A Readily Implemented Atmosphere Sustainability Constraint for Terrestrial Exoplanets Orbiting Magnetically Active Stars
随着4,300多颗已确认的系外行星的出现,系外行星研究的下一个里程碑是确定这些新发现的世界中哪些可能存在生命。日冕物质抛射(CME)是由磁性活跃、引发超级耀斑的矮星产生的,对类地系外行星的可居住性构成直接威胁,因为它们可以剥夺它们的大气层。在这里,我们开发了一个易于实施的大气可持续性约束的陆地系外行星轨道活动的矮星,依赖于磁层压缩所造成的CME的影响。我们的约束集中在我们自己的日光层,适用于一个给定的系外行星,CME系统的理解,需要作为关键输入观测到的热辐射能量的耀斑发出的主恒星。将我们的约束应用于六颗著名的系外行星(开普勒-438 b,近半人马座b和Trappist-1d,-1e,-1f和-1g),在它们的恒星宿主的宜居带内或附近,表明只有开普勒-438 b可能具有大气可持续性对抗恒星CME。这似乎与最近的一些研究一致,然而,这些研究可能需要更苛刻的计算资源和观测输入。我们的物理直观的约束可以很容易地和enchanted应用,或一般化,大规模的系外行星调查,以检测行星,可以筛选的大气层,也许,可能的生物特征,在更高的优先级,由目前和未来的仪器。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Cloud Formation and Dynamics in Cool Dwarf and Hot Exoplanetary Atmospheres
质量最低的恒星、褐矮星和太阳系外行星为理解低温大气中的动力学和云形成过程带来了挑战和机遇。对于棕矮星,L-和T-型矮星光球云的形成,变化和快速耗尽,以及与垂直混合相关的非平衡化学的光谱证据,都指向动力学在垂直丰度分布和云/颗粒形成周期中的基本作用。对于系外行星,方位角的热量变化以及平流层和系外大气层的探测表明,存在着多层的、不对称的大气层,这些大气层也可能是随时间变化的(特别是对于具有高度椭圆轨道的系统)。尘埃和云也可能通过热效应在系外行星的热能平衡中发挥重要作用。对于所有这些情况,三维大气模型正在成为了解光谱和时间特性的一个越来越重要的工具。在这篇评论中,我总结了在冷矮和热系外行星大气中的云和动力学的观测证据,与这些过程相关的突出问题,以及可以实现有效协同的领域。
2009-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Heating of the Atmospheres of Short-orbit Exoplanets by Their Rapid Orbital Motion Through an Extreme Space Environment
本文研究短轨道系外行星快速穿越恒星周围变化磁场引发的焦耳加热,估算 Trappist-1e 及两颗近距绕日假想行星的加热量,指出其可显著影响大气逃逸与长期演化。
2024-01-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Helium absorption in exoplanet atmospheres is connected to stellar coronal abundances
10830埃附近氦三重态的凌日观测是研究系外行星大气及其质量损失的成功工具。形成这些谱线需要外行星大气中氦的电离和复合。这种电离是由极紫外线(EUV)波长的恒星光子引起的;然而,目前还没有活跃的望远镜可以观察到这部分恒星光谱。恒星极紫外光谱的相关部分由单独的发射谱线组成,其中许多是由日冕温度下的铁形成的。由于第一电离势(FIP)效应,在高活动低质量恒星中,日冕中的恒星铁丰度经常被观测到耗尽。我表明,恒星与高与低日冕铁丰度遵循不同的标度律,将它们的X射线发射和窄波段EUV通量,导致氦电离。我还表明,恒星的铁,氧丰度比在日冕中可以合理地从X射线CCD光谱测量,产生类似的结果,以高分辨率的X射线观测。考虑到日冕铁丰度,可以减少目前观察到的EUV辐射与系外行星氦过境深度之间的关系的大散射,改善系外行星透射光谱学的目标选择标准。特别是,以前令人困惑的海王星系外行星没有检测到氦,现在符合修订后的标度定律的预期。
2022-02-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Erosion of an exoplanetary atmosphere caused by stellar winds
