外行星的磁偶极矩。即使在模拟最大磁偶极矩时，也只有开普勒-186 f的磁偶极矩大于地球的磁偶极矩，而在星周宜居带探测到的岩石系外行星中，大约有一半的磁偶极矩可以忽略不计。这表明，在优先观测潜在的宜居行星时，行星磁性是一个重要因素。
2019-03-07 astro-ph.EP
Toward Alternative Earths' Habitability of Solar System Bodies at Earth's Orbit
本研究评估了迁移至地球轨道的太阳系天体，发现火星最可行，土卫六有长期潜力，为行星工程和人类生存提供新思路。
2025-09-08 astro-ph.EP
Mars, a Post-Habitable Planet?
研究火星作为曾经宜居但失去表面液态水的系外行星的模拟对象，通过其当前大气状态中的化学指纹（如同位素特征）来测试行星宜居性和大气演化的假说。
2026-05-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Energy-Limited Radiolytic Habitability in the Shallow Martian Subsurface: Implications for ExoMars Rosalind Franklin and Tianwen-3
Space Exploration Laboratory（太空探索实验室）；Center for Astrophysics and Space Science（天体物理学与空间科学中心）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
本研究耦合GCR输运与辐射分解化学模型，量化火星浅层地下辐射分解能量，发现H2保留主导宜居性，预测低密度辐射分解宜居带，为ExoMars和天问三号提供可测试框架。
2026-06-23 astro-ph.EP
Modeling Martian Atmospheric Losses over Time: Implications for Exoplanetary Climate Evolution and Habitability
在这封信中，我们利用复杂的三维数值模拟来评估火星大气离子和光化学损失的程度。我们表明，大气离子逃逸率显着更高（超过两个数量级），在过去的$\sim 4$ Ga相比，由于较强的太阳风和较高的紫外线通量从年轻的太阳。我们发现，原子热氧的光化学损失占主导地位的总离子损失在当前的时代，而大气离子损失可能是更重要的是在古代。我们简要地讨论了高大气离子逃逸率在古代火星的背景下，年轻的太阳型恒星和M-矮星周围的大气成分相似的系外行星的后续影响。
2018-05-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Habitability of waterworlds: runaway greenhouses, atmospheric expansion and multiple climate states of pure water atmospheres
纯水大气层有四种不同的稳定气候状态，可能存在于所谓的“水世界”。我把这些作为太阳常数的函数绘制出来，这些行星的大小从火星大小到10个地球质量不等。这些状态是：全球冰覆盖（Ts<245 K），寒冷潮湿（270 < Ts<290 K），炎热潮湿（350< Ts<550 K）和非常炎热干燥（Ts<900 K）。290< Ts <350 K或550 < Ts <900 K不存在稳定气候。湿热气候和冷湿气候的结合描述了液态水宜居带，其宽度和位置取决于行星的质量。在每个太阳常数下，两个或三个不同的气候状态是稳定的。这是太阳光的热发射和净吸收两者的强非线性的结果。在行星大小的范围内，我解释了大气层在变暖时向高空扩张的原因。发射面和吸收面（单位光学深度）移向高空，使它们的面积大于行星表面，因此发射更多的热辐射，吸收更多的阳光（前者占主导地位）。小行星的大气层由于引力较弱而膨胀得更多：火星的有效失控温室阈值大约高出35 Wm-2，地球或金星高出10 Wm-2，但对于10个地球质量的行星来说只高出几Wm-2。有一个潜在的（忽略膨胀）趋势，即失控的温室阈值随着行星的大小而增加（10个地球质量的行星比火星高40 Wm-2）。总结这些相反的趋势意味着金星大小（或略小）的行星最容易受到失控的温室效应的影响。纯水大气的宜居带非常狭窄，日照范围为太阳常数的0.07倍。一个更宽的宜居带需要背景气体和温室气体;地球上…
2015-03-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
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 influence of Jupiter, Mars and Venus on Earth's orbital evolution
