H$_2$-dominated Atmosphere as an Indicator of Second-generation Rocky White Dwarf Exoplanets
继发现第一颗经过白矮星（WD）的系外行星候选者之后，一个描述WD周围类地系外行星大气的“白矮星机会”正在出现。大的行星与恒星的大小比，因此大的过境深度使过境WD系外行星成为透射光谱的有利目标-在中等詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）计划中可以实现对类地行星过境近距离WD的光谱特征的结论性检测。然而，尽管有明显的有希望的机会，但第一代WD系外行星的主序后（MS）进化历史从未被纳入大气模型。此外，在WD碎片盘中形成的第二代行星从未从光化学的角度进行过研究。我们证明，透射光谱可以识别第二代岩石WD系外行星厚（$\sim1$酒吧）H $_2$为主的气氛。此外，我们还可以根据WD系外行星的透射光谱推断其释气活动，并通过研究CH $_4$的积累来测试光化学失控。
2022-01-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modelling the effect of stellar metallicity on the XUV evolution of low-mass stars and its impact on exoplanet atmospheres/habitability
本研究建模恒星金属丰度对低质量恒星XUV演化及系外行星大气的影响，发现富金属恒星自转减慢更快、宜居带XUV通量更大，导致大气蒸发更快，且高质量恒星中金属丰度影响超过初始自转周期。
2025-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Exoplanet Radio Transits as a Probe for Exoplanetary Magnetic Fields -- Time-dependent MHD Simulations
我们进行了一系列随时间变化的磁流体动力学模拟的HD 189733恒星行星系统，以预测无线电过境调制由于恒星风和行星磁场之间的相互作用。该模拟结合了恒星日冕和风的模型，以及以完全动态的、随时间变化的方式绕恒星运行的系外行星。我们的模拟生成合成无线电图像，使我们能够获得不同频率的合成无线电光变曲线。我们在射电光变曲线中找到了行星运动的明显证据。此外，我们发现特定的光变曲线中的重复功能，这是由于在过境期间在恒星前面的行星磁层的通道。更重要的是，我们发现一个明确的依赖于行星磁场的强度，这些光变曲线功能的大小和相位。我们的工作表明，如果可以观测到无线电凌日，它们确实可以提供有关凌日系外行星磁场强度的信息。未来的工作参数化这些光变曲线的功能和它们对行星磁场强度的依赖将提供工具来搜索这些功能的无线电观测数据集。由于我们的研究只考虑来自主星的热射电辐射，因此需要非常灵敏的射电干涉仪来探测这类行星凌日。
2022-08-11 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
Self-consistent atmosphere modeling with cloud formation for low-mass stars and exoplanets
背景：低质量恒星和太阳系外行星具有超冷的大气层，在那里发生丰富的化学反应并形成云。太阳系外行星的光谱观测越来越多，需要自洽的模型大气模拟，以始终包括确定云形成的形成过程及其对大气的反馈。目标：用适用于低质量恒星和系外行星的模拟来补充MARCS模型大气服，为E-ELT、JWST、PLATO和其他即将建立的设施做准备。研究方法：MARCS程序计算恒星大气模型，提供辐射转移、大气结构和化学的自洽解。我们将MARCS与DRIFT相结合，DRIFT是一种动力学模型，描述了超冷大气中的云形成（种子形成，生长/蒸发，重力沉降，对流混合，元素耗尽）。结果：我们提出了一个小网格的自洽计算的大气模式$T_ \text{eff} = 2000 - 3000$ K与太阳初始丰度和$\log(g) = 4.5$。恒星和亚恒星大气中的云的形成对$T_\text{eff} < 2700$ K有重要影响，对$T_\text{eff} < 2400$ K的大气结构和光谱有重要影响。我们将模型的合成光谱与观测光谱进行了比较，发现它们很好地拟合了中晚型M矮星和早型L矮星的光谱。我们还测试DRIFT-MARCS的一个例子外行星，并证明我们的模拟再现斯皮策观测WASP-19 b相当好的$T_{\rm eff}=2600$ K，$\log(g)=3.2$和太阳丰度。我们的模型指向一个具有无云大气层的系外行星，该大气层具有大量…
