Impact of Tides on the Potential for Exoplanets to Host Exomoons
系外卫星可能在决定我们太阳系以外世界的可居住性方面发挥重要作用。它们可以稳定环境，通过打破与母星的潮汐锁定来改变气候，驱动潮汐加热，甚至可能是生命本身。然而，系外行星维持系外卫星的能力取决于复杂的潮汐相互作用。基于此，我们利用简化的潮汐滞后模型来跟踪行星、恒星和月球系统中的分离、轨道和旋转周期的演变。我们将这些模型应用于已知的系外行星系统，以评估这些系外行星承载系外卫星的潜力。我们发现，至少有36个系统中，一个位于宜居带的系外行星可能拥有一个超过10亿年的系外卫星。这包括开普勒-1625b，这是一颗具有系外卫星候选者的系外行星，我们确定它能够保留海王星大小的卫星超过哈勃时间。这些结果可能有助于为未来的观察提供潜在的目标。在许多情况下，特定系外行星的组成仍然存在相当大的不确定性。我们表明，探测（或不探测）的系外卫星将提供一个重要的约束行星结构，由于其潮汐响应的差异。
2020-08-26 astro-ph.EP
Thermal Tides in Short Period Exoplanets
在行星大气中，随时间变化的日射诱导出一个质量四极，恒星潮汐加速度可以对它施加一个力。这种“热潮汐”力可以引起行星和轨道上的长期扭矩以及导致偏心率演变的径向力。我们将这一想法应用于近距离的气态巨行星（“热行星”）。辐射大气的响应是在一个流体静力学模型中计算的，该模型将日射视为随时间变化的热源，并使用通量限制扩散求解热辐射。完全非线性数值模拟相比，线性化方程的解决方案，以及解析近似，所有这些都是在良好的协议。我们发现，一般的热潮汐密度扰动{ \it导致}的半日强迫。因此，热潮汐可以产生异步自旋和偏心率。我们的结果如下：（1）对于热彗星，偏离同步自旋是显著的，并且随着轨道周期的增加而增加。(2)自旋平衡中持续的引力潮汐耗散导致稳态内部加热率高达$\sim 10^{28} {\rm erg\ s^{-1}}$。如果沉积得足够深，这些加热速率可以解释为什么许多热彗星的半径如此之大，因为在“潮汐主序”中，冷却作用平衡了潮汐加热作用。在固定的恒星类型，行星质量和潮汐$Q$，行星半径增加强烈向恒星内的轨道周期$\la 2$周。(3)在轨道周期中存在一个狭窄的窗口，其中小偏心率$e$以大的速率呈指数增长。这个窗口可以解释热彗星的$\sim 1/4$，这些热彗星应该在很久以前就被引力潮环绕，但被观察到具有显著的非零$e$。（节录）
2009-01-07 astro-ph.EP
Tidal Effects on the Habitability of Exoplanets: The Case of GJ 581 d
潮汐可能对系外行星的可居住性至关重要。如果这样的行星在低质量恒星周围形成，那么那些在星周宜居带的行星将足够接近它们的宿主恒星，从而经历强大的潮汐力。潮汐可能会导致轨道衰变和圆化，向零轨道演化，固定的旋转速率（不一定是同步的），以及大量的内部加热。由于潮汐效应，适居轨道位置的范围可能与传统的基于恒星日照、大气效应和行星表面液态水的宜居带（HZ）概念所定义的范围大不相同。潮汐加热可能会使传统HZ内的位置太热，而传统区域外的行星可能会由于潮汐而变得非常适合居住。在这里，我们考虑这些影响的系外行星GJ 581 d。
2010-06-13 astro-ph.EP
An apparently eccentric orbit of the exoplanet WASP-12 b as a radial velocity signature of planetary-induced tides in the host star
在极紧轨道上的大质量系外行星，如WASP-12 b，在其宿主恒星中引起平衡潮汐。随着行星的轨道运动，恒星中的潮汐流体流动可以用径向速度方法来检测。它的特征表现为轨道频率的二次谐波，模仿非零轨道偏心率。利用国家伽利略望远镜上HARPS-N摄谱仪获得的新的径向速度测量值，并结合文献资料，我们证明了WASP-12 b轨道的视偏心率在5.8 σ水平上是非零的，并且这个视偏心轨道的近星点经度接近270度。这种轨道结构与由圆形轨道和主恒星潮汐特征组成的模型是兼容的。这些潮汐的径向速度幅值被认为是一致的平衡潮汐近似。潮汐变形预计将产生振幅为80 ppm的通量调制，可使用空间设施检测到。
2019-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observational Evidence for Tidal Destruction of Exoplanets
近地系外行星的轨道分布显示了潮汐持续移动和破坏的证据。行星的主星上升起的潮汐会导致行星的轨道衰减，即使在轨道偏心率降到零之后。观测到的轨道分布和潮汐理论的预测的比较显示出良好的定性一致性，表明潮汐破坏近距离系外行星是常见的。这个过程可以解释观测到的小a值的截止值，轨道周期在三天附近的聚集，以及凌日行星的相对年轻。与先前的考虑相反，不一定需要一种机制来阻止近距离行星在其当前轨道上向内迁移。接近潮汐破坏的行星可能被发现具有极小的α，可能已经被剥夺了任何气体包层。最近发现的CoRoT-Exo-7 b可能是这样一颗行星的一个例子，可能会在未来几个Gyrs内被潮汐摧毁。此外，当一个或多个行星已经被吸积时，恒星可能会表现出不寻常的成分和/或自转速率。