在未来的几年里，很可能会发现第一个潜在的类地行星围绕其他恒星运行。一旦发现，这些行星的特征将在确定哪些行星将被选为寻找太阳系以外生命的第一个目标方面发挥至关重要的作用。因此，我们必须能够衡量影响潜在行星可居住性的各种因素的相对重要性，以便最好地集中搜索。在这一过程中需要考虑的众多因素之一是所讨论的系外地球的气候变化。在太阳系中，地球的长期气候是由几个因素驱动的，包括生命对我们大气层的影响，以及太阳光度的时间演变。太阳系中其他行星的引力影响增加了一个额外的复杂性，驱动了米兰科维奇循环，这些循环被认为是导致过去几百万年来主导地球气候的一系列冰川和间冰期的原因。在这里，我们提出了三套集成的初步结果，一起研究太阳系建筑对地球的米兰科维奇循环的影响。我们分别考虑木星、火星和金星的影响，它们都对地球轨道演化的作用力有贡献。我们的研究结果说明了一个给定的行星系的结构的微小变化如何导致其中行星的潜在可居住性发生显着变化，并且是开发一种方法的重要的第一步，通过这种方法可以描述我们太阳系以外行星上气候变化的性质。
2017-08-11 astro-ph.EP
A Terminology and Quantitative Framework for Assessing the Habitability of Solar System and Extraterrestrial Worlds
本文提出定量宜居性评估框架（QHF），通过栖息地模型与生存力模型的自洽概率评估，填补宜居性术语与定量方法的空白，并经四个示例验证其广泛适用性。
2025-05-28 astro-ph.EP
Exoplanets beyond the Conservative Habitable Zone: I. Habitability
本研究通过细化早期宜居带模型、引入潮汐锁定行星的解析气候模型，拓展了保守宜居带的内外边界，可解释JWST探测到的近M矮星温暖超级地球的水汽信号，也涵盖了冰下水导致的外扩情况。
2025-10-01 astro-ph.EP
Behaviors of Martian CO2-driven dry climate system and conditions for atmospheric collapses
本研究利用纬度分辨能量平衡模型，揭示火星CO2驱动干燥气候系统在低轴倾角（约10度以下）时发生大气坍缩，其气候解依赖轨道参数、太阳光度及可交换CO2总量，且宜居条件仅限于高纬度夏季。
2024-11-11 astro-ph.EP
Potential For Liquid Water Biochemistry Deep Under The Surfaces Of The Moon, Mars And Beyond
我们调查过去或目前存在的月球和火星表面下的可居住条件，以及一般的约束和自由浮动的太阳系外岩石物体的前景。我们构建了一个简单的模型，考虑到生命的热极限以及大小，地面温度，和相对放射性核素丰度的一个给定的对象，并产生地下可居住区域的空间范围。我们还调查了压力对可居住性的限制，并表明它不太可能完全排除生命的前景。我们估计的最大生物量，可能是可持续的，在深地下环境中作为上述参数的函数，从充满活力的角度来看。我们发现，在理想情况下，它可能是地球地下生物圈的百分之几，比地球的全球生物量小三个数量级。最后，我们简要介绍了深生物圈岩石物体的普遍性，以及通过即将进行的月球和火星访问任务探测生物活动特征的方法。
2020-09-22 astro-ph.EP
Thermal-orbital coupled tidal heating and habitability of Martian-sized extrasolar planets around M stars
M型恒星是寻找太阳系外可居住行星的好目标。由于它们的有效温度很低，M星的宜居带非常接近恒星本身。对于靠近恒星的行星，潮汐加热在热演化和轨道演化中起着重要的作用，特别是当行星轨道具有相对较大的偏心率时。虽然潮汐加热与行星的热状态和轨道相互作用，但对M星周围的太阳系外行星的这种耦合计算还没有进行过。我们使用简单的结构和轨道模型进行耦合计算，并分析了一个类地行星的热状态和可居住性。考虑到这颗行星是火星大小，潮汐加热并部分融化地幔，如果恒星质量小于太阳质量的0.2倍，并且轨道的初始偏心率大于0.2，则保持平衡态。由于地幔熔化而减少的热量耗散使这颗行星即使轨道距离很小，也能在宜居带停留10 Gyr以上。平衡态下的地表热通量介于火星和木卫一之间。行星的热状态主要取决于偏心率的初始值和恒星的质量。
2014-06-10 astro-ph.EP
Assessment of Microbial Habitability Across Solar System Targets