2017-08-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Exoplanet Population Observation Simulator. I - The Inner Edges of Planetary Systems
开普勒巡天提供了一个统计普查的行星系到宜居带。由于大多数行星都是非凌日行星，因此轨道结构最好使用对系综种群的模拟观测来估计。在这里，我们介绍了EPOS，系外行星人口观测模拟器，以估计基于最新开普勒数据发布的多行星系统的流行率和轨道结构，DR 25。我们估计，至少有42%的类太阳恒星有近共面的行星系与7个或更多的系外行星。在1天文单位内至少有一颗行星的恒星比例可能高达100%，这取决于对单个凌日行星分布的假设。我们估计类日恒星周围的宜居带中行星的出现率为eta_earth=36+-14%。在多行星系统中，最里面的行星聚集在10天（0.1天文单位）的轨道周期，让人想起原行星盘的内边缘，或者可以用那个位置的行星陷阱来解释。只有一小部分的行星系在长轨道周期内有最内侧的行星，分别有不到8%和3%的行星在水星和金星的轨道内没有行星。这些结果强化了这样一种观点，即太阳系不是一个典型的行星系，而是已知系外行星系统分布中的一个离群点。我们预测，至少有一半的宜居带系外行星伴随着（非过境）行星在较短的轨道周期，因此知识的一个接近系外行星可以用来作为一种方式来优化搜索地球大小的行星在宜居带与未来的直接成像任务。
2018-05-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
A search for exoplanets around north circumpolar stars. VII. Detection of planetary companion orbiting the largest host star HD 18438
在过去的18年里，我们一直在使用宝贤山天文台的Echelle光谱仪（BOES）进行系外行星搜索调查。我们提出了高精度径向速度（RV）测量仪在HD 18438周围的轨道外行星候选人的检测。该目标已于2018年报告（Bang等人，2018）。他们得出结论，RV变化周期为719天，可能是由脉动引起的，因为HD 18438的HIPPARCOS光度和Ha EW变化的Lomb-Scargle周期图显示峰值的周期接近RV变化的周期，并且平分线和RV测量之间没有相关性。然而，这些数据不足以得出确切的结论。我们获得了四年来更多的RV数据。较长的时间基线产生了更准确的确定，修正的周期为803 +/- 5天，RV变化的行星起源，最小行星伴星质量为21 +/- 1 MJup。我们目前对HD 18438恒星参数的估计使其成为目前拥有行星伴星的最大恒星。
2023-03-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Host-star and exoplanet composition: Polluted white dwarf reveals depletion of moderately refractory elements in planetary material
研究通过吸积行星物质的白矮星及其F型宽双星伴星比较行星与原初云成分，发现行星物质中Mg、Si、Fe相对Ca、Ti亏损。
2024-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
ExoVista: A Suite of Planetary System Models for Exoplanet Studies
未来的空间和地面系外行星调查研究通常依赖于行星系模型来模拟仪器响应，估计科学产量，进行贸易分析，并研究有效的观测策略。到目前为止，还没有一个行星系模型包含了所有必要的基本物理学，以使研究与所有主要的系外行星探测方法。在这里，我们介绍了一套这样的模型生成的一个新的工具，exoVista。exoVista工具可以在散射光波长下快速生成数千个围绕已知附近恒星的准自洽行星系模型，并有效地记录所有天体的位置、速度、光谱和物理参数随时间的变化。模型化的行星系可用于模拟使用直接成像、凌日、天体测量和径向速度技术的勘测，以及这些不同方法的重叠。
2022-01-07 astro-ph.EP astro-ph.IM 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
Stellar winds and planetary atmospheres
恒星风与行星的磁层和大气层之间的相互作用涉及许多过程，包括粒子的加速，上层大气的加热以及各种各样的大气损失过程。恒星风会带走恒星的角动量，导致旋转减速和磁场活动衰减，从而保护大气层免受侵蚀。虽然风的相互作用受到恒星的X射线和紫外线活动以及大气的化学成分的强烈影响，但行星磁场的作用尚不清楚。在这一章中，我回顾了我们对恒星活动和风的性质和演化的认识，并讨论了这些过程对行星大气长期演化的影响。我不认为大量的重要过程发生在行星表面，导致大气层和行星内部之间的交换。
2021-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of Magnetic Fields on the Location of the Evaporation Valley for Low-Mass Exoplanets
观测到的系外行星的半径分布显示出双峰形式，这可以用行星大气的质量损失来解释，这是由于它们的宿主恒星发出的高能辐射。这种半径分布的最小值的位置取决于质量-半径关系，而质量-半径关系又取决于行星核心的组成。目前的研究表明，超级地球和迷你海王星行星具有富含铁的核心，因此基本上与地球相似。本文探讨了非零行星磁场如何降低这些行星的预期质量损失率。这些较低的质量损失率，反过来，影响最小的半径分布和行星核心的推断化学成分的位置。
2019-09-12 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
Characterizing Exoplanetary Atmospheres: New Views on Exoplanet Composition and Chemistry
本文综述系外行星大气研究的核心开放问题，并总结JWST与地面观测在气态巨行星、亚海王星及M型恒星周围类地行星大气表征方面的进展与目标。
2024-05-07 astro-ph.EP
Variability of Known Exoplanet Host Stars Observed by TESS
本研究分析TESS观测的264颗已知系外行星宿主恒星光变曲线，量化恒星变率与探测偏差、行星轨道及特征测量之间的关系。
2023-05-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulent Vertical Mixing in Hot Exoplanet Atmospheres
由双扩散剪切不稳定性驱动的湍流垂直传输在热的系外行星大气中可能很重要。在热木星大气层中，垂直混合似乎足以减轻夜面的冷阱，从而促进这些行星上夜间云的维持。预计在热木星热光球附近的强烈垂直混合水平将影响其大气化学，甚至其垂直结构，其中云辐射反馈被证明是重要的。
2019-03-25 astro-ph.EP
Chemical modeling of exoplanet atmospheres
过去的二十年揭示了宇宙中存在的行星的多样性。事实证明，大多数系外行星与我们太阳系的行星不同，因此，关于它们的一切都需要探索。由于目前的观测技术，我们能够确定有关这些系外行星的大气成分，热结构和动力学的一些信息，但许多问题仍然没有答案。为了提高我们对系外行星系统的认识，需要进行更精确的观测，这就是为什么系外行星特征观测台（EChO）是一项重要的太空任务。由于其大光谱覆盖范围和高光谱分辨率，EChO将以前所未有的精度提供系外行星光谱，从而提高我们对系外行星的理解。在这项工作中，我们回顾了迄今为止所做的关于系外行星大气的化学建模和什么是温暖的系外行星大气的主要特征，这是ECHO的主要目标之一。最后，我们将介绍正在进行的发展，是必要的化学建模的系外行星大气。
2014-06-25 astro-ph.EP
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
The air over there: exploring exoplanet atmospheres
岩石系外行星的大气成分将在很大程度上取决于行星的整体组成和轨道位置。非传统气体可能存在于异常热的行星的大气中。更多行星的大气层将取决于在行星形成和大气去除过程中获得的挥发物的丰度，包括逃逸，冷凝和与表面的反应。虽然迄今为止对系外行星大气的观测主要集中在巨型行星上，但未来十年一系列新的空间和地面观测站将彻底改变我们探测系外行星大气的精度和光谱分辨率。这篇文章总结了从巨行星大气研究中吸取的经验教训，并指出了对类地行星的观测和挑战。
2021-08-18 astro-ph.EP
Exoplanet Atmospheres
在20世纪90年代中期第一次发现围绕类日恒星运行的系外行星时，很少有人相信观测系外行星大气层是可能的。在2002年哈勃太空望远镜探测到一个过境的系外行星大气层后，许多怀疑论者认为这是一个单一的物体，一种方法的成功。尽管如此，这个领域现在已经牢固地建立起来，今天观察到的系外行星大气层超过24个。热彗星是目前最适合研究的系外行星类型。亮点包括：探测分子光谱特征;观测昼夜温度梯度;以及对垂直大气结构的限制。远离其主星的巨行星的大气层也正在通过直接成像进行研究。最终的系外行星目标是回答一个神秘而古老的问题，“我们是孤独的吗？”“通过探测大气生物特征。两个令人兴奋的前景是直接关注在M矮星的宜居带中运行的超级地球，以及最终对真正的地球类似物进行星载直接成像。
2010-05-21 astro-ph.EP
Planetary interior and habitability of exoplanets: Recent developments
本文论述了系外行星科学领域的最新发展，将行星的内部与其可居住性联系起来。在这个问题上，我已经详细说明了内部动力学的重要性，并简要回顾了一些主要因素，其中一个行星的内部可以影响太阳系外行星的可居住性。
2021-04-29 astro-ph.EP
Highlights in the Study of Exoplanet Atmospheres
系外行星现在正被大量发现。然而，要了解它们的特性，需要光谱模型和数据。遥感的这些要素可以产生温度、成分，甚至天气类型，但只有在参数检索过程和测量都取得重大改进的情况下。尽管在收集系外行星大气和动力学的限制性数据方面做出了巨大的努力，但可靠的解释往往落后于雄心。我总结了最富有成效的，有时是新颖的，用于探测系外行星大气层的方法，突出了一些最有趣的结果，并提出了各种广泛的理论课题，进一步的工作可以支付显着的红利。
2014-09-25 astro-ph.EP
Exoplanet Atmosphere Forecast: Observers Should Expect Spectroscopic Transmission Features to be Muted to 33%
为了确保对系外行星大气透射光谱进行强有力的限制，未来的观测需要获得高信噪比（SNR）测量，假设分子特征的振幅小于清晰的太阳金属丰度大气。分析37个系外行星的透射光谱，我们发现在<7%的情况下测量到了清晰的太阳分子特征。
2019-08-25 astro-ph.EP
Helium Atmospheres on Warm Neptune- and Sub-Neptune-Sized Exoplanets and Applications to GJ 436 b
温暖的海王星和次海王星大小的系外行星在轨道小于水星的被认为经历了广泛的大气演变。在这里，我们提出，这种大气演变的一个潜在结果是形成氦为主的大气。海王星和次海王星大小的系外行星的流体动力学逃逸率与氢的扩散限制逃逸率相当，因此逃逸受到氢和氦之间扩散分离的严重影响。因此，氦大气层可以从原始的氢-氦大气层通过大气流体动力学逸出行星而形成。氦气氛中的主要碳和氧物种的丰度与氢气氛中的非常不同，导致独特的透射和热发射光谱特征。特别是，氦主导大气的假设可以解释GJ 436 b的热发射光谱，这是一颗温暖的海王星大小的系外行星，同时也与透射光谱一致。该模型大气含有微量的氢、碳和氧，其中CO比CH 4占优势，是碳的主要形式。利用我们的大气演化模型，我们发现如果初始大气包层质量为1 E-3行星质量，流体动力逃逸可以在~ 100亿年内使大气中的氢丰度降低几个数量级。因此，对系外行星凌日的观测可能会探测到氦大气的特征，并探索小型系外行星的演化历史。
2015-05-09 astro-ph.EP
Exoplanet Atmosphere Measurements from Transmission Spectroscopy and other Planet-Star Combined Light Observations
即使我们无法从空间上分辨行星与其宿主恒星，也有可能了解大量关于系外行星大气的信息。在本章中，我们将概述用于描述凌日系外行星的基本技术-透射光谱学，发射和反射光谱学，以及全轨道相位曲线观测。我们讨论实际的考虑，包括当前和未来的观测设施和测量精确光谱的最佳实践。我们还强调了关于系外行星的化学，气候和云特性的主要观测结果。
2018-06-13 astro-ph.EP
Understanding Exoplanet Atmospheres with UV Observations II: The Far UV and Atmospheric Escape
未来十年，系外行星大气分析的重点将是红外波长，计划发射詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）。然而，如果不将其置于更广泛的波长覆盖范围内，特别是在光学和紫外线方面，红外线观测产生的系外行星大气层图像并不完整。在蓝色光学和近紫外（NUV）观测中编码的散射信息可以帮助确定在红外线中观察到的静音光谱特征是由于朦胧/多云的大气，还是具有较高平均分子量的清晰大气。进一步进入紫外线，观测可以识别大气逃逸和系外行星大气的质量损失，从而更好地了解系外行星的大气演变，以及来自云层上方的成分信息。在本白皮书中，我们重点介绍了远紫外（FUV）系外行星观测的科学案例;由Jessie Christiansen领导的附带白皮书将重点介绍近紫外（NUV）和蓝色/光学的科学案例。
2019-03-26 astro-ph.EP
Sulfur-driven Haze Formation in Warm CO2-rich Exoplanet Atmospheres
含硫气体对太阳系中行星大气的光化学有着重要影响，并被认为是系外行星大气的重要组成部分。然而，由于缺乏相关条件下硫物质的化学动力学信息，对系外行星背景下的硫光化学知之甚少。在这里，我们研究的光化学作用的硫化氢（H2S）在温暖的富含CO2的系外行星大气（800 K）进行实验室模拟。我们发现，H2S在光化学中起着重要的作用，即使在大气中的浓度相对较低（1.6%）。它参与气相和固相化学，导致其他含硫气体产物（CH 3SH/SO、C2 H4 S/OCS、SO2/S2和CS2）的形成，并导致固体混浊颗粒产生和组成复杂性的增加。我们的研究表明，我们可能会期望更厚的薄雾与小颗粒尺寸（20至140纳米）的温暖的富含CO2的系外行星大气中含有H2S。
2020-04-06 astro-ph.EP
Role of planetary obliquity in regulating atmospheric escape: G-dwarf vs. M-dwarf Earth-like exoplanets
我们提出了一个三种（H $^+$，O $^+$和E $^-$）多流体磁流体动力学（MHD）模型，赋予了必要的上层大气化学，能够准确地量化的氧离子损失的大小从“类地”系外行星在宜居带，其磁和旋转轴大致彼此重合。我们应用这个模型来研究从磁场的角度来调节大气损失的行星的引力的作用。对于类地系外行星绕太阳型恒星，我们表明，总的大气离子损失率对行星（磁）的依赖性是相对较弱的逃逸率之间变化的$2.19 \times 10^{26}$的$^{-1}$到$2.37 \times 10^{26}$的$^{-1}$。相比之下，在类地系外行星围绕晚型M-矮星运行的情况下，行星度可以影响大气逃逸率（$\sim$ $10^{28}$ s $^{-1}$）超过$2$（或$200\%$）的一个因子。因此，我们的模拟结果表明，行星的引力可能会发挥一个弱到中等的作用，只要保留的大气层（必要的表面可居住性）的关注。
2019-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
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
ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere
本研究利用GRACES/Gemini North与UVES/VLT高分辨率透射光谱，以5.6σ置信度确认热木星WASP-31b大气中存在CrH，实现系外行星大气金属氢化物的首次高分辨率探测。
2023-07-12 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres - Chemistry, Formation Conditions, and Habitability
描述太阳系外行星的大气是太阳系外行星科学的新前沿。过去二十年的系外行星发现表明，系外行星在轨道和体积特性上非常常见且极其多样。我们现在进入了一个新的时代，我们开始研究系外行星的化学多样性，它们的大气和内部过程，以及它们的形成条件。该领域的最新发展使我们对系外行星大气化学及其形成条件的理解取得了前所未有的进步。我们在目前的工作中审查这些发展。我们详细回顾了迄今为止发现的所有系外行星的大气化学理论，从高度辐射的气体巨星，冰巨星和超级地球，到直接成像的大轨道分离的巨行星。然后，我们回顾了这些不同类型的系外行星大气中的化学物种的观测探测使用不同的方法，包括过境光谱，多普勒光谱，和直接成像。除了化学检测，我们讨论了在确定这些大气中的化学丰度的进展，以及如何使用这些丰度来约束系外行星的形成条件和迁移机制。最后，我们回顾了最近的理论工作的可居住的系外行星的大气，随后讨论了该领域的未来前景。
2016-04-20 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
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
Haze Evolution in Temperate Exoplanet Atmospheres Through Surface Energy Measurements
光化学雾是温带系外行星大气中重要的不透明度来源，阻碍了目前观测表征系外行星大气成分。大气的浑浊程度取决于霾的产生和消除之间的平衡。然而，在系外行星条件下，霾粒子的物质依赖性去除物理学目前尚不清楚。在这里，我们提供了实验测量的表面能的温带系外行星烟雾的网格来表征在系外行星大气中的烟雾去除。我们发现，在不同的能源，大气成分和温度下产生的霾的表面能的大的变化。的雾的表面能被发现是最低的冷等离子体样品的400 K左右，导致最低的去除率。我们显示了一个暗示性的相关性，霾表面能和大气浑浊与行星平衡温度。我们假设，宜居带系外行星可能不那么模糊，因为它们拥有高表面能量的薄雾，可以有效地去除。
2021-07-15 astro-ph.EP
Identifying interesting planetary systems for future X-ray observations
对恒星-行星系统的X射线观测对我们加深对系外行星的了解很重要;这些观测允许研究系外行星大气的光蒸发，在某些情况下甚至可以估计外部行星大气的大小。SRG（光谱伦琴伽马）飞行任务中搭载的德国-俄罗斯eROSITA仪器正在进行自1990年代以来的第一次全天空X射线测量，并提供了比以前大得多的系外行星宿主恒星的X射线通量和光谱。使用新的eROSITA数据以及来自XMM-牛顿，钱德拉和ROSAT的档案数据，我们估计了能量有限逃逸情景下系外行星的质量损失率，并确定了几个具有强X射线辐射和预期质量损失的系外行星，这些行星适合在其他波长下进行后续观测。我们使用系外行星大气的玩具模型对样本光谱进行建模，以预测未来的X射线任务（如雅典娜）的系外行星过境观测结果，并估计典型热彗星型系外行星的可观测X射线透射光谱。
2022-01-12 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Exoplanet atmospheres: a brand-new and rapidly expanding research field
系外行星领域正在迅速扩大，从仅仅探测新行星和测量其最基本的参数，如质量、半径和轨道配置，到首次测量其大气特征，如温度、化学成分、湿度、动力学和结构。在这里，我将概述2010年9月之前关于系外行星大气层的一些主要发现，首先是从太空，然后是在过去两年中也从地面。
2010-12-14 astro-ph.EP
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
Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges and Prospects
系外行星科学正处于一场前所未有的革命的边缘。在过去十年中发现的数千颗系外行星最近又发现了附近低质量恒星周围的潜在宜居行星。目前，该领域正在迅速发展到详细的光谱观测，以确定这些行星的大气层。虽然来自太空和地面的各种调查预计将探测到更多围绕附近恒星运行的系外行星，但即将发射的JWST以及大型地面设施预计将彻底改变系外行星光谱学。这些观测，结合详细的理论模型和反演方法，为了解系外行星大气中的各种物理过程和化学成分提供了有价值的见解。根据行星的性质，大气成分的知识也可以对行星的形成和迁移机制、地球物理过程以及最终的生物特征产生重要的限制。在本综述中，我们将讨论系外行星大气这一前沿领域的现代和未来景观。我们将首先简要回顾该领域，强调从不同的观测方法和理论研究中获得的关键见解。其次是对该领域三个前沿分支的最新技术、挑战和未来前景的深入讨论。
2019-04-05 astro-ph.EP
A New Window into Escaping Exoplanet Atmospheres: 10830 Å Line of Helium
到目前为止，已经获得了一些系外行星逃离系外行星大气层的观测证据。它来自于在紫外线中探测到的强凌日信号，最明显的是在氢莱曼- $α$（Ly $α$）线的机翼上。然而，Ly $α$谱线的核心经常受到星际吸收和地冠辐射的严重影响，限制了从这部分光谱中提取的大气信息。在原子谱线上的凌日观测（a）足够灵敏，可以追踪行星风中的稀薄气体，（b）不会受到星际介质的显著消光，这可以实现更详细的观测，从而为逃逸大气的理论模型提供更好的约束。氦的亚稳态在10830 ° C的吸收线可以满足某些系外行星的这两个条件。我们开发了一个简单的一维模型逃逸行星大气含有氢和氦。我们用它来计算密度分布的氦在2 $^3$ S亚稳态激发态和预期的在运输中的吸收在10830度的两个已知的逃逸大气的系外行星。我们的研究结果表明，类似于GJ 436 b和HD 209458 b的系外行星应该在10830 ° C处表现出增强的过境深度，在线核中分别有$\sim 8\%$和$\sim 2\%$过量吸收。
2018-03-07 astro-ph.EP
Coexistence of CH4, CO2 and H2O in exoplanet atmospheres
我们提出了一个分类的系外行星大气的基础上，其H，C，O，N元素丰度低于约600 K。化学平衡模型运行的H，C，N，O丰度的所有组合，并发现三种类型的解决方案，这是对温度，压力和氮丰度的变化是强大的。A型大气含有H2O、CH4、NH3和H2或N2，但只有痕量的CO2和O2。B型大气含有O2、H2O、CO2和N2，但只有痕量的CH4、NH3和H2。C型大气含有H2O、CO2、CH4和N2，但只有痕量的NH3、H2和O2。其他分子在化学平衡中仅以ppb或ppm浓度存在，这取决于温度。C型大气层在太阳系中没有发现，那里的大气层通常足够冷，水可以凝结，但系外行星可能拥有这样的大气层。我们的模型表明，石墨（烟灰）云可以出现在C型大气中，除了水云，它可以出现在所有类型的大气中。完全平衡凝聚模型表明，暖岩的释气可以自然地提供C型大气。我们的结论是，C型大气，如果它们存在，将导致假阳性检测的生物特征在系外行星时，考虑到CH4和CO2的共存，并建议其他更强大的非平衡标记。
2020-10-23 astro-ph.EP
Search for a circum-planetary material and orbital period variations of short-period Kepler exoplanet candidates
最近，Rappaport等人（2012）发现了一颗独特的短周期水星大小的开普勒系外行星候选者KIC 012557548 b。这个物体是一颗正在凌日的解体系外行星，有一个环绕行星的物质--彗星状的尾巴。像KIC 012557548 b这样的近距离系外行星受到最大的行星-恒星相互作用的影响。这种相互作用可以具有各种形式。在某些情况下，它可能会导致彗星状尾巴的形成。与主星的强相互作用，和/或额外行星的存在可能会导致行星轨道周期的变化。我们的主要目标是寻找类似于KIC 012557548 b的彗星尾巴和长期的轨道周期变化。我们对短周期开普勒系外行星候选者中彗星状尾巴形成的频率感到好奇。我们集中在一个样本的20个接近的候选人与一个类似的周期KIC 012557548 b从开普勒任务。
2014-10-06 astro-ph.EP
Aerosols in Exoplanet Atmospheres
对系外行星大气层的观测表明，气溶胶，就像在太阳系中一样，在各种温度和行星类型中都很常见。这些气溶胶的形成和分布与大气的组成和热结构密不可分。与此同时，这些气溶胶也会干扰我们对大气成分和热结构的探测，因此更好地了解气溶胶有助于更好地了解整个系外行星的大气。在这里，我们回顾了目前的知识状态的系外行星气溶胶确定从观测，建模和实验室实验。对凌日系外行星的透射光谱、昼侧发射和相位曲线的测量，以及对直接成像的系外行星和褐矮星的发射光谱和光变曲线的测量表明，气溶胶在系外行星大气中分布不均匀，气溶胶分布随行星平衡温度和重力而显著变化。参数化和微物理模型预测，这些气溶胶可能由氧化矿物质组成，如最热的系外行星的硅酸盐，而在较低温度下，主要气溶胶可能由碱金属盐和硫化物组成。来自光化学过程的粒子也可能在低温下产生，尽管实验室工作表明，它们的形成过程非常复杂。在未来几年，新的地面和空间观测站将有能力评估系外行星气溶胶的组成，而新的建模和实验室工作将改善我们对气溶胶形成和动力学的了解。
2021-02-06 astro-ph.EP
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
Exoplanet secondary atmosphere loss and revival
通往另一个地球的下一步是在岩石系外行星上找到类似于地球和金星的大气层-高分子量（次级）大气层。许多岩石系外行星在出生时都有厚的（> 10 kbar）H $_2$为主的大气层，但随后会失去H $_2$ ;这个过程在太阳系中没有已知的类似过程。我们研究的后果，早期损失的厚H $_2$大气随后发生的高分子量的大气，使用一个简单的大气演化模型（包括大气损失空间，岩浆海洋结晶，火山放气）。我们还计算了没有H $_2$的岩石世界的大气生存。我们的研究结果意味着，大多数岩石系外行星轨道更接近他们的恒星比宜居带，形成厚H $_2$为主的大气层缺乏高分子量的大气今天。在早期的岩浆海洋结晶过程中，高分子量物质通常不会形成长寿命的高分子量大气;相反，它们与H $_2$一起消失在太空中。这种早期的挥发性消耗也使得后来的火山释气更难恢复大气层。然而，大气层应该会在挥发物丰富的世界（例如水世界）上持续存在。我们的研究结果意味着，为了在绕M星运行的温暖系外行星上找到高分子量的大气层，我们应该瞄准那些形成H $_2$ -poor的世界，那些半径非常大的世界，或者那些绕不太活跃的恒星运行的世界。
2020-10-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
A New Method For Studying Exoplanet Atmospheres Using Planetary Infrared Excess
迄今为止，观测者揭示系外行星大气层的组成或热结构的能力主要依靠两种技术：高对比度直接成像和对凌日系外行星的时间序列观测。前者目前仅限于描述年轻的大质量物体的特征，而后者则需要接近90度的轨道倾角，从而将大气研究限制在系外行星总数的一小部分。在这里，我们提出了一种观测和分析技术，用于研究非凌日系外行星的大气层，该技术依赖于获取同时的宽波长光谱和从恒星光谱中分辨行星红外发射。这种方法可以提供一种有效的手段来研究系外行星的大气动力学，使用稀疏采样的相位曲线观测或机制，以寻找生命迹象的非过境系外行星轨道最近的M-矮星（如Proxima Centauri）。如果詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的观测结果证明这种测量行星红外过量（PIE）的方法是有效的，那么这种测量行星红外过量（PIE）的方法将打开附近大量非凌日系外行星的大气特征。
2020-07-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Water on Hot Rocky Exoplanets
数据显示，大多数轨道周期为$p$ $<$ 100 d的岩石系外行星（“热”岩石系外行星）形成于富含气体的次海王星，随后失去了大部分的外壳，但这些岩石系外行星是否仍然有大气层是未知的。我们确定了一条路径，通过该路径，轨道周期为10-100天的1-1.7 $R_{Earth}$（1-10 $M_{Earth}$）岩石系外行星可以获得长寿命的10-2000巴的大气，这些大气是H $_2$ O主导的，平均分子量为$>$ 10。这些大气层是在行星从亚海王星演变成岩石系外行星的过程中形成的。由硅酸盐岩浆中的铁氧化物还原而成的H $_2$ O在岩浆中高度可溶，形成溶解的储层，只要H $_2$占主导地位的大气持续存在，就不会损失。大尺寸的溶解储库缓冲H $_2$ O气氛，防止H $_2$分散后的损失。在我们的模型中，一个长寿的，以水为主的大气是一个共同的结果，有效的相互作用之间的星云衍生的大气（峰值大气质量分数0.1-0.6重量%）和氧化岩浆（$>$ 5重量% FeO），其次是大气损失。这一观点预测，大多数轨道周期为10-100天，半径在半径谷下边缘0.1-0.2 $R_{Earth}$范围内的岩石行星仍然保留着H $_2$ O大气层。这一预测即将通过JWST进行测试，并对凌日超级地球的数据解释产生影响。
2021-03-13 astro-ph.EP
Exoplanet Atmosphere Retrieval from Multifractal Analysis of Secondary Eclipse Spectra
我们扩展了基于数据的无模型多重分形方法探测系外行星大气。而在主食期间的透射光谱进行了研究，我们分析了发射光谱在二次日食，从而探测大气的边缘。除了系外行星大气的光谱结构，该方法还提供了研究大气流动，潮汐锁定行为和昼夜能量重新分配等现象的信息。该方法使用Spitzer数据证明了系外行星HD189733b。该方法的主要优点是在检测和观测方案中缺乏模型假设。
2021-05-22 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.data-an
Detection of an Atmosphere on a Rocky Exoplanet
我们报告了在一颗岩石系外行星GJ 1132 b上探测到的大气层，该行星在大小和密度方面与地球相似。大气透射光谱使用哈勃WFC 3测量检测，并显示在低平均分子量大气中的气溶胶散射，HCN和CH $_{4}$的光谱特征。我们模拟了大气损失过程，并得出结论，GJ 1132 b可能失去了原始的H/He包层，这表明我们探测到的大气已经重建。我们探讨了H $_{2}$地幔脱气的可能性，以前确定为这颗行星的理论研究的可能性，并发现，从超还原岩浆放气可以产生所观察到的大气。通过这种方式，我们利用观测到的系外行星透射光谱来深入了解类地行星的岩浆成分。在这颗岩石行星上探测到大气层，提出了一种可能性，即许多被认为是次海王星蒸发核心的强辐射超级地球行星，在有利的情况下，可能拥有可探测的大气层。
2021-03-09 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres II: H2S and SO2 Photochemistry in Anoxic Atmospheres
硫气体是地球上火山和生物排放物的常见成分，预计将成为类地系外行星大气的重要输入气体。我们研究了大气成分和含硫化合物的类地系外行星的光谱（即，H2S和SO2）从其表面释放。本文采用一维光化学模型和辐射转移模型，研究了大气中硫从还原到氧化的化学过程。最重要的发现是，基于H2，N2和CO2大气模型，H2S和SO2在几乎所有类型的类地系外行星大气中的化学寿命都很短。这意味着直接检测表面硫排放是不可能的，因为它们的表面排放率需要非常高（>1000倍地球火山硫排放），这些气体才能达到可检测的水平。我们还发现，从地表排放的硫化合物导致大气中元素硫和硫酸的光化学形成，如果饱和，这些元素硫和硫酸会冷凝形成气溶胶。对于类太阳恒星或M星的宜居带中的类地系外行星，类地硫排放率导致在宽范围的颗粒直径（0.1-1微米）的以H2为主的还原性大气中由元素硫组成的光学厚雾，这在我们的模拟中被假定为自由参数。在由N2和CO2组成的氧化大气中，如果地表硫排放量比地球火山硫排放量高2个数量级，则会形成由元素硫气溶胶（S8）或硫酸气溶胶（H2SO 4）组成的光学厚霾。虽然不太可能通过H2S和SO2的光谱特征直接探测到它们，但可以通过用下一代空间望远镜观察反射光中与气溶胶有关的特征来推断它们的排放。
2013-02-26 astro-ph.EP