我们提出了一个形式主义的一阶估计的磁层半径的系外行星绕恒星的范围从0.08到1.3 Mo。有了这个半径,我们就可以估算出不受恒星风影响的大气表面。我们已经分析了这个未受保护的表面,以获得系外行星最极端的环境:GKM型和非常低质量的恒星位于宜居带的两个极限。估计的未受保护的表面使得有可能确定系外行星保留其大气层的可能性。该函数可以被纳入新的适居性指数SEPHI。除了恒星和系外行星的物理特性外,我们还使用文献中的不同公式估计了恒星的磁感应强度、恒星风的主要特征以及不同的恒星-行星相互作用区域(亚和超Alfvénic,亚和超音速)。有了这些信息,我们就可以估算出系外行星磁层顶的半径,从而估算出系外行星未受保护的表面。我们对围绕其恒星的宜居带运行的类地系外行星的极光孔径角进行了研究,发现不同的行为取决于恒星是否处于旋转饱和或不饱和状态,极光环的孔径角分别高于或低于36 \circ,宜居带内缘极光孔径角与宜居带两边界极光孔径角之差的线性关系斜率不同.当行星被潮汐锁定时,未受保护的角度急剧增加到高于40^ \circ的值,保持其大气层的可能性很低。当恒星风的影响产生在亚阿尔夫维尼亚区域时,对于轨道非常靠近恒星的系外行星来说,保持大气层的可能性几乎为零。
2019-08-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Venus as an Exoplanet: I. An Initial Exploration of the 3-D Energy Balance for a CO$_{2}$ Exoplanetary Atmosphere Around an M-Dwarf Star
本研究使用三维模型模拟绕M型矮星GJ 436运行的类金星系外行星大气,发现EUV-UV加热和NIR加热变化显著影响高层大气的温度分布与纬向风,而CO2冷却在特定气压下平衡了这些加热效应。
2024-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Theoretical transmission spectra of exoplanet atmospheres with hydrocarbon haze: Effect of creation, growth, and settling of haze particles. I. Model description and first results
最近,系外行星大气的性质已经通过多波长凌日观测受到限制,该观测测量了行星在其宿主恒星前方的凌日期间恒星亮度的明显下降(称为凌日深度)。到目前为止,在不同波长下测量的过境深度(称为透射光谱)有些不同:有些在可见光中显示出陡峭的光谱斜率特征,有些在近红外中包含无特征的光谱,有些在气体物质的辐射吸收中显示出明显的特征。这些事实表明,大气层中存在薄雾,特别是温暖的,相对低密度的超级地球和迷你海王星。以前的研究,解决了理论建模的透射光谱的氢为主的大气与霾使用一些假设的分布和大小的霾粒子。在这项研究中,我们模拟大气化学,通过模拟碳氢化合物烟雾颗粒的产生,生长和沉降直接推导出烟雾颗粒的空间和尺寸分布,并开发近距离温暖($\sim$ 500 K)系外行星的紫外线照射,太阳丰度大气的透射光谱模型。我们发现,雾霾在大气中的分布比以前假设的要广泛得多,并且由各种尺寸的颗粒组成。我们还表明,所观察到的透射光谱的多样性可以解释的差异,在生产率的阴霾单体,这是相关的紫外线照射强度从宿主恒星。
2017-12-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
ExoplANETS-A: A VO database for host stars and planetary systems: The effect of XUV on planet atmospheres
本文介绍ExoplANETS-A项目构建的恒星与系外行星VO数据库及exoVOSA工具,通过X射线/紫外光度和恒星参数研究宿主恒星高能辐射对行星大气的影响,并利用205颗系外行星样本验证光致蒸发模型,为JWST和Ariel任务提供数据基础。
2024-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar Driven Evolution of Hydrogen-Dominated Atmospheres from Earth-Like to Super-Earth-Type Exoplanets
在本章中,我们介绍了系外行星大气演化研究的结果。我们主要关注次地球到超级地球领域,尽管这些方法适用于所有类型的系外行星。我们考虑热和非热损耗过程。热损失机制的类型取决于所谓的逃逸参数$β$,其是粒子的重力能量与其热能的比率。当$β$减少时,系外行星从经典的牛仔裤转变为改良的牛仔裤,最后转变为吹脱逃逸机制。在吹离过程中,大多数大气粒子释放出足够的能量,以逃离行星的重力场。这会导致极端的气体损失。虽然非热损失永远不会超过吹脱逃逸,但它们对具有相对较弱的Jeans型逃逸的行星具有重要意义。从非热逃逸机制的多样性,在本章中,我们专注于离子拾取和讨论其他损失机制的重要性。本章的一般结论是,逃逸过程强烈地塑造了系外行星的演化,并决定了行星是否会因侵蚀过程而失去大气层,或者相反,保持为迷你海王星型天体,这可能不被认为是我们所知道的潜在栖息地。