随着一系列探索性太空任务的出现，对特定目标生物圈的研究对于准确确定各种行星上微生物生命存在的概率并相应地优先考虑目标至关重要。虽然以前的研究比较了潜在的可居住性的物体在我们的太阳系的散装特性，它是不太常见的，精确的定性方法，开发的候选人排名好客的微生物生活在当地环境的基础上。在这篇综述中，我们创建了一个行星环境数据库，并使用它来激励一系列主要的可居住性候选人和微生物生存的基本标准。然后，我们提出了一种新的方法，微生物可居性指数（MHI），它使用一个指标的微生物生存因子值在目标环境中与适当的地球类似物相比，以评估其生命的潜力。我们选择了八个主要候选者，并从中得出结论，木卫二，火星和土卫二具有促进微生物生存的最高潜力。
2022-03-10 astro-ph.EP physics.bio-ph physics.space-ph
The role of dynamics on the habitability of an Earth-like planet
从太阳系外众多已探测到的行星来看，迄今为止还没有发现与我们地球相媲美的类地行星。寻找系外地球当然是一个巨大的挑战，可能需要探测类似于我们的太阳系的行星系，以便找到像地球上一样的生命。然而，即使我们找到了类似的太阳系，也不能确定一个位于地球位置的行星会有与地球相似的情况。巨行星结构的微小变化会导致轨道摄动，这可能会改变宜居带（HZ）中类地行星的宜居条件。我们提出了一个数值调查，我们首先研究的运动测试行星在一个特定的行星-土星配置，我们可以预期强烈的引力扰动的运动在地球位置根据以前的工作。在这项研究中，我们表明，这些强扰动可以显着减少地球的邻近行星。在我们研究的第二部分中，我们研究了倾斜的土星-土星系统中测试行星的运动，我们分析了内部行星系动力学行为的变化。适度的倾斜值似乎抵消了在HZ的扰动，而高的倾斜引起更多的混乱，在这一地区。最后，我们利用太阳系参数对金星、地球和火星在倾斜的土星-土星系统中的实际轨道进行了稳定性研究。这项研究表明，如果土星的倾角<=10°，这三颗类地行星只会在低偏心率轨道上运动。因此，当所有行星几乎在同一平面上运动时，似乎对地球的可居住性有利。
2015-05-26 astro-ph.EP
Two examples of how to use observations of terrestrial planets orbiting in temperate orbits around low mass stars to test key concepts of planetary habitability
在围绕质量非常低的恒星的温和轨道上的类地行星可能以与太阳系行星，特别是地球非常不同的方式演化。然而，由于这些行星是第一批能够并将能够利用现有和即将推出的望远镜进行深入大气层，云层和表面表征的行星，因此我们需要制定最佳的观测策略，以最大限度地提高这些表征的科学回报。在这里，我讨论并扩展了Bean et al.（2017）和Turbet al.（2019）的最新工作，以表明在非常低质量恒星周围的温带轨道上运行的类地行星可能是一个很好的行星样本，可以测试被认为控制太阳系行星（特别是地球）可居住性的过程的普遍性。精确测量位于宜居带内外的行星的密度或大气CO2浓度，可以用来统计测试可居住性概念，如硅酸盐风化反馈，CO2冷凝或失控的温室，这些已被确定为控制金星，火星和地球现在和过去可居住性的关键过程。
2020-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Direct detection of hydrogen reveals a new macroscopic crustal water reservoir on early Mars
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢勒研究所）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）
通过中子和X射线计算机断层扫描技术，发现火星陨石中富含氢的铁氢氧化物，揭示了早期火星可能存在广泛近地表水库。
2026-01-13 astro-ph.EP
Polarized Signatures of Variable Worlds: Modeling Heterogeneous Habitable Earth- and Early Mars-like (Exo)planets
本文通过模拟异质地球和早期湿润火星的可见光至近红外光谱偏振特征，揭示了偏振对云层和大陆等异质性比通量更敏感，为未来宜居世界天文台等偏振观测提供预测依据。
2025-09-19 astro-ph.EP
Orbital properties and implications for the initiation of plate tectonics and planetary habitability
地球上板块构造的存在直接取决于内部粘度对比、行星质量、液态水的可用性和内部热源。然而，地球围绕太阳的自转速度和公转周期性的初始条件对板块构造的开始也一定很重要。地球的初始轨道条件受到地核分离和月球形成的径向过程的显著影响，这可能导致了板块构造的开始和持续。轨道条件的变化可能使地球以近似线性的趋势演化，因此行星的旋转周期（TP）可以接近行星绕太阳运行一度所需的时间（T1度），即TP ~ T1度。这种旋转和革命周期性的最佳条件对于地球上板块构造的发展至关重要。这一假说直接影响了板块构造和太阳系外行星以及可能适合居住的太阳系行星（如木卫二和火星）中存在生命的可能性。
2022-02-23 astro-ph.EP physics.geo-ph
Topography of (exo)planets
目前的技术无法绘制岩石系外行星的地形图，仅仅是因为这些物体太微弱和遥远，无法分辨它们。尽管如此，由于测光技术和检测镜面反射的可能性，地形的间接影响应该很快就可以观察到。此外，地形可能对类地系外行星的气候有很大的影响，因为海洋和山脉会影响云\citep{Houze2012}的分布。此外，地形对于评价表面可居住性\citep{Dohm2015}也至关重要。在这里，我们提出了一个一般的统计理论来描述和生成现实的合成地形的岩石系外行星机构。在太阳系中，我们考察了最著名的天体：地球、月球、火星和水星。事实证明，尽管它们存在差异，但它们都可以用多重分形统计来描述，尽管参数不同。假设这个性质是普遍的，我们在这里提出了一个模型来模拟二维球形随机场，它模仿恒星系统中的岩石行星体。我们还建议应用这个模型来估计海洋和大陆的统计数据，以帮助更好地评估遥远世界的可居住性。
2019-01-31 astro-ph.EP
Climatological and UV-based Habitability of Possible Exomoons in F-star Systems
我们探索了F5 V和F9.5 V之间光谱类型的F型恒星的天体生物学意义，这些恒星在其气候宜居带内或附近拥有木星型行星。这些行星，或者至少是其中的一个子集，也可能拥有岩石系外卫星，这可能提供可居住的环境。我们的工作考虑了八个选定的系统。在这些系统中的类地行星轨道明显不同，偏心率在0.08（关于火星）和0.72之间。我们考虑恒星的紫外光环境提供的光球恒星辐射，这使我们能够计算紫外宜居带的系统。根据先前的研究，DNA被视为碳基大分子的替代物，遵循外星生物学可能以碳氢化合物为基础的范式。我们发现，对DNA造成的损害是显着不同的系统研究的范围内，也根据不同的轨道的彗星型行星，特别是高椭圆率的系统，如预期的那样。对于某些系统来说，与今天的地球或太古宙相比，损害的价值过高。考虑到在可预见的未来，探测不同类型恒星周围的系外卫星仍然具有挑战性，我们将我们的工作视为一个例子和模板，用于调查太阳系外天体气候和紫外线可居住性的综合要求。
2016-12-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic shielding of exomoons beyond the circumplanetary habitable edge
由于在恒星宜居带（HZ）中发现的大多数行星和行星候选者都是超级地球和气体巨星，而不是类地行星，我们自然想知道它们的卫星是否适合居住。第一次探测到这样的系外卫星现在已经变得可行，由于观测偏差，它的质量至少是火星的两倍。但是形成模型预测卫星很难像地球一样大。因此，一颗巨大行星的磁层可能是这样一颗卫星被宇宙和恒星高能辐射屏蔽的唯一可能性。然而，行星辐射带也可能对系外卫星的可居住性产生不利影响。在这里，我们综合模型的巨行星的磁环境的演变与阈值从失控的温室效应（RG）来评估的可居住性的系外卫星。对于适度的偏心率，我们发现，在K矮星周围的HZ中心的海王星大小的行星周围的卫星要么处于RG状态，不适合居住，要么它们将在宽轨道上，它们不会受到行星磁层的影响。类似土星的行星有更强的磁场，而类似木星的行星在形成后不久就可以覆盖住附近的可居住卫星。从照明和潮汐加热的角度来看，距离巨行星约5到20个行星半径的卫星可以居住，但行星磁层仍然会严重影响它们的可居住性。
2013-09-03 astro-ph.EP
Prospects for the characterization of habitable planets
本文提出一种耦合大气、内部与生态系统建模的创新方法，用于评估系外行星宜居性与宜居状态，并展示其在土卫二、原始地球和火星及类日恒星周围类地行星中的应用前景。
2023-04-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Mineralogy, structure and habitability of carbon-enriched rocky exoplanets: A laboratory approach
富含碳的岩石系外行星被认为围绕着矮星以及双星、白矮星和双星。然而，这些行星的矿物组成受到很大的限制。我们对富含碳的化学混合物进行了高压高温实验室实验（$P$ = 1 $-$ 2 GPa，$T$ = 1523 $-$ 1823 K），以研究冥王星到火星大小的行星的内部深处较大行星的上地幔。我们的研究结果表明，这些系外行星，当完全分化，包括一个金属核心，硅酸盐地幔和硅酸盐地幔顶部的石墨层。硅酸盐矿物学（橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石）在很大程度上不受碳含量的影响。在Fe-C-S系统中，金属要么是两种不混溶的富铁合金（富S和贫S），要么是单一的富铁合金，其不混溶性取决于S/Fe比和堆芯压力。在我们的实验条件下，石墨是主要的含碳相，没有碳化硅或碳酸盐的痕迹。如果体碳含量高于使地幔和地核饱和所需的含量，石墨将以硅酸盐地幔顶部的额外层的形式存在。对于足够厚的石墨层，由于高压，金刚石将在该层的底部形成。我们对开普勒-37b的内部结构进行了建模，结果表明，仅仅10重量%的石墨层就会使其衍生质量减少7%，这表明未来的太空任务可以确定具有不显著气体包层的岩石系外行星的半径和质量，从而对其碳含量进行定量限制。未来对表面富含石墨的岩石系外行星的观测将显示出由于石墨的低反射率而导致的低反射率。表面上除了碳之外没有其他生命元素，这可能使它们不适合居住。
2019-02-14 astro-ph.EP
Mass, energy, and momentum capture from stellar winds by magnetized and unmagnetized planets: implications for atmospheric erosion and habitability
磁层保护其行星大气免受恒星风烧蚀的程度取决于它在多大程度上阻止了与大气的能量和动量交换，以及它在多大程度上捕获了逃逸的等离子体。我们专注于前者，并提供了一个形式主义估计近似上限的质量，能量和动量捕获，并用它们来约束损失率。我们的方法量化的本地偏转传入的等离子体的行星磁场和增加太阳风质量捕获由这个磁层时，风和行星场发生磁重联的面积之间的竞争。磁化行星的太阳风捕获量可能比电离层小的非磁化行星大，即使能量传输的速率更低。我们发现，自月球形成撞击以来，地球历史上一直是这种情况-地球发电机可能开始。在磁极附近聚焦入射的带电粒子可以增加足够强的行星场和足够弱的风的局部能量通量，我们发现这可能是地球未来的情况。未来地球磁场的保护作用将取决于它捕获向外释放的等离子体的能力。这种收集面积增加和磁层流入速度降低之间的竞争可能对于确定行星场的净保护作用及其在维持可居住性方面的重要性至关重要，并且可以帮助解释火星，金星和地球目前的离子损失率。
2018-10-06 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
The Habitability of GJ 357 d : Possible Climates and Observability
GJ 357系统有3颗行星围绕一颗明亮的M2.5V恒星运行，距离为9.44pc。最内侧的行星GJ 357 b（TOI-562.01）是一颗热的凌日行星，其密度与地球相似，接收到的辐射是地球从太阳接收到的辐射的12倍，并使用TESS的数据检测到。径向速度在9.12（GJ 357 c）和55.6天（GJ 357 d）发现了另外两颗行星，最小质量分别为3.59+/-0.50和6.1+/-1地球质量，辐射分别为4.4和0.38地球辐射。GJ 357 d受到的恒星辐射比我们太阳系中的火星略少，这使它处于其宿主恒星的宜居带。GJ 357 d不能用TESS检测到，它是否过境仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们模型在什么条件下GJ 357 d可以维持表面的可居住性和目前的行星模型，以及合成的传输，反射和发射光谱的一系列模型GJ 357 d从水世界到类地模型。GJ 357 d的释气速率与地球类似，它将是一个冰冻的岩石世界，但二氧化碳含量增加，如果地质循环像地球一样调节二氧化碳浓度，那么这颗行星的模型显示出温和的表面条件。如果我们能探测到GJ 357 d的凌日，它将成为太阳系附近最近的凌日行星，可能适合居住。即使GJ 357 d没有凌日，其恒星的亮度也使这颗位于附近M星宜居带的行星成为超大望远镜观测的主要目标，以及未来的太空任务。
2019-07-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Enabling Ice Core Science on Mars and Ocean Worlds
提出紧凑型仪器MSIS，通过融化与升华冰芯并连接下游分析，支持火星和海洋星球的火山、气候、生命及天体生物学研究。
2023-01-05 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.ins-det
On the Origin and Evolution of Life in the Galaxy
一个简单的随机进化模型，基于需要通过一系列的n个关键步骤（卡特1983年，沃森2008年）适用于地球和外星生命的起源。在前一种情况下，人类在地球可居住时期出现的时间表明n = 4。逐步增加早期的进化转变（Maynard Smith和Szathmary，1995）给出了n = 5时的最佳拟合，这意味着它们的初始转变不是关键的，或者可居住性开始于大约6 Ga前。后一种情况排除了火星或太阳系其他地方的生命起源，简单的人择论证是，宇宙中地外生命是稀缺的，因为它没有时间进化。或者，如果基本的祖细胞物质迁移到地球是可能的，时间尺度可以延长。如果模型中包含额外的过渡以允许地球迁移，那么可居住性的开始甚至需要早于6 Ga前。我们目前对银河系可居住性和动力学的理解并不排除这种可能性。我们的结论是，银河系间断平衡（Cirkovic et al. 2009），提出作为一种方法绕过人择问题，不是唯一的方法，使生命在银河系中更普遍。
2011-03-17 astro-ph.CO astro-ph.EP
Effects of variable eccentricity on the climate of an Earth-like world
开普勒时代的系外行星发现为天文学界提供了一个与我们居住的系统非常不同的行星系的聚宝盆。人们早就知道木星在火星的轨道参数和气候中起着重要作用，但人们也长期认为，如果不是因为它的大卫星，木星也会对地球发挥类似的作用。使用一个三维大气环流模式（3-D GCM）与完全耦合的海洋，我们模拟会发生什么样的气候的地球一样的世界，如果火星不存在，但一个类似行星更接近地球的轨道。我们调查了两种情况，涉及类地行星的轨道偏心率从0- 0.283超过6500年，从0- 0.066的时间尺度为4500年的演变。在这两种情况下，我们发现，他们将保持相对温和的气候在模拟的时间尺度。随着我们继续调查天空，将发现多行星系统中更多的类地行星，本文的结果表明，大型气体巨行星的接近可能在这些世界的可居住性中发挥重要作用。这是第一个这样的三维GCM模拟使用一个完全耦合的海洋与行星轨道，随着时间的推移，由于一个巨大的行星的存在而演变。
2016-12-22 astro-ph.EP
Terraforming Mars: Mass, Forcing, and Industrial Throughput Constraints
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
通过系统级约束分析，评估了火星改造中大气压、温度、工业规模等关键限制，指出开放大气改造不可行，而区域封闭式改造在近期工业规模上可行。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
How habitable are M-dwarf Exoplanets? Modeling surface conditions and exploring the role of melanins in the survival of Aspergillus niger spores under exoplanet-like radiation
本文通过模拟M矮星系外行星表面温度和辐射环境，并结合黑曲霉孢子辐射存活实验，发现火星大气或薄层土壤/水屏蔽下孢子可耐受超级耀斑，黑色素能显著提高存活率，为系外行星宜居性研究建立了微生物学框架。
2024-03-06 astro-ph.EP physics.bio-ph
Exoplanets - search methods, discoveries, and prospects for astrobiology
尽管太阳系拥有火星和木卫二，是我们所知的寻找化石/现存生命的最佳候选者--基于复杂的碳化合物和液态水--但截至2008年9月15日，已知围绕其他恒星的263个（非脉冲星）行星系可能拥有更多可能存在生命的行星。此外，这些系外行星系统的数量正在稳步增长，随着这种增长，可能承载碳-液态水生命的行星数量也在增加。在这篇简短的评论中，概述了发现系外行星的主要方法，然后介绍了迄今为止的发现。然后讨论了可居住性，并概述了如何从远处研究行星以确定它是否适合居住，以及它是否确实有人居住。这篇评论是针对天体生物学社区，它跨越了许多学科，其中很少涉及系外行星。因此，它处于基本水平，集中于主要专题。
2009-01-14 astro-ph.EP
Observing Isotopologue Bands in Terrestrial Exoplanet Atmospheres with the James Webb Space Telescope---Implications for Identifying Past Atmospheric and Ocean Loss