2009-04-07 astro-ph.EP
Tidal synchronization of close-in satellites and exoplanets. A rheophysical approach
本文提出一种新的天体动力潮汐理论。它是建立在牛顿蠕变，而不是经典的延迟方法的标准粘弹性理论和理论的结果主要来自非齐次常微分方程的解决方案。滞后出现在解中，但作为从方程的解确定的量，而不是插入弹性模型中的任意外部量。潮汐分量的滞后是其频率的递增函数（如达尔文的理论），但不是小数量。潮汐分量的振幅取决于物体的粘性和它们的频率;它们不是常数。由此产生的静止旋转（伪同步）具有与$6ne^2/(χ^2+1/χ^2)$（$χ$是以一个临界频率为单位的平均运动-松弛因子-与粘度成反比）大致成比例的超额速度，而不是标准理论的精确$6ne^2$。伪同步解中的耗散与$(χ+1/χ)$成反比。在无粘性极限下，它大致与频率成比例（如标准理论），但当粘性很高且潮汐频率大于临界频率时，这种行为就相反了。对于自由旋转体，耗散由相同的定律给出，但现在$χ$是以临界频率为单位的半日潮频率。这种方法无法再现地球上的实际潮汐滞后。在这种情况下，为了使理论和观测相一致，我们需要假设存在一个叠加在蠕动潮汐上的弹性潮汐。该理论被应用到几个太阳系和太阳系外的机构和目前可用的数据被用来估计这些机构的弛豫因子$γ$（即临界频率）。
2013-03-19 astro-ph.EP
DREAM II. The spin-orbit angle distribution of close-in exoplanets under the lens of tides
本研究检验了近距系外行星自转-轨道角分布与潮汐相互作用的统计关系，构建稳健框架重建三维分布，并开发公式估计系统错位概率，发现破坏性动力学过程优先塑造极轨道错位，而星-行星相互作用则重排或抑制其他倾斜构型。
2023-05-01 astro-ph.EP
Planet-Planet Tides in the TRAPPIST-1 System
恒星TRAPPIST-1拥有一个由七颗凌日的类地系外行星组成的系统，这些行星显然处于共振链中，其中至少有一些在宜居带内或附近。许多人研究了潮汐在这个系统中的作用，因为行星轨道能量的潮汐耗散可能与行星的旋转和轨道动力学以及它们的可居住性有关。一般来说，潮汐的计算是由于恒星在行星上引起的潮汐，以及行星在恒星上引起的潮汐。我写这篇研究笔记是为了指出一种潮汐效应，它可能至少和TRAPPIST-1系统中的其他潮汐效应一样重要，而且迄今为止在文献中还没有被注意到：行星-行星潮汐。在一些合理的假设下，我发现对于TRAPPIST-1系统中的每一颗行星$p$，都存在另一颗行星$q$，其行星-行星动力学潮汐应变在恒星偏心率潮汐应变的一个数量级之内，并且行星$f$对行星$g$的影响实际上大于恒星对行星$g$的影响。因此，在TRAPPIST-1系外行星系统中，行星与行星之间的潮汐不能被忽略，特别是行星$f$引起的PDMATHAMP上的潮汐，如果行星同步旋转的话。
2018-09-24 astro-ph.EP
The Radial Velocity Signature of Tides Raised in Stars Hosting Exoplanets
近距离的大质量系外行星在其恒星宿主中引发了显著的潮汐。我们计算径向速度（RV）信号，由于这种流体运动的平衡潮汐近似。在观测到的系外行星样本中，有17个系统的预测径向速度超过1 m/s，WASP-18 b的最大预测信号约为30 m/s。因此，潮汐诱导的RV可用本方法检测。潮汐流体流动和稍微偏心的轨道的周转运动都产生两倍于轨道频率的RV信号。如果不小心，潮汐引起的RV在某些情况下可能会与有限的轨道偏心率混淆。事实上，WASP-18 b有一个偏心轨道，e=0.009，近心经度ω=-π/2。虽然轨道和观测者视线的这种紧密对准需要微调，但RV信号中的这一相位自然可以由e=0轨道的潮汐速度特征来解释。此外，对振幅的平衡潮汐估计与数据大致一致。因此，WASP-18 b的偏心率很可能是恒星宿主中潮汐诱导RV的特征。对非凌日行星的轨道速度和潮汐速度的测量可以使行星的质量和倾角单独从径向速度数据中确定。我们建议，RV数据的高精度拟合应包括潮汐速度信号，在这些情况下，它可能会影响轨道参数的确定。
2011-07-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Main-sequence exoplanet systems: tidal evolution
本研究聚焦近宿主恒星的系外行星，介绍潮汐物理学基础，阐述潮汐对这类行星轨道、半径及演化的作用，以及潮汐在已观测系外行星种群中留下的特征印记。
2024-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal Evolution of Close-in Exoplanets and Host Stars
本文通过模拟潮汐与磁制动共同作用，解释了开普勒样本中短周期热木星在自转周期约25天的恒星周围聚集的现象，并给出太阳型恒星的弛豫因子约为10 s⁻¹。
2023-06-22 astro-ph.EP
Are Tidal Effects Responsible for Exoplanetary Spin-Orbit Alignment?
拥有行星的恒星的质量是行星系形成的线索。先前的观测导致了一个假设，即对于近距离的巨行星，潮汐相互作用会强制自旋轨道对齐。在这里，我们研究这个假设的两个问题。首先，Mazeh及其同事最近使用了一种新技术-基于星点引起的光度变化的幅度-得出结论，即使对于相对长周期的行星，自旋轨道对齐也很常见，如果潮汐负责，这将是不可能的。我们重新检查的数据，并发现光度变化和行星轨道周期，是定性一致的潮汐相互作用之间的统计显着相关性。然而，它仍然很难定量解释，因为它需要潮汐在长达数十天的时间内有效。第二，罗杰斯和林反驳了潮汐重新排列的特定理论，表明最初的逆行系统将无法重新排列，这与观察到的潮汐系统的流行相矛盾。我们调查一个简单的模型，克服了这个问题，考虑到惯性波的耗散和平衡潮汐，以及磁制动。我们确定了一个区域的参数空间，可以实现重新调整，但它只适用于近距离的巨行星，并需要一些微调。因此，虽然我们发现这两个问题比它们最初出现时更加微妙，但潮汐模型仍然有严重的缺陷。
2015-12-09 astro-ph.EP
Quantification of Tides in Giant Planets from Observations
IMCCE, Observatoire de Paris, PSL Research University, Sorbonne Université, CNRS, Univ. Lille（IMCCE，巴黎天文台，PSL研究大学，索邦大学，CNRS，里尔大学）；Dipartimento di Ingegneria Industriale, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna（工业工程系，博洛尼亚大学）；Institut Polytechnique des Sciences Avancées IPSA（高级科学理工学院）；Observatoire de la Côte d’Azur, UniCA, Laboratoire Lagrange CNRS UMR 7293（蔚蓝海岸天文台，尼斯大学，拉格朗日实验室）
本文通过卡西尼探测器的数据，量化了巨行星的潮汐效应，并探讨了其对太阳系及其他行星系统的影响。
2026-03-02 astro-ph.EP
Calibration of Equilibrium Tide Theory for Extrasolar Planet Systems
我们提供了一个“有效的理论”的潮汐耗散在太阳系外行星系统的经验校准模型的平衡潮汐。该模型是有效的高阶偏心率和参数化的两个常数的散装耗散-一个耗散在行星和一个耗散在宿主恒星。我们能够一致地描述太阳系外行星系统的周期，偏心率和质量（与土星质量的下限）的分布与这个简单的模型。我们的模型与短周期系外行星系统的生存是一致的，但不与等质量恒星双星的循环周期，这表明后者的系统比系外行星的宿主恒星经历了更高水平的耗散。我们的模型也不符合膨胀的行星半径作为潮汐耗散的结果的解释。演化A星周围短周期行星的缺乏被解释为恒星半径随演化而增加导致的潮汐螺旋增强的结果。
2010-09-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Repercussions of thermal atmospheric tides on the rotation of terrestrial planets in the habitable zone
半日大气热潮汐对于位于主星宜居带的类地系外行星是非常重要的。在固体潮汐的作用下，它们扭转这些行星，从而有助于确定它们的旋转状态和气候。鉴于热潮汐的复杂动力学，分析模型对于理解其对行星大气的结构和旋转以及潮汐频率的依赖性至关重要。在这种情况下，由Lindzen和Chapman在60年代提出的最新模型很好地解释了类地快速旋转体渐近状态下热潮汐的性质，但预测了自旋轨道同步附近的非物理发散潮汐扭矩。在这项工作中，我们提出了一个新的模型，通过考虑耗散过程，通过牛顿冷却来解决这个问题。首先，我们恢复潮汐扭矩最近获得的数值模拟使用大气环流模式（GCM）。其次，我们表明，潮汐响应是非常敏感的大气结构，特别是对流的稳定性。强稳定层结能够消除大气潮汐扭矩，导致同步，而对流大气将受到强扭矩，导致非同步旋转状态。
2017-10-19 astro-ph.EP
Tidal dissipation in rotating and evolving giant planets with application to exoplanet systems
本研究探讨了质量在0.1-10木星质量的旋转演化巨行星中的潮汐耗散，发现被激发的惯性波是主导机制，并预测了修正的潮汐品质因子，揭示了行星潮汐在系外行星偏心率圆化中的关键作用。
2023-11-27 astro-ph.EP
Tides on Lava Worlds: Application to Close-in Exoplanets and the Early Earth-Moon System
本研究提出适配岩浆洋相变的潮汐响应解析模型，应用于早期地月系统与近距离系外行星，修正了月球退行预测，揭示熔岩表面对行星自旋轨道演化及表面温度的关键影响。
2024-12-10 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Numerical Non-Adiabatic Tidal Calculations with GYRE-tides: The WASP-12 Test Case
利用GYRE-tides对WASP-12系统进行非绝热潮汐计算，验证其轨道衰减机制及非线性阻尼作用。
2025-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Distinguishing multicellular life on exoplanets by testing Earth as an exoplanet
在系外行星上，多细胞生命能与单细胞生命区分开来吗？我们假设，丰富的直立光合多细胞生命（树木）将在高太阳角度下投射阴影，这将使它们与单细胞生命区分开来，并使用地球作为系外行星来测试这一点。我们首先在亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的一个复制月球着陆点使用无人驾驶飞行器（UAV）测试这个概念，并显示树木具有独特的反射特征（红色边缘）和几何特征（高太阳角度下的阴影），可以将它们与复制月球陨石坑区分开来。接下来，我们用POLDER（地球反射的偏振和方向性）卫星定向反射测量计算地球在几个相位角的反射特征，然后将地球减少到一个像素。我们将地球与其他行星体（火星，月球，金星和天王星）进行比较，并假设地球的定向反射率将介于没有风化的强后向散射岩石体（如火星和月球）和具有更多各向同性散射的多云体（如金星和天王星）之间。我们的建模结果将地球与强烈后向散射的火星相一致，而我们的经验结果将地球与更各向同性散射的金星相一致。我们确定了模型和经验结果中的潜在弱点，并提出了额外的步骤来确定这种技术是否可以区分系外行星上的直立多细胞生命。
2020-09-01 astro-ph.EP
Extremophile life-form survey on rocky exoplanets
在其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学研究的迷人领域。根据NASA系外行星档案数据库，目前已发现近3500颗系外行星。地球相似性指数（ESI）定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值，范围从0（与地球不同）到1（地球）。在这项研究中，岩石系外行星，适合岩石依赖极端微生物，如：Chroococcidiopsis和Acarosporamto被选择，可以潜在地生存被考虑。介绍了殖民相似性指数（CSI），并对1650个岩石系外行星进行了分析，CSI基本上代表了适合岩石极端微生物生存的类地行星，这些极端微生物可以在极端温度下生存（即像沙漠一样热，像冻土一样冷）。在这项工作中，可居住的系外行星被确认为即使这些岩石极端微生物也无法通过使用CSI度量工具生存。
2018-05-29 astro-ph.EP
Exoplanets Beyond the Solar Neighbourhood: Galactic Tidal Perturbations
大多数银河系外的太阳系行星可能居住在银河系中心的几千秒差距内。作用在行星上的银河潮汐力与银河系中行星的半径成反比，因此在内银河系中的潮汐力要比太阳系附近的潮汐力大得多。在3.5至10千秒差距的范围内，来自银河系圆盘的垂直潮汐占主导地位。在3.5kpc以内，银河系隆起的影响不可忽视，面内潮汐分量与垂直分量同样重要。在这里，我们量化这些潮汐引起的轨道变化。我们发现，最大的扰动发生时，行星轨道是严重失调的母星的轨道。当两个平面垂直时，行星的偏心率趋于一致，尽管半长轴不受影响。当两个平面重合时，来自银河潮汐的影响被最小化，但保持非零。在这些情况下，我们提供了生存时间的估计，以及作为银河系参数的函数的所有银河系外行星的最小基线偏心率变化。类似于太阳系的倾角（约60度）可以很容易地导致银河系隆起深处（50 pc以内）的宿主恒星周围的偏心海王星（约30 AU）经历十分之几的偏心率变化，并导致已知最广泛分离的系外行星（约1000 AU）在银河系圆盘中经历类似的变化。这些变化发生在几个陀螺仪的时间尺度上，一个典型的主序列寿命的一小部分。
2012-12-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The Diversity of Exoplanetary Environments and the Search for Signs of Life Beyond Earth
本文综述系外行星环境的多样性，探讨生命对大气气体、替代溶剂及云生物圈的适应性，强调金属离子需求，并展望下一代望远镜对寻找地外生命的贡献。
2025-06-13 astro-ph.EP
Exoplanet Biosignatures: A Framework for Their Assessment
通过望远镜观测发现系外行星上的生命是系外行星科学的最终目标。生命产生气体和其他物质，如色素，它们可以具有独特的光谱或光度特征。未来的数据是否能发现生命，必须用概率来表示，这需要一个生物特征评估框架。我们提出了一个框架，我们主张使用地球化学“外地球系统“模型来模拟光谱或光度学中潜在的生物特征。鉴于实际的观察，模拟是用来找到贝叶斯概率的情况下，这些数据发生的生命和没有生命。后者包括非生物来源模仿生物特征的“假阳性”。影响行星居住的因素的先验知识，包括以前的观察，结合的可能性，给出贝叶斯后验概率的生命存在于一个给定的系外行星。观察和分析的四个组成部分是必要的。1)恒星的表征（例如，年龄和光谱）和系外行星系统特性，包括“外部”系外行星参数（例如，质量和半径）来确定系外行星是否适合生命。2)“内部”系外行星参数的表征（例如，气候），以评估可居住性。3)评估环境背景下的潜在生物特征（组成部分1-2）和任何确证证据。4)排除假阳性。由此产生的生命存在的后验贝叶斯概率映射到五个置信水平，范围从“非常可能”（90-100%）到“非常不可能”（$\le$ 10%）居住。
2018-05-03 astro-ph.EP
Life Beyond the Solar System: Observation and Modeling of Exoplanet Environments
直到最近，在太阳系以外的行星上寻找生命一直是天体物理学界的研究领域。自2015年NASA天体生物学战略文件（AS15）以来的一个重大发展是将NASA的其他科学学科（行星科学，太阳物理学，地球科学）与天体物理学中正在进行的系外行星研究相结合。美国宇航局系外行星系统科学（NExSS）为科学家提供了一个跨学科合作的论坛，以加速在其他地方寻找生命的进展。在这里，我们描述了这些其他学科的最新发展，重点是系外行星的性质和环境，以及未来的进展，将通过整合新兴的知识，从天体物理学的见解，从这些领域的前景。
2018-01-23 astro-ph.EP
Statistical Signatures of Panspermia in Exoplanet Surveys
一个基本的天体生物学问题是生命是否可以在太阳系外的星系之间运输。我们提出了一个新的策略来回答这个问题的基础上的原则，即通过传播产生的生命将表现出更多的集群比生命自发产生。我们开发了简单的胚种说的统计模型来说明这些过度相关性的可观察到的后果。未来对系外行星大气中生物特征的搜索可以测试这些预测：胚种论的确凿证据将是检测到银河系中的大片区域，那里的环境充满了生命，其中散布着生命非常罕见的空隙。在一个有利的情况下，探测到少至$\sim 25$的生物活性系外行星可能会产生$5σ$的胚种说探测。位置-空间相关性的可探测性是可能的，除非生命一旦被播种就变得可观测的时间尺度比恒星在银河系中重新分布的时间尺度更长。
2015-08-06 astro-ph.EP
Characterizing the oxidation state of rocky exoplanets with the Large Interferometer for Exoplanets (LIFE)
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究研究所）；Freie Universität Berlin, Institute of Geological Sciences（柏林自由大学地质科学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；ETH Zurich, Institute for Particle Physics & Astrophysics（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）；ETH Zurich, Department of Earth and Planetary Sciences（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系）
本研究评估系外行星大型干涉仪（LIFE）的性能，利用基于ARCiS和LIFEsim的反演框架，通过光谱测量区分类地大小岩质系外行星的氧化态，明确了不同氧化态下的特征示踪分子。
2026-07-31 astro-ph.EP
Atmospheric thermal tides and planetary spin I. The complex interplay between stratification and rotation
热大气潮汐可以扭转地球行星远离自旋轨道同步旋转，如在金星的情况下观察到的。因此，他们参与确定这些行星的可能气候和大气层的一般环流。在这项工作中，我们写的热潮汐的动力学方程在一个旋转的行星大气的局部垂直分层的部分，考虑到完整的科里奥利加速度对潮汐波的影响。这使我们能够推导出解析的潮汐扭矩和潮汐耗散的能量，我们用它来讨论可能的制度的潮汐耗散和检查分层所发挥的关键作用。与早期的研究一致，我们发现，在同步附近的热大气潮汐力矩的频率依赖性可以近似的麦克斯韦模型。这种行为对应于弱稳定分层或对流流体层，如ADLM 2016 a中所观察到的。强稳定层结允许重力波传播，这使得潮汐扭矩变得可以忽略不计。这两种制度之间的过渡是连续的。传统的近似似乎是有效的，在薄的大气层和政权的旋转频率是由强迫或浮力频率占主导地位。根据大气对流的稳定性，观测到的系外行星可以被潮汐驱动到同步或异步的最终旋转速率。传统近似的适用范围受到计算的严格限制。
2017-09-28 astro-ph.EP
Atmospheric tides in Earth-like planets
大气潮汐会强烈影响行星的旋转动力学。在类地行星家族中，如金星，这种物理机制与固体潮汐相结合，使得角速度在很长的时间尺度上演化，并决定了它们自旋的平衡构型。与固体内核相反，大气层同时受到来自恒星的潮汐引力势和日射通量的影响。气体的复杂响应与其物理性质有着内在的联系。这种依赖性必须加以表征和量化，以研究太阳系外的各种各样的行星系。我们开发了一个理论上的全球模型，辐射损失，这是占主导地位的缓慢旋转的大气中，考虑到。解析计算了压力场、密度场、温度场和速度场的潮汐扰动，并由此导出了大气勒夫数和恒星潮汐力矩的表达式。大气潮汐的动力学取决于潮汐扰动的频率机制：同步附近的热机制和快速旋转行星的动力机制。对类地和类金星系外行星的潮汐频率的扭矩的依赖性进行了量化，并与全球气候模型（GCM）模拟的结果吻合得很好。引入耗散过程，如辐射，规范化的潮汐响应的大气，否则它是奇异的同步。我们展示了超级地球大气的物理和动力学特性（如科里奥利，分层，背景压力，密度，温度，辐射发射）所发挥的重要作用，并指出了定义潮汐制度的关键参数（如惯性，布伦特-Väisälä，辐射频率，潮汐频率）和表征的行为与耗散的流体壳。
2016-11-15 astro-ph.EP
Oceanographic Considerations for Exoplanet Life Detection
液态水海洋是我们在系外行星上寻找生命的中心，因为水是我们所知道的生命的严格要求。然而，海洋是动态的栖息地-有些海洋可能比其他海洋更适合生命。在地球的海洋中，循环运输磷酸盐等必需营养物质，是对生命分布和生产力的一级控制。特别重要的是来自海洋黑暗深处的向上流动，以响应风驱动的表层发散。这种“上升流”使往往在深层积累的基本营养物质通过有机微粒下沉回到光合生命兴旺的阳光照射区域。海洋动力学也可能对海洋外光合作用生命的活动和大气表达施加限制，但我们缺乏对海洋动力学在其他行星上可能存在差异的理解。我们解决这个问题，探索海洋动力学的敏感性，一套行星参数使用ROCKE-3D，一个完全耦合的海洋-大气GCM。我们的研究结果表明，旋转速度较慢且表面压力高于地球的行星可能是远程生命探测最有吸引力的目标，因为在这些条件下，上升流增强，从而为表面生物圈提供更多的营养。高密度行星上混合层的季节性加深也可能增强从深处进入表面混合层的营养补充。有效的营养循环有利于更大的生物活性，更多的生物特征的产生，从而更多的可检测的生命。更一般地说，我们的研究结果表明，考虑海洋现象的系外行星生命探测的重要性，并激励未来的跨学科的贡献，新兴领域的外海洋学。
2020-05-21 astro-ph.EP
Outcomes and Duration of Tidal Evolution in a Star-Planet-Moon System
我们制定了潮汐衰变寿命的假设卫星轨道太阳系外行星与月球和恒星潮汐。以前的工作忽略了月球潮汐对行星自转的影响，因此只适用于月球质量远小于行星质量的系统。相比之下，这项工作可以应用于相对较大的卫星，这些卫星可能会在新发现的海王星质量和超级地球行星周围被探测到。我们的结论是，当行星/卫星系统远离母星时，卫星更稳定，行星更重，或者母星更轻。相对于先前的公式，包含月球潮汐可以显着延长大质量月球的寿命。我们预计，第一个被发现的系外卫星所在的行星的半长轴在G型恒星周围是0.4-0.6 AU，在M型恒星周围是0.2-0.4 AU。
2012-06-02 astro-ph.EP
Understanding planetary context to enable life detection on exoplanets and test the Copernican principle
在系外行星上寻找生命的动机是生命可以改变其行星环境的普遍方式。大气中的气体，如氧气和甲烷是有希望的候选人，这种环境改造由于其生产将赋予进化的好处。然而，确认这些气体是由生命产生的，而不是由地球化学或天体物理过程产生的，将需要彻底了解行星的背景，包括预期的无生命行星的反事实大气演变。在这里，我们评估了目前对几个候选生物特征及其即将到来的可观测性的行星背景的理解。我们审查的背景框架，氧和描述如何固定的非生物氧的情况下可能是可测试的。与氧气相反，目前对行星环境如何控制非生物甲烷（CH $_4$）产生的理解是有限的，即使缺氧大气中的CH $_4$生物特征可以很容易地用詹姆斯韦伯太空望远镜检测到。我们评估了CH $_4$生物特征的环境背景，并得出结论，丰富的大气CH $_4$与CO $_4$共存，CO：CH $_4$ << 1是生物生产的暗示，虽然精确的阈值取决于恒星的背景和稀疏的非生物CH $_4$的特点。行星背景框架也被认为是替代或不可知生物签名。无论生命在宇宙中的分布如何，未来几十年对类地系外行星的观测将为无生命世界的大气演化提供定量的了解。这一知识将为未来的仪器要求提供信息，以证实其他地方存在生命或确认其明显不存在。
2022-03-01 astro-ph.EP
Constraints on planetary tidal dissipation from a detailed study of Kepler 91b
上下文随着对数千颗系外行星的探测，详细描述它们的动态演化是理解它们形成的关键一步。研究在主星和行星中发生的潮汐消散，对于研究在系统中存在的物体之间发生的角动量的分布和研究轨道参数的演变具有重要意义。从理论的观点来看，潮汐在整个物体中的消散可以通过依赖所谓的相位或时滞平衡潮汐模型来研究，在该模型中，约化的潮汐品质因数Q 'p，或等效地，勒夫数与时滞之间的乘积（k 2 Δ T），描述了潮汐在扰动物体内消散的效率。通过观察系外行星系统的当前配置来限制这些因素是非常具有挑战性的，而对整个系统的演变进行模拟可能有助于揭示控制这一过程的机制。目标。我们的目标是通过研究开普勒-91 b的轨道演化来限制热类木星行星的潮汐耗散因子。方法.我们首先对开普勒-91进行了详细的星震特征描述，并使用经典和星震约束计算了一个专用的恒星模型。然后，我们通过我们的轨道演化代码将恒星的演化耦合到行星之一，并通过考虑在行星和宿主恒星中消散的潮汐来研究系统的演化。结果我们发现k2 Δ T的最大值（或相当于Q 'p的最小值）决定了Kepler-91 b内发生的平衡潮汐耗散的效率为0.4 pm 0.25 s（4.5+5.8 * 10^5）。
2022-10-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Possibilities for an Aerial Biosphere in Temperate Sub Neptune-Sized Exoplanet Atmospheres
通过探测系外行星大气生物特征气体寻找生命迹象的工作正在取得进展。然而，只有少数岩石系外行星的大气层适合用计划中的下一代望远镜进行观测。为了拓宽前景，我们描述了一个空中的，液态水云为基础的生物圈在亚海王星大小的温带系外行星的大气层中的可能性，那些接收类似地球的辐射从他们的主恒星。已知有一颗这样的行星（K2- 18 b），其他候选者正在跟踪。亚海王星比岩石系外行星更常见，也更容易观测研究，因为它们的体积更大，密度更低，大气层或包层更大。然而，正如我们所知，海王星下缺乏任何固体表面，因此值得考虑它们的大气层是否能够支持空中生物圈。我们回顾，综合，并建立在现有的研究。被动的微生物类生命粒子必须在有液态水云的地区持续足够长的时间进行代谢、繁殖和传播，然后才能向下运输到较低的海拔，那里可能太热，任何种类的生命都无法生存。需要动力学研究来充实生命粒子停留时间的定量细节。子海王星需要成为具有不稳定小行星带的行星系的一部分，以便陨石物质提供营养，尽管生命也需要有效地重复使用和回收金属。生命的起源可能是最严峻的限制性挑战。不管不确定性如何，我们可以对寻找生物特征气体保持开放的态度，作为对亚海王星系外行星的一般观测研究的一部分。
2021-06-14 astro-ph.EP
From Tides to Currents: Unraveling the Mechanism That Powers WASP-107b's Internal Heat Flux
针对WASP-107b内部热流机制，提出欧姆耗散（大气纬向流与磁场相互作用）替代潮汐加热，解释其膨胀半径与异常内部熵。
2025-05-02 astro-ph.EP
The Telltale Heartbeat: Detection and Characterization of Eccentric Orbiting Planets via Tides on their Host Star
我们提出了一个分析描述的潮汐提出了一个小的轨道机构的恒星。特别是，我们强调偏心率的不成比例的影响，从而使用这些潮汐的范围来检测和探测系外行星和褐矮星的轨道。与圆形轨道相比，偏心轨道产生的恒星潮汐扭曲的细节要丰富得多，并且从任何角度都可以看到。这些变化的幅度远远大于在相同的半长轴的圆形轨道。这些变化在光度和光谱数据中都是可见的，并且在参数空间的一个特别有趣的部分上支配着相位变化的其他常规来源（例如反射和多普勒波束）。这些潮汐特征将是一个有用的工具，行星探测本身，并与其他方法一起使用，提供强大的约束行星和恒星的属性。
2019-01-15 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Origins of Life on Exoplanets
本文提出利用系外行星环境检验生命起源假说，以紫外线驱动的氰硫化物假说为例，展示检验方法已否定部分版本，并预测生命普遍性上限及生物特征分布。
2023-05-08 astro-ph.EP
Disequilibrium biosignatures over Earth history and implications for detecting exoplanet life
行星大气中的化学不平衡已被提出作为通过远程光谱检测系外行星上的生命的通用方法。在太阳系具有丰富大气的行星中，现代地球由于生命的存在而具有最大的热力学化学不平衡。然而，这种不平衡是如何随着时间的推移而变化的，特别是在缺氧的太古代或缺氧较少的元古宙中保持的生物不平衡是未知的。我们计算的大气-海洋不平衡在前寒武纪使用保守的代理和模型为基础的估计早期大气和海洋成分。我们省略了地壳固体，因为地下成分在系外行星上是不可检测的，不像地表以上的挥发物。我们发现：（i）不平衡随时间的推移而增加，（ii）由于O $_{2}$、N $_{2}$和液态水的共存，元古宙和中生代都可能存在可远程检测的生物不平衡;太古宙具有由N $_2$、CH $_4$、CO $_2$和液态水共存引起的生物不平衡，对于一个系外行星的孪生兄弟来说，可能是远程可探测的。在这种不平衡的基础上，我们认为，同时检测到丰富的CH $_{4}$和CO $_{2}$在一个可居住的系外行星的大气是一个潜在的生物签名。具体而言，我们表明，甲烷混合比大于0.001是潜在的生物，而那些超过0.01可能是生物的，由于难以维持大的非生物甲烷通量，以支持高甲烷水平缺氧的气氛。生物原性将因缺乏丰富的CO而得到加强，这在生物情景中不应共存。
2018-01-24 astro-ph.EP
Exoplanet Biosignatures: Future Directions
系外行星科学有望在不久的将来继续快速积累新的观测结果，从而推动理解和解释即将到来的大量数据，以确定我们太阳系以外的生命迹象。系外行星样本的大量统计数据，结合我们对生命及其签名的普遍性质的理解的模糊性，需要一个生物签名评估的定量框架。在这里，我们引入了一个贝叶斯框架，用于指导未来的生命检测方向，它允许我们的搜索策略超越已知生命的生物签名的可能性。贝叶斯方法提供了一种语言来定量地定义未来生命检测的条件概率和置信水平，重要的是，可以约束有或没有阳性检测的先验生命概率。我们描述了必要的经验和理论工作，以限制相关的可能性，包括那些出现从恒星和行星的背景下，进化历史的偶然性和物理和化学的普遍性。我们讨论了贝叶斯框架如何指导我们的搜索策略，包括确定观测波长或在有针对性的搜索或更大，更低分辨率的调查之间做出决定。我们的目标是提供一个定量的框架，而不是夹带到生命或其签名的具体定义，它集成了必要的自信地检测外星生命的不同学科的观点。
2017-08-08 astro-ph.EP
A procedure for observing rocky exoplanets to maximize the likelihood that atmospheric oxygen will be a biosignature
在这里，我们提倡一种观测策略，以帮助优先考虑系外行星观测。它从更容易获得的观测数据开始，并根据避免氧气是假阳性甚至是不确定的生命特征的行星的可能性，对系外行星进行更困难的后续观测。我们发现，氧气是一个强大的生物特征，土地和地表水必须存在。没有陆地的系外行星的地球化学循环要慢得多，因此，虽然这些行星上可能存在光合作用的产氧生命，但它不能以与非生物速率（如光解）竞争的速率产生氧气。这些适合居住的行星，其生命将无法检测到，应该避免。
2018-01-22 astro-ph.EP
A Statistical Comparative Planetology Approach to the Hunt for Habitable Exoplanets and Life Beyond the Solar System
寻找太阳系以外的宜居系外行星和生命是我们这个时代最引人注目的科学机会之一。然而，建设能够解决这一问题的设施的高昂成本以及公众对这类研究结果的浓厚兴趣，要求我们严格开发实验，以便在我们的理解方面取得决定性的进展。到目前为止，这一领域的大多数工作都集中在"系统科学"的方法上，即获取和解释单个行星的综合数据，以说明它们的可居住性和存在生命的可能性。这一战略具有挑战性，因为观测到的和预期的系外行星多种多样，而且天文仪器所能获得的信息有限。在这里，我们提出了一个补充的方法，是基于执行调查的关键行星的特征，并使用统计边缘化来回答更广泛的问题，可以解决一个小样本的对象。这种比较行星学方法的基本原则是通过广泛应用每种测量方法来最大限度地提高可以从每种测量方法中学到的东西，而不是要求对单个物体进行多种观测。作为一个概念的证明，我们概述了地球系外行星大气水和二氧化碳丰度的调查，将测试宜居带假设，并导致更深入的了解宜居行星的频率。我们还讨论了额外的调查，可以开发测试其他基本假设是这一领域的想法。
2017-05-17 astro-ph.EP
Exoplanet Biosignatures: A Review of Remotely Detectable Signs of Life
在未来的几年和几十年里，先进的太空和地面观测站将提供前所未有的机会来探测可能适合居住的系外行星的大气层和表面，以寻找生命的迹象。地球上的生命，通过其气态产物以及反射和散射特性，在我们星球的光谱上留下了自己的指纹。在物理和化学定律的普遍性的帮助下，我们转向地球生物圈，无论是在现在还是在地质时期，寻找有助于在其他地方寻找生命的模拟签名。考虑到从现代和古代地球获得的见解，以及更广泛的假设系外行星的可能性，我们已经编制了一份关于我们目前对潜在系外行星生物特征的理解的最新概述，包括气体，表面和时间生物特征。我们还调查了生物光谱特征，这些特征在专业文献中是众所周知的，但尚未在系外行星生物特征的背景下得到有力的审查。我们简要地回顾了评估生物特征的可行性，包括新的方法来确定化学不平衡，从远程可获得的数据和评估工具，以确定所需的最低生物量为一个给定的大气签名。我们特别关注自Des Marais et al.（2002）的开创性综述以来所取得的进展。这项工作的目的不是提出新的生物签名策略，这是本系列中的配套论文的目标，而是回顾当前的文献，在看似不同的领域之间建立有意义的联系，并为前进的道路扫清道路。
2018-06-25 astro-ph.EP
Tidal Dissipation Regimes Among the Short-Period Exoplanets
本研究利用多行星系统中易进入长期自旋-轨道共振的行星样本，通过建模共振排斥作用，基于凌星行星对周期比分布约束了行星潮汐品质因子范围，验证了评估两种潮汐耗散机制方法的可行性。
2023-11-06 astro-ph.EP
The Viability of Life in Helium-Dominated Exoplanet Atmospheres
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；JJ Scientific（JJ科学）
该研究通过实验室证据论证，以氦为主的大气是岩质系外行星上可行的生命环境，还能增强生物特征的光谱可探测性。
2026-08-18 astro-ph.EP
Observing spatial and temporal variations in the atmospheric chemistry of rocky exoplanets: prospects for mid-infrared spectroscopy
University of Bern（伯尔尼大学）；SETI Institute（SETI研究所）；Blue Marble Space Institute of Science（蓝大理石空间科学研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究LIFE望远镜检测类地系外行星大气4D变化的能力，通过合成观测探讨不同自转轨道共振状态下的大气特征及光谱变化，强调相位分辨光谱对可靠参数推断的重要性。
2025-12-18 astro-ph.EP
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
The tidal heating of the exoplanet 55 Cnc e. The role of the orbital eccentricity
本文利用蠕变潮汐理论研究非零轨道偏心率对55 Cnc e潮汐加热与自转轨道演化的影响，提出强潮汐耗散可解释其亮度异常，并推测若偏心率真实存在则暗示有一颗未知共振行星扰动其轨道。
2025-09-02 astro-ph.EP
Life on Exoplanets In the Habitable Zone of M-Dwarfs?
在M型矮星周围的宜居带中运行的系外行星一直是寻找生命的主要目标，这是因为主恒星的寿命很长，这些恒星在银河系中的突出性，以及在M型矮星周围发现的明显过多的类地行星。然而，M矮星的恒星活动增强，以及这些系统中经常被潮汐锁定的行星，引发了对这些行星可居住性的质疑。在这封信中，我们研究了可能存在的另一个重大挑战：这些系统似乎缺乏将小行星运送到可居住的类地行星所必需的架构，小行星撞击可能在生命起源中发挥关键作用。产生稳定的小行星带和气体盘消散后小行星的晚期释放的最广泛接受的机制需要在雪线半径之外有一颗巨大的行星。我们发现，没有一个观测到的系统中的行星在其恒星的宜居带也包含一个巨大的行星，因此不太可能有稳定的小行星带。我们认为观测到的巨行星相对于雪线半径的位置是恒星质量的函数，并发现在M矮星周围的雪线半径之外有一群巨行星。因此，M矮星周围的小行星带的形成通常是可能的。然而，我们发现M-矮星周围的多行星系结构可能与大质量恒星周围的结构有很大的不同。
2022-09-06 astro-ph.EP
Tidal migration of exoplanets around M-dwarfs: frequency-dependent tidal dissipation
本文使用非微扰谱方法和MESA模型计算全对流M型矮星的潮汐耗散，发现共振锁定驱动的轨道迁移导致短周期小行星和大质量行星分布稀少。
2024-02-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Extrasolar Binary Planets I: Formation by tidal capture during planet-planet scattering
我们已经研究了i）引力约束的气体巨行星对（我们称之为“双行星”）的形成，通过行星-行星动力学潮汐在它们的近距离相遇过程中相互捕获，ii）由于行星-行星和行星-恒星{ \it准静态}潮汐的长期轨道演化。对于阶段i）的初始演化，我们对由三颗木星质量的行星组成的系统进行了N体模拟，并考虑了动力学潮汐。双行星的形成率约为轨道交叉系统的10%，这一比例几乎与行星的初始星心半长轴无关，而喷射和合并率则敏感地依赖于半长轴。由于行星-行星动力学潮汐的循环，典型的双星分离是行星物理半径之和的几倍。轨道圆化后，双星系统的演化受长期准静态潮汐控制。在第二阶段，我们解析计算了准静态潮汐演化。双行星首先通过行星-行星潮汐进入自旋-轨道同步状态。行星-恒星潮汐带走了双星运动的角动量，最终导致行星之间的碰撞。然而，我们发现，如果双行星距离中心恒星超过~0.3 AU，则双行星在太阳型恒星的主序星寿命（~ 10 Gyrs）内仍然存在潮汐衰变。这些结果表明，在0.3AU以上的凌日观测可以探测到双星。
2014-06-26 astro-ph.EP
What Are Pulsar Companions Made of? Using Gravitational Tides to Probe Their Compositions
University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Santa Cruz Institute for Particle Physics（圣克鲁兹粒子物理研究所）
通过引力潮汐效应研究脉冲星伴星的内部组成，分析四个脉冲星系统的轨道特征，以限制其化学和结构组成，揭示其形成历史。
2026-04-10 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Consequences of Tidal Dissipation in a Putative Venusian Ocean
利用一个专门的数值潮汐模型模拟了古代金星海洋中的太阳潮。不同的海洋深度和旋转周期从-243至64恒星地球日的模拟被用来计算潮汐耗散率和相关的潮汐扭矩。结果表明，潮汐耗散的变化可能超过5个数量级，从0.001- 780千兆瓦，取决于旋转周期和海洋深度。相关的潮汐扭矩比现今金星大气扭矩低约2个数量级，并且根据旋转速率，每百万年可以改变金星的日长达72天。因此，古代金星上的海洋潮汐可能对地球的旋转历史产生了重大影响。这些计算对类似的近距离系外行星世界的旋转周期和液态水宜居带内边缘的位置都有影响。
2019-03-18 astro-ph.EP
Tides and angular momentum redistribution inside low-mass stars hosting planets: a first dynamical model
我们介绍了一个通用的数学框架来模拟内部运输的角动量在一个恒星托管一个接近的行星/恒星伴侣。通过假设潮汐和旋转的扭曲是小的，并且由恒星风和潮汐扭矩引起的角动量的沉积/提取仅通过依赖于径向坐标的有效涡粘性来重新分配，我们可以用完全解析的方式来制定模型。它使我们能够同时计算伴星轨道的演化以及恒星的自旋和径向微分自转。一个说明性的应用程序的情况下，一个F-型主序星托管热木星。我们的模型，以测试更复杂的数值动力学模型和研究的内部旋转配置文件的系外行星主机，提交潮汐和恒星风的综合影响，通过asteroseismology的一般相关性进行了讨论。
2016-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Earth as an Exoplanet
地球是已知的唯一有生命存在的行星，因此，在太阳系以外寻找可居住和有人居住的行星通常集中在我们星球的类似物上。然而，地球的大气层和地表环境在过去45亿年中发生了巨大的变化。对我们星球的原位地质和地球化学建模研究相结合，提供了对环境的一瞥，虽然在技术上属于我们的地球，但似乎是外星世界。对于现代地球，地面设施，卫星和航天器的观测已经产生了丰富的数据，可用于在系外行星表征的背景下有效地观察我们的星球。然后，将行星和系外行星遥感技术应用于这些数据集，就能够开发探测其他世界上可居住性和生命特征的方法。此外，一系列模型已被用于模拟遥远地球的类外行星数据集，从而提供的见解往往是对现有观测的补充。了解地球可居住和有人居住的无数方式，再加上在遥远的地球上磨练的遥感方法，为识别其他行星系中潜在的生命环境提供了关键指南。
2019-10-16 astro-ph.EP
A whole-planet model of the Earth without life for terrestrial exoplanet studies
University of Washington（华盛顿大学）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学研究所地球与行星实验室）；SETI Institute（地外文明搜寻研究所）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Sellers Exoplanet Environment Collaboration（塞勒斯系外行星环境合作组织）；Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）
本文提出一个无生命的地球模型，用于研究类地系外行星的长期可居住性，并生成反射光谱以支持非生物基线的建立。
2026-08-26 astro-ph.EP