2020-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal phase curves of nontransiting terrestrial exoplanets 1. Characterizing atmospheres
虽然凌日光谱是研究系外行星大气的组成、热性质和动力学的一种强大方法,但只有少数凌日的类地系外行星足够接近,可以进行重要的凌日光谱。热相位曲线(行星的视红外辐射随轨道相位的变化)已经在凌日和非凌日两种构型的热彗星上观测到,并且可以在热的类地系外行星上观测到。我们研究了潮汐锁定的类地行星的热辐射的波长和相位的变化作为大气压力的增加,并解决这些多波段的相位曲线的可观测性和使用它们来检测大气成分的能力。我们使用了一个三维气候模式(GCM)来模拟一个类地行星在围绕M3矮星的8天轨道上的CO2大气及其作为其轨道相位的函数的表观红外辐射。我们估计的信号,光子噪声比在2.5和20微米之间的窄带为10 pc的目标观察6和1.5米的望远镜(分别为JWST和ECHO的大小)。我们发现,大气吸收带产生的签名,我们称之为变化谱。没有大气层的行星产生很大的变化,可以很容易地从密集的吸收大气层中区分出来。光子噪声限制附近系统的分光光度法可以使我们能够检测和表征的大气层的非过境类地行星已知的径向速度调查。这类观测的两个明显障碍是在至少一个轨道期间所需的光度灵敏度(1 E-5)和恒星的内在变化。然而,克服这些障碍将使获得一个数量级以上的目标比过境光谱。
2011-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet and star synergy at high spectral resolution. A rationale for the characterisation of exoplanet atmospheres. I. The Infrared
上下文高分辨率的系外行星大气光谱学正在迅速普及,以测量原子和分子物种的存在。虽然这种技术对地球大气层中的污染物吸收具有鲁棒性,但非稳态恒星光谱会产生不可忽略的噪声源,这些噪声可能会改变甚至阻止检测。目标。我们的目标是使用三维恒星模拟直接从观测中去除恒星的特征,并在与行星大气方法模板交叉相关之前。我们计算合成光谱从三维模拟恒星对流,我们把它们与一个分析模型再现正确的几何形状的过境系外行星。我们将该方法应用于HD 189733,并分析其托管系外行星的透射和发射光谱。此外,我们还分析了非凌日系外行星51 Pegasi b的发射光谱。结果我们发现一个显着的改善,在行星的可探测性时,删除恒星光谱与我们的方法。我们表明,该方法优于一个简单的参数化的恒星线轮廓或使用一维恒星模型。这是由于对流的内在处理,这使我们能够正确地再现不对称的谱线,模型中心到边缘的变化和Rossiter-McLaughlin效应。在51飞马座b的情况下,我们成功地确认了以前的试探性探测行星的K波段光谱由于改进抑制恒星残差。未来的高分辨率观测将受益于与恒星光谱学的协同作用,并可用于测试恒星大气中物理过程的正确建模。我们强调了建模技术和不透明度来源的知识的关键改进,以将这项工作扩展到较短的波长和较晚类型的恒星。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Doppler tomography as a tool for detecting exoplanet atmospheres
高分辨率多普勒光谱学是一种强有力的工具,用于识别过境和非过境系外行星大气中的分子种类。目前,使用互相关技术分析这类数据,以探测轨道行星的多普勒频移信号。在本文中,我们证明,目前使用的互相关方法相比,多普勒层析成像技术提高了灵敏度,在检测预期从系外行星大气的微妙签名。这部分是由于使用了正则化统计量,该统计量用于抑制噪声,再加上所有数据都是同时拟合的。此外,我们表明,该技术还可以有效地抑制contanimating光谱特征,可能会出现由于重叠的线条,重复的线条图案,或使用不正确的linelists。这些问题可能会混淆传统的互相关方法,主要是由于这种技术中固有的混叠问题,而多普勒断层扫描不太容易受到这种影响。特别是,多普勒断层扫描显示出特殊的承诺,同时检测多个线的物种(如同位素),即使有高对比度的物种-远远优于目前的CCF分析在这方面。最后,我们证明了多普勒层析成像能够使用真实数据恢复系外行星的分子信号,通过确认Tau Boo b大气中CO的强烈探测。我们恢复了行星径向速度半振幅Kp = 109.6 +/- 2.2 km/s的信号,与先前报道的110.0 +/- 3.2 km/s的值非常一致。
2019-09-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the relative importance of AGN winds for the evolution of exoplanet atmospheres