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可能很快就会观测到围绕M矮星运行的类地行星，以描述其大气成分并寻找可居住或生命的迹象。这些行星可能会经历显著的大气和海洋损失，因为它们的宿主恒星的超亮前主序星阶段，这可能会留下非生物产生的氧气，这对生命的探测是一个假阳性。确定是否发生了海洋损失将有助于评估潜在的可居住性，以及检测到的任何O2是否是生物源的。在太阳系中，同位素丰度的差异被用来推断海洋损失和大气逃逸的历史（例如金星，火星）。我们发现，使用交通传输光谱的类地行星周围的晚型M矮星，如TRAPPIST-1的同位素测量可能与JWST，如果逃逸机制和由此产生的同位素分馏是类似的金星。我们目前的分析后海洋损失O2和CO2占主导地位的大气，包含一系列的微量气体丰度。同位素谱带可能在整个近红外（1-8 μ m），特别是3-4 μ m的范围内都可以检测到，尽管在CO2占主导地位的大气中无法检测到。对于类金星的D/H比为地球的100倍，通过观测HDO，高达79 ppm的TRAPPIST-1 b过境信号是可能的。同样，18 O/16 O比地球高100倍，产生的信号高达94 ppm。最佳使用JWST NIRSpec Prism，可以在这些波段上以少至4至11次的跃迁实现S/N=5的检测。因此，H2O和CO2同位素可以被认为是过去海洋损失和大气逃逸的JWST观测M矮星周围的类地行星的指标。
2019-05-30 astro-ph.EP
Triboelectrification of KCl and ZnS particles in approximated exoplanet environments
当被移动时，颗粒材料由于颗粒经历碰撞和摩擦相互作用而变得带电。在地球上，这种被称为摩擦起电的过程在火山羽流和沙尘暴中得到了证实。然而，摩擦充电几乎肯定存在于其他世界，无论是在我们自己的太阳系（如火星，月球和金星）和太阳系外行星。事实上，观测表明，银河系中的许多行星都被光学厚云或薄雾所笼罩。这些云内的摩擦充电可能有助于这些世界的全球电路，提供产生闪电的机制，驱动大气中的化学过程，并可能影响可居住性。在这项工作中，我们探索了氯化钾和硫化锌的摩擦起电，这两种物质被认为构成了具有> 50倍太阳金属丰度的巨大系外行星的云，包括广泛研究的超级地球GJ 1214 b，超级地球HD 97658 b，海王星大小的GJ 436 b和热木星WASP-31 b。我们发现，这两种材料在移动时很容易带电，达到与火山灰颗粒相似的电荷密度。因此，如果这些行星的大气层中确实有矿物颗粒的聚集，这些云很可能是带电的，并且可能能够产生闪电或电晕放电。
2018-09-19 astro-ph.EP
Smaller Sensitivity of Precipitation to Surface Temperature under Massive Atmospheres
降水及其对强迫的响应是行星气候系统的一个重要方面。在这项研究中，我们研究了不同的大气质量的实验中的降水强度及其对地面变暖的响应，使用三个全球大气环流模式（GCMs）和一个区域云解析模式（CRM）。我们发现，当大气质量较大时，对于给定的地面温度，降水是较弱的。大气质量越大，降水量随地面温度升高的增加率越小。这些行为可以基于大气或表面能平衡来理解。大气质量影响瑞利散射、大气中的多次散射、压力展宽、直减率，从而影响降水强度。这些结果对早期地球、早期火星和有海洋的系外行星的气候和宜居性具有重要影响。
2022-09-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
Stellar Influence on Heavy Ion Escape from Unmagnetized Exoplanets
行星的可居住性部分取决于行星的大气演化;这种演化的一个关键组成部分是重离子逃逸到太空。离子损失过程对行星的等离子体环境很敏感，由恒星风和恒星辐射决定。这些条件可能与我们在太阳系中观察到的情况不同，当我们考虑一颗行星在M矮星周围的宜居带时。在这里，我们使用一个混合全球等离子体模型进行系统的研究，不断变化的等离子体环境和离子逃逸作为恒星输入条件的函数，其目的是模仿那些潜在的宜居行星轨道M-矮星。我们从一个名义上的情况下，太阳风在火星上经历了今天，并逐步修改行星际磁场的方向和强度，动态压力，和极紫外线输入。我们发现，这两个离子损失形态和整体速率变化显着，并在恒星风压增加的情况下，离子损失开始扩散或生产限制与大约一半的所有产生的离子被丢失。这一限制意味着，在将太阳系中观测到的损耗过程外推到极端环境时，必须格外小心。
2019-03-13 astro-ph.EP
Estimating the potential of ionizing radiation-induced radiolysis for microbial metabolism on terrestrial planets and satellites with rarefied atmospheres
本研究利用GEANT4模拟GCR辐射分解的能量沉积与电子产生，定义火星、木卫二和土卫二的RHZ，并比较其可支撑的微生物细胞密度。
2025-07-27 astro-ph.EP physics.bio-ph
The Influence of Stellar Phosphorus On Our Understanding of Exoplanets and Astrobiology
在寻找系外行星并最终考虑其可居住性时，有必要考虑行星的组成，地球物理过程和地球化学循环，以限制生命可用的生物必需元素。确定系外行星生态系统的元素比例尚不可能，但我们通常假设行星的成分与其宿主恒星相似。因此，使用Hypatia目录的高分辨率恒星丰度附近的恒星，我们比较的C，N，Si和P丰度比的主序星与那些在平均海洋浮游生物，地壳，以及散装硅酸盐地球和火星。我们发现，在一般情况下，浮游生物，地球和火星是N-贫和P-丰富的附近的恒星相比。然而，由于缺乏P丰度数据，只有约1%的恒星和1%的系外行星宿主存在，因此很难从恒星数据中推断出明确的趋势，更不用说P在系外行星演化中的作用了。我们的太阳有相对较高的P，地球生物学需要少量但有限的P。在形成于主恒星周围的岩石行星上，P基本上较少，P进入核心的强烈分配可能会排除表面P的可能性，因此，该行星表面上的生命可能会消失。因此，我们敦促恒星丰度社区在未来的研究和望远镜设计中优先考虑P观测。
2020-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exosphere Modeling of Proxima b: A Case Study of Photochemical Escape with a Venus-like Atmosphere
在宜居带内围绕M-矮星运行的系外行星暴露在比我们太阳系中的类地行星经历的更极端的恒星环境中，这会显著影响系外行星的大气层，并影响其可居住性和可持续性。这项研究提供了第一个预测的热氧日冕结构和相关的光化学损失从1巴CO2为主的大气层的金星状的岩石系外行星，其中O2+离子的解离重组被认为是主要的源反应的中性O原子逃逸和形成的热O日冕（或外球面）在火星和金星。在三维磁流体动力学模型模拟电离层的基础上，采用三维蒙特卡罗程序模拟了Proxima Centauri b（PCb）的外逸层。我们的模拟结果表明，在一个轨道周期的PCb的恒星风动压的变化并不影响整体的空间结构的热O日冕，但有助于在全球热O逃逸率的变化，变化的数量级。当行星拥有其固有的磁场时，逃逸急剧增加，因为电离层随着全球磁场的存在而变得更加扩展。扩展的热O日冕可能会导致一个更广泛的H外逸层通过热H和热O之间的碰撞，这说明了考虑外逸层中的非热人口解释未来的观测的重要性。
2021-09-14 astro-ph.EP
Why are Mountaintops Cold? The Transition of Surface Lapse Rate on Dry Planets
本研究用气候模型揭示干燥行星表面递减率受温室效应和地表压力控制，温室效应主导转变，地形冷阱对干旱行星气候重要。
2023-11-16 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Interior convection regime, host star luminosity, and predicted atmospheric CO2 abundance in terrestrial exoplanets
本研究通过耦合地质与大气模型模拟两种地幔对流状态下类地行星的演化，发现两类行星宜居气候占比相近，但可通过探测25颗行星的CO₂丰度（>0.1 bar）以高置信度推断主导对流状态，为未来空间望远镜任务设计提供参考。
2024-12-10 astro-ph.EP
Photobombing Earth 2.0: Diffraction Limit Related Contamination and Uncertainty in Habitable Planet Spectra
观测可能与地球相似的可居住系外行星是天文学的一个关键优先事项，这不仅取决于探测此类世界，而且还取决于确定可居住性的明显特征不是由于其他来源。设计用于观察这些世界的太空望远镜，例如美国宇航局2020年天体物理学十年调查推荐的望远镜，具有衍射限制分辨率，可以有效地将光源的光线传播到源点周围的区域。在这封信中，我们表明，6米的空间望远镜的衍射极限的结果在一个类地行星的点扩散函数，可能包含额外的意外机构的系统在距离有关拟议的搜索。这些意想不到的额外物体，如其他行星和卫星，可以通过产生虚假特征和增加光谱中的额外不确定性来影响假定的可居住行星的光谱。一个由6米太空望远镜观察的地球模型，就好像它是一颗系外行星，显示来自地球的光将与月球，水星，金星和火星以各种组合混合在一起，并在不同的时间与系统的距离和波长的许多组合。考虑到为了寻找生物特征而提取潜在宜居行星的真实光谱的重要性，我们强调需要在开发相关望远镜时考虑这种效应，并提出一些潜在的方法来解释这种光轰炸效应。
2022-08-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