最近的工作调查风和活动星系核(AGN)流出物对系外行星可居住性的影响,表明这种活动可能对行星大气的长期生存和受这种风影响的行星的可居住性有害。在这里,我们讨论了活动星系核风的影响相比,恒星风和行星的磁层和恒星辐射的影响的相对重要性,并得出结论,活动星系核风是不太可能发挥重要作用的大气条件下,否则有利于可居住性的条件下,在行星的演变。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Cloud formation in Exoplanetary Atmospheres
这篇邀请年轻研究人员的评论提出了云形成的关键思想,作为系外行星大气虚拟实验室的关键部分。的基本概念,然后利用时间尺度分析解开过程层次结构。动力学的云形成模拟的方法进行了详细的描述,允许云结构的讨论作为未来太阳系外天气预报的先决条件。
2022-05-01 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Ground-Based Reconnaissance Observations of 21 Exoplanet Atmospheres with the Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager
使用ETSI仪器和CMI技术对21颗系外行星大气进行地基透射光谱侦察观测,证实其精度媲美天基观测,显著降低了观测成本,为JWST等后续观测提供了优先级排序。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Transiting Exoplanet Atmospheres in the Era of JWST
本文综述了JWST时代凌星系外行星大气研究的现状,重点关注观测结果如何增进对行星属性的理解,并解答行星形成、演化和多样性问题。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Rapid characterization of exoplanet atmospheres with the Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager (ETSI)
本文介绍了系外行星透射光谱成像仪(ETSI),通过结合低分辨率光谱仪与多波段滤光片,利用共径多波段成像技术,仅需中等口径望远镜即可在单次凌星中快速表征系外行星大气,实现近光子极限观测以筛选后续高价值目标。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
A tale of two exoplanets: the inflated atmospheres of the Hot Jupiters HD 189733 b and CoRoT-2 b
在靠近其主星的轨道上运行的行星会受到强烈的辐射。来自恒星日冕和色球层的高能辐射是系外行星大气蒸发的主要原因。我们对短轨道上的凌日系外行星进行了多次X射线观测,以确定其外部行星大气的范围和加热。在HD 189733 b的情况下,我们在X射线中发现了令人惊讶的深过境轮廓,表明大气层延伸到1.75光学行星半径。这些高海拔层的X射线不透明度表明密度大或金属丰度高。我们初步报告的观测热木星CoRoT-2 b从我们的大型计划与XMM-牛顿,这是最近进行的。此外,我们目前的结果如何系外行星可能会改变恒星活动的演变,通过潮汐相互作用。
2014-08-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Lightning and charge processes in brown dwarf and exoplanet atmospheres
对褐矮星大气成分的研究有助于了解它们的形成和演化。同样,对系外行星大气层的研究有望限制其形成和演化状态。我们使用三维模拟,动力学云形成和动力学离子中性化学的结果来研究电离过程,这将影响他们的大气化学:超热彗星的白昼是由原子氢,而不是H $_2$ O。这样的行星大气表现出相当程度的热电离,并且云只在闪电留下化学示踪剂(例如HCN)的夜晚形成,可能足够长的时间可以被检测到。外部辐射可能会导致系外行星被高度电离的H $_3^+$形成气体的外壳所笼罩,并可能出现由天气驱动的极光。棕矮星使我们能够研究电子束在太阳系外的作用,天气系统驱动的极光样化学,以及强磁场对冷大气气体的影响。电子束在褐矮星(例如LSR-J1835)的高层大气中触发H $_3^+$的形成,H可能与它反应形成水合氢,H $_3$ O $^+$,作为一种寿命更长的化学示踪剂。棕矮星和超高温气体巨星可能是寻找H $_3$ O $^+$作为H $_3^+$产物的绝佳候选者。
2019-03-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR