Capturing the oxidation of silicon carbide in rocky exoplanetary interiors
理论模型预测碳化硅在C/O比高于0.65的宿主恒星周围凝结（参见图1）。C/O $_{\mathrm{Sun}}$ = 0.54），此外还对陨石、星际介质和原行星盘进行了观测。因此，从富含碳的耐火材料中产生的岩石系外行星的内部通常被认为含有大量的碳化硅。在这里，我们的目标是研究碳化硅在富含碳的岩石系外行星内部的稳定性，并推导出导致其转变的反应。我们进行了一项高压高温实验，以研究碳化硅层和代表富碳岩石系外行星主体成分的层之间的反应。我们报告的反应导致氧化碳化硅生产石英，石墨，和熔融硅化铁。结合以前的研究，我们表明，为了稳定碳化硅，碳饱和是不够的，和一个完整的还原铁$^{2+}$到铁$^{0}$在行星地幔是必需的，这表明未来的光谱检测的Fe $^{2+}$或Fe $^{3+}$的岩石系外行星的表面将意味着在其内部没有碳化硅。
2018-10-10 astro-ph.EP
Exoplanetary Interiors
第一次对类太阳恒星周围系外行星的质量估计，51 Peg b和第一次对系外行星的半径测量，HD 209458 b指出了理解系外行星的大气，内部和演化的挑战，包括暴露在强辐射下的近轨道行星质量损失的可能性。这些发现提出了加热和膨胀机制的问题，以及这些天体与太阳系已知行星相比的组成性质。系外行星内部建模领域诞生了。在这里，我们概述和讨论当前的大科学问题：（一）行星中重元素的含量是多少？所有行星都有铁岩核吗？我们认为，一个有前途的和新的方法，系外行星可以测量它们的潮汐响应的形式的爱数h2和k2。(ii)行星内部的加热或冷却延迟了多少，通过什么机制？许多受到强烈辐射的气态行星需要额外的热源来解释它们的大半径。(iii)在半径-周期图中观察到的种群的起源是什么？半径谷内和沿半径谷的物体是研究行星形成和蒸发的绝佳目标。(iv)岩石行星的组成告诉我们关于它们的形成的什么？发现了比水星更富铁的行星，以及岩石行星，相对于地球来说，铁含量减少。我们还没有一个可靠的形成理论来解释它们的存在。
2021-11-17 astro-ph.EP
Machine learning inference of the interior structure of low-mass exoplanets
我们探讨了基于混合密度神经网络（MDN）的机器学习的应用程序的内部表征的低质量系外行星的质量，半径和流体的勒夫数$k_2$的约束下，25个地球质量。我们创建了一个900个$\:$ 000合成行星的数据集，包括富铁的核心，硅酸盐地幔，高压冰壳，和气态H/He信封，训练MDN使用行星质量和半径作为网络的输入。对于这种分层结构，我们表明，MDN是能够推断出每个行星层的质量和半径的行星可能的厚度分布。这种方法避免了用一套专门的前向模型为每个行星计算这种分布的耗时任务。虽然富含气体的行星可能以成分梯度而不是不同的层为特征，但这里提出的方法可以很容易地扩展到任何内部结构模型。流动的勒夫数$k_2$对行星内部的质量分布有限制，未来将对越来越多的系外行星进行测量。将$k_2$作为输入添加到MDN显著降低了可能的内部结构的简并性。
2019-11-28 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
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
Atmosphere-interior exchange on hot rocky exoplanets
我们提供了短周期岩石系外行星与向阳面岩浆池和硅酸盐蒸汽气氛的大气压力和表面成分的估计。大气压力趋向于与表面岩浆的蒸汽压力平衡，而岩浆表面的成分是由部分蒸发和表面-内部交换的竞争效应决定的。我们使用基本模型来展示表面-内部交换如何受行星的温度，质量和初始成分控制。我们假设地幔岩石经历了大量熔融形成岩浆池，风从星下点径向流动。在这些假设下，我们发现：（1）当行星体硅酸盐FeO浓度较低时，大气-内部交换较快，而当FeO浓度较高时，交换较慢：（2）当亚星温度为$\lesssim$ 2400 K时，岩浆池的成分混合较好，而当亚星温度为$\gtrsim$ 2400 K时，岩浆池的成分变化较大，变化较快;（3）岩浆池中的电流倾向于冷却固体地幔的顶部（“构造制冷”）;（4）与早期的工作相反，许多岩浆行星具有随时间变化的表面成分。
2016-06-21 astro-ph.EP
The interior and atmosphere of the habitable-zone exoplanet K2-18b
围绕M矮星运行的系外行星为它们的探测和大气特征提供了宝贵的机会。这一点从最近对H $_2$ O在这样的大气层中的推断中可以明显看出，包括宜居带系外行星K2- 18 b。K2- 18 b的体积密度介于地球和海王星之间，可能拥有H/He包层。然而，这样一个信封的程度和内部的热力学条件仍然没有探索。本文根据K2- 18 b的体相性质和大气透射光谱，研究了它的大气和内部性质。我们约束的大气是H $_2$ -丰富的H $_2$ O体积混合比为$0.02-14.8$ %，与以前的研究一致，并发现一个耗尽CH $_4$和NH $_3$，表明化学不平衡。我们无法在可观测的大气中最终探测到云/雾。我们使用的体积参数和检索的大气属性来约束的内部结构和热力学条件的行星。内部的限制允许在具有大量H/He包层的岩石世界和具有薄包层的水世界之间的多种场景。我们约束的H/He信封的质量分数为$\lesssim 6$ %，跨越$\lesssim 10^{-5}$为主要水的世界，$\sim6$ %为纯铁内部。H $_2$ O层表面的热力学条件范围从超临界到液相，具有允许K2- 18 b上的可居住条件的一系列溶液。我们的研究结果表明，宜居条件的潜力并不一定局限于类地岩石系外行星。
2020-02-25 astro-ph.EP
Unusually Hot Interiors Could Reconcile the Missing Methane Problem for Warm-to-Hot Exoplanets with Hydrogen Atmospheres
University of Texas at San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；Southwest Research Institute（西南研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文提出一个基于地质化学的框架，探讨高内部温度能否解释系外行星中甲烷的缺失，利用大气化学分析揭示行星内部热力学状态与大气成分的关系。
2026-04-02 astro-ph.EP
Maps and Masses of Transiting Exoplanets: Towards New Insights into Atmospheric and Interior Properties of Planets
在过去的二十年里，太阳系外发现了超过1800颗行星，系外行星学领域拓宽了我们对行星系的看法。研究重点现在正从行星探测转向行星特征描述。在这方面，凌日系外行星由于其轨道配置提供的丰富数据而特别令人感兴趣。在这里，我介绍两种方法来获得新的见解大气和内部性质的系外行星。第一种方法的目标是根据被其宿主恒星遮蔽时获得的扫描来绘制系外行星的大气层。我介绍了日食映射的基础知识，它的警告，以及通过全球分析（包括凌日，相位曲线和径向速度测量）减轻其影响的框架。我使用这种方法分别为热彗星HD 189733 b和开普勒-7b创建了第一张2D地图和第一张系外行星云图。最终，温度、成分和环流模式可以在3D中受到限制，这是为大气模型提供信息的重要资产。第二种方法，MassSpec，旨在确定过境行星的质量和大气特性，仅从透射光谱。确定系外行星的质量是了解其基本性质的关键，包括其支持生命的潜力。到目前为止，系外行星的质量限制主要基于径向速度测量，这不适用于质量较低，半长轴较大或围绕微弱或活跃恒星运行的行星。我证明了一个行星的质量必须占大气检索方法，以避免偏见，JWST可以确定其主机的宜居带在其一生中，这可能会导致第一次确定一个宜居系外行星的质量和大气特性的半打地球大小的行星。
2015-09-04 astro-ph.EP
Majority of water hides deep in the interiors of exoplanets
该研究通过第一性原理分子动力学模拟与行星内部建模，发现高压下水更易分配至铁中，系外行星超95%的水可能深藏于核心与地幔，水的分布假设会使行星半径测算偏差最高达25%，颠覆了传统水世界认知。
2024-01-29 astro-ph.EP
Physical State of the Deep Interior of the CoRoT-7b Exoplanet
本研究将CoRoT-7 b系外行星作为大质量类地行星的模拟物，以调查液体核心中可以维持固有磁场的条件。我们研究了深度依赖性输运参数的影响（例如，地幔岩石的活化体积）对行星热结构的影响以及与之相关的穿过核幔边界的热通量。对于质量比地球大的类地行星，我们的计算表明，地幔最低层的很大一部分处于缓慢的对流状态，主要是由于压力对粘度的影响。因此，我们发现更高的核心温度比以前报道的参数化对流模型。我们还讨论了在杂质存在下熔点降低的影响（例如，硫），并比较相应的熔化关系计算的热结构。由于杂质效应在CoRoT-7 b内部深处普遍存在的高压和高温条件下变得不那么重要，富铁的核心可能是固体，这意味着不存在自持磁场。
2011-05-06 astro-ph.EP
Giant exoplanet composition: Why do the hydrogen-helium equation of state and interior structure matter?
本文通过演化模型研究H-He物态方程与内部结构对45颗暖巨系外行星整体金属度推断的影响，量化了模型与观测不确定性，并指出精确半径和年龄测量的重要性。
2024-10-28 astro-ph.EP
Breaking degeneracies in exoplanetary parameters through self-consistent atmosphere-interior modelling
针对新一代仪器带来的系外行星数据对现有模型的挑战，开发自洽耦合大气与内部模型的HADES，通过辐射对流平衡大气计算和从头算状态方程内部模型，打破参数简并性，为行星形成演化提供新见解。
2024-11-09 astro-ph.EP
Exploring the habitability and interior composition of exoplanets lying within the extended habitable zone
本文分析扩展宜居带内从超级地球到迷你海王星的系外行星，结合宿主恒星参数、内部结构及大气包层建模，评估其组成与长期宜居性，发现部分行星可能为水世界或仅保留极少量大气。
2025-07-06 astro-ph.EP
Chapter 10031. Surfaces and Interiors
该研究梳理了系外行星（超级地球、亚海王星）内部与表面演化研究的进展，介绍了新兴的系外行星地球科学领域，并指出JWST与ELT将助力验证相关大气多样性理论预测。
2024-10-10 astro-ph.EP
Enhanced constraints on the interior composition and structure of terrestrial exoplanets
系外行星内部模型通常假设行星的元素丰度与其母星的元素丰度相同。主恒星丰度是行星丰度的良好代表，但仅适用于难熔元素。对于类地行星来说尤其如此，这可以从太阳与地球和其他内太阳系天体之间的整体化学成分的相对差异中得到证明。因此，行星主星的元素丰度必须被去挥发，以便正确地表示其类地行星的整体化学成分。此外，镍和轻元素与铁一起对类地行星的核心做出了重要贡献。因此，我们采用了扩展的化学网络的核心，由铁/镍比为18 $\pm$ 4（按数量）的约束。通过将这些约束应用于太阳，我们的模型再现了地幔和核心的组成，以及地球的核心质量分数。我们还将我们的建模应用于四颗具有精确测量元素丰度的系外行星宿主恒星：开普勒-10，开普勒-20，开普勒-21和开普勒-100。如果这些恒星在它们的宜居带中也有类地行星，我们发现绕开普勒-21运行的行星最像地球，而绕开普勒-10运行的行星最不像地球。为了评估岩石系外行星在内部组成和结构方面与地球的相似性，高精度的宿主恒星丰度至关重要。我们的模拟表明，丰度的不确定性应优于$\sim$ 0.04 dex，以便进行此类评估。
2018-12-03 astro-ph.EP
Fundamentals of interior modelling and challenges in the interpretation of observed rocky exoplanets
Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构）；University of Oxford（牛津大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Yale University（耶鲁大学）；Geneva University（日内瓦大学）
本文梳理岩质系外行星内部建模的基础方法、约束改进路径与不确定性来源，强调可靠内部模型对解译观测、推进领域研究的核心价值。
2025-11-13 astro-ph.EP physics.geo-ph
Interior redox state effects on the stability of secondary atmospheres and observational manifestations: LP 791-18 d as a case study for outgassing rocky exoplanets
本研究以 LP 791-18 d 为例，耦合内部氧化还原状态与大气过程，揭示氧逸度对大气稳定性和观测特征的控制作用。
2025-07-27 astro-ph.EP
Deep radiative zones affect giant planet cooling and internal structure: Implications for exoplanet characterisation
University of Zürich（苏黎世大学）
研究探讨了深层辐射区对巨行星冷却、半径演变及内部结构特征化的影响，发现辐射窗口可加速冷却并改变金属丰度推断。
2026-08-18 astro-ph.EP
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
The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets
内容：长期的碳酸盐-硅酸盐循环在地球气候演化中起着重要作用，因此，也可能是类地系外行星气候演化的重要机制。目的：我们研究了辐射成因地幔加热、地核大小和行星质量对大气$CO_2$分压演化的影响，以及板块构造驱动的长期碳循环控制大气$CO_2$分压的能力。方法：我们开发了一个箱模型，将碳循环与参数化的地幔对流联系起来。碳循环耦合到热演化通过板块速度，这取决于全球瑞利数。结果：我们发现大气$CO_2$压力随时间降低，最高可达10 Gyr以上的数量级。放射性同位素的丰度越高，导致$CO_2$压力越高。我们发现一个减小的瑞利数和板块速度朝向行星与较大的核心质量分数$f_c$，这导致较低的大气$CO_2$压力。由于内部温度较高，质量较大的行星可能有利于形成更多的$CO_2$丰富的大气层。结论：板块构造对地幔冷却的依赖性对大气$CO_2$压力的长期演化有重要影响。碳循环介导的板块构造是有效地调节行星气候的地幔放射性同位素丰度，行星质量和核心大小的广泛范围。在钍或铀地幔丰度高的行星上更有效的碳循环突出了绘制这些元素在潜在宜居系外行星的宿主恒星中的丰度的重要性。核心质量分数（$f_c\gtrsim 0.8$）较大的行星上碳循环效率低下，这强调了对地球大小的系外行星进行精确质量半径测量的重要性。
2021-03-17 astro-ph.EP
The influence of bulk composition on long-term interior-atmosphere evolution of terrestrial exoplanets
目的：类地行星的次级大气层是在地质时期与内部相互作用的结果而形成和演变的。我们的目标是量化的影响，行星的整体组成的内部-地球大小的类地行星的大气演化，以帮助解释未来的观测地球系外行星的大气。研究方法：我们使用的地球化学模型，以确定主要元素组成的行星内部（MgO，FeO和SiO2）的岩浆海洋结晶后，行星形成，预测的组成配置文件的内部作为我们的长期热演化模型的初始条件。我们的一维演化模型预测的压力-温度结构的内部，我们用来评估近表面的熔体生产和随后的挥发性放气。挥发物根据质量守恒在内部和大气之间交换。结果如下：基于Hypatia目录中报告的恒星组成，我们预测大约一半的岩石系外行星具有作为单层对流（全地幔对流）的地幔，另一半由于存在中地幔成分边界而表现出双层对流。双层对流是更有可能的行星与高块体行星铁含量和低镁/硅比。我们发现，低Mg/Si比的行星往往冷却缓慢，因为它们的地幔粘度高。因此，低Mg/Si的行星也倾向于通过广泛的熔化迅速失去挥发物。此外，岩石圈的动力学机制（板块构造与停滞盖）对热演化和挥发物循环具有一级影响。这些结果表明，地球外行星大气的组成可以提供信息的动力学制度的岩石圈和内部的热化学演化。
2020-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
Giant Outer Transiting Exoplanet Mass (GOT 'EM) Survey. I. Confirmation of an Eccentric, Cool Jupiter With an Interior Earth-sized Planet Orbiting Kepler-1514
尽管发现系外行星的凌日方法严重偏向于短轨道周期，但已知轨道周期大于100天的凌日系外行星的样本不多。长期的径向速度（RV）调查是确认这些信号的关键，并为从其宿主恒星接受中等至低辐射的行星产生一组行星质量和密度。在这里，我们进行RV观测开普勒-1514从凯克我望远镜使用高分辨率中阶梯光谱仪。从这些数据中，我们测量了统计学验证的巨型（$1.108\pm0.023$ $R_{\rm J}$）系外行星开普勒1514 b的质量，其轨道周期为218天，为$5.28\pm0.22$ $M_{\rm J}$。这颗冷（$\sim$ 390 K）巨行星的体积密度为$4.82^{+0.26}_{-0.25}$ g cm $^{-3}$，与由电子简并压力支撑的核心一致。我们还从RV和凌日观测中推断出$0.401^{+0.013}_{-0.014}$的轨道偏心率，这与行星-行星散射和盘腔迁移模型是一致的。开普勒-1514系统包含一个地球大小的开普勒感兴趣的物体，轨道为10.5天，我们在统计上验证了假阳性的情况，包括那些涉及邻近恒星的情况。主恒星的亮度（$V$ =11.8）和开普勒-1514 b的长周期、低辐射和高密度相结合，使该系统成为一组罕见的已知系外行星系统之一，也是一个可以继续研究的系统。
2021-01-09 astro-ph.EP
Constraining exoplanet interiors using observations of their atmospheres
本文综述了利用系外行星大气观测（尤其是JWST数据）来约束其内部结构，并探讨了不同密度和辐照度下的气候与内部状态及其观测区分方法，以及未来表征类地行星所需的创新。
2025-10-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
A Simple Analytical Model for Rocky Planet Interiors
这项工作旨在探索岩石系外行星之间的标度关系。在假设内核内部重力线性增加，地幔内部重力保持不变的前提下，建立了一个适用于内核质量分数（CMF）为$\in 0.1\sim0.4$和质量为$\in 0.1 \sim 10 M_{\oplus}$的岩石系外行星的简单模型。推导出各种标度关系：（1）核心半径分数$\rm CRF \approx \sqrt{CMF}$，（2）典型内部压力$P_{\text{typical}} \sim g_{\rm{s}}^2$（表面重力平方），（3）核心形成能$E_{\rm diff} \sim \frac{1}{10} E_{\rm grav}$（总重力能），（4）地幔有效热容量$C_{\rm p}\approx \left( \frac{M_{\rm{p}}}{M_{\oplus}} \right) \cdot 7 \cdot 10^{27}$ JK $^{-1}$，以及（5）转动惯量$I\approx \frac{1}{3} \cdot M_{\rm{p}} \cdot R_{\rm{p}}^2$。这些比例关系虽然是近似的，但由于其简单明了，便于快速使用，并提供了对岩石系外行星内部结构的见解。以地球、GJ 1132 b、Kepler-93 b和Kepler-20 b等几颗行星为例，对该模型进行了应用，并与数值方法进行了比较。
2016-09-29 astro-ph.EP
PALEOS: Multiphase equations of state and mass-radius relations for exoplanet interiors
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）
研究系外行星内部建模的热力学封闭问题，用PALEOS工具将多种物质状态方程整合到统一框架，通过麦克斯韦关系推导多种物理量，计算大量质量-半径关系并验证，揭示相态和热状态对行星半径的影响。
2026-07-24 astro-ph.EP
Beyond the mass-radius plane: Integrated radiative-convective and interior structure simulations of the exoplanet continuum
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Atmospheric Oceanic and Planetary Physics, University of Oxford（牛津大学大气海洋与行星物理系）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）
本文提出一种整合辐射-对流和内部结构的系外行星模拟框架，揭示了行星包层质量分数与入射辐射通量和大气金属度的退化关系，通过贝叶斯方法提高对系外行星的物理解释。
2026-08-05 astro-ph.EP
Hidden water in magma ocean exoplanets
我们证明，岩浆海洋的深层挥发性存储能力有显着的影响，从系外行星质量和半径数据推断的体积组成，内部和气候状态。实验岩石学提供了水和熔体混合能力的基本性质。到目前为止，这些数据在很大程度上被忽略了系外行星质量半径建模。在这里，我们提出了一个先进的内部模型，为富含水的岩石系外行星。新的模型使我们能够测试岩石融化和岩浆海洋和大气之间的水的重新分配对计算出的行星半径的影响。有和没有岩石融化和水分割模型导致偏差的行星半径高达16%的固定散装成分和行星质量。这在单个系统的当前精度范围内，并且在总体水平上可以进行统计测试。因此，在反演中未被认识到的地幔熔融和挥发性物质的重新分布可能会低估推断的行星体含水量高达一个数量级。
2021-10-28 astro-ph.EP
Detailed chemical compositions of planet-hosting stars: II. Exploration of the interiors of terrestrial-type exoplanets
发现和描述系外行星的一个主要目标是确定与我们的地球相似（或不同）的陆地型世界。最近的研究结果强调了将挥发分去除（即挥发物的消耗）应用于行星宿主恒星的化学成分以限制陆地型系外行星的整体成分和内部的重要性。在这项工作中，我们采用这样的方法选择的样本13行星托管类日恒星，其中高精度的光球丰度已被确定在该系列的第一篇论文。与由此产生的脱挥发分恒星组成（即模型行星的整体组成）以及其他限制，包括质量和半径，我们模拟详细的矿物学和内部结构的假设，可居住区的类地行星（“外地球”）围绕这些恒星。模型输出结果显示，这些地外行星中的大多数预计将具有与地球大致相似的成分和内部结构，这与从污染的白矮星分析中独立得出的结论一致。例外的是开普勒-10和开普勒-37系外地球，我们预测它们被强烈氧化，因此会形成比地球小得多的金属核心。研究我们的去挥发模型在其极端以及不同的行星质量和半径（在地球政权）揭示了潜在的扰动在内部的类地行星。通过考虑（i）高精度恒星丰度，（ii）去挥发，（iii）行星质量和半径，这项工作代表了探索陆地型系外行星详细矿物学和内部结构的重要步骤，这反过来又是我们理解行星动力学和长期演化的基础。
2022-04-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar Abundances as Probes of Rocky Exoplanet Interiors: The Mantle Composition and Mineralogy of GJ 486b
National Institute of Science Education and Research（国家科学教育研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育与研究学院（旁遮普邦））；Indian Institute of Science Education and Research, Kolkata（印度科学教育与研究学院（加尔各答））；Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
该研究提出将恒星丰度推断、脱挥发分模型等结合的框架，以GJ 486b为例发现其幔部富铁贫二氧化硅，为关联行星内部与大气表征奠定基础。
2026-08-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Absolute densities in exoplanetary systems: photodynamical modelling of Kepler-138
在有利的条件下，在多个系统中过境行星的密度可以单独从测光数据确定。动态信息可以从光变曲线中提取，只要建模是自洽的，即使用光动力学模型，它模拟单个光度观测，而不是更普遍使用的渡越时间。我们将这种方法应用于开普勒-138行星系。推导出的行星体积密度是一个因素的2比以前的测定更精确，我们发现在恒星体积密度与以前的研究的差异。这反过来又导致了恒星和行星的质量和半径的测定存在差异。特别是，我们发现内部行星开普勒-138b的大小介于火星和地球之间。鉴于我们的质量和密度估计，我们使用广义贝叶斯推断模型的行星内部的特征。该模型使我们能够量化内部简并并计算内部参数的置信区域，如核，地幔，海洋和气体层的厚度。我们发现Kepler-138 b和Kepler-138 d具有明显厚的挥发层，Kepler-138 b的气层可能是富集的。另一方面，开普勒-138c可能是纯岩石的。
2018-05-31 astro-ph.EP
Thin H$_2$-dominated Atmospheres as Signposts of Magmatic Outgassing on Tidally-Heated Terrestrial Exoplanets
本研究提出潮汐加热的偏心类地行星可通过火山脱气维持薄H$_2$主导大气，并建立内部-大气模型结合JWST观测以识别此类行星及其内部状态。
2025-10-08 astro-ph.EP
The Pressure and Temperature Limits of Likely Rocky Exoplanets
系外行星的内部组成是不可观测的，限制了我们对其结构，组成和动力学的直接了解。最近描述的观测趋势表明，岩石系外行星，即没有明显挥发包层的行星，可能限于$<$ 1.5地球半径。我们表明，考虑到纯岩石超地球系外行星半径的可能上限，最大预期的核幔边界压力和绝热温度相对适中，630 GPa和5000 K，而最大中心核心压力在1.5和2.5 TPa之间变化。我们进一步发现，对于半径小于1.5地球半径的行星，核幔边界压力和绝热温度主要是行星半径的函数，对行星结构不敏感。因此，岩石系外行星内部的压力和温度低于最近的冲击压缩实验、从头计算和行星动力学研究所探索的压力和温度。我们进一步表明，相关的状态方程的外推不会引入显着的不确定性，这些行星的结构模型。质量半径模型是更敏感的散装组成比状态方程中的任何不确定性，即使外推到TPa压力。
2019-05-16 astro-ph.EP
ExoMDN: Rapid characterization of exoplanet interior structures with Mixture Density Networks
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本研究提出基于混合密度网络的ExoMDN模型，可快速求解系外行星内部结构逆问题，输出各层参数后验分布，还可结合流体勒夫数$k_2$降低结构简并性。
2023-06-15 astro-ph.EP cs.LG
Ariel Planetary Interiors White Paper
最近通过的Ariel欧空局任务将测量大量系外行星的大气成分。然后，这些信息将用于更好地约束行星的整体组成。虽然行星大气的组成与大部分内部之间的联系仍在研究中，但大气组成与测量的系外行星质量和半径的结合将把系外行星表征领域推向下一个层次，并提供对我们银河系行星性质的新见解。在本白皮书中，我们概述了{ \it Ariel}任务内部工作组正在进行的活动，并列出了理想的理论发展以及将行星大气，体积组成和内部结构联系起来的挑战。
2021-03-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Connecting Giant Planet Atmosphere and Interior Modeling: Constraints on Atmospheric Metal Enrichment
通过光谱分析确定大气特征是现代系外行星科学的一个重要工具，可从内部结构模型提供的背景中获益匪浅。特别是，行星的整体金属丰度$Z_p$为潜在的大气金属丰度设定了上限。在这里，我们构建内部结构模型，以获得$Z_p$和大气金属丰度上限的403个已知的过境巨型系外行星。这些限制足够低，可以有效地为大气模型提供信息。此外，我们认为，比较$Z_p$观察到的大气金属丰度提供了一个有用的措施如何混合金属在行星内。这为了解行星内部提供了一条新的途径。为了帮助在未来的表征新的行星发现，我们推导出分析前的预测大气金属丰度作为行星质量的函数，并评估我们的方法对木星和土星的有效性。我们包括对数线性拟合，用于近似不在我们目录中的行星的金属丰度。
2019-03-05 astro-ph.EP
Most Rocky Sub-Neptunes are Molten: Mapping the Solidification Shoreline for Gas Dwarf Exoplanets
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Department of Earth Sciences, University of Cambridge（剑桥大学地球科学系）；Atmospheric, Oceanic, and Planetary Physics, Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理学院大气、海洋与行星物理组）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Department of Earth and Planetary Sciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系）
研究通过PROTEUS模型分析亚海王星的固态化边界，发现98%的亚海王星可能拥有永久性熔融海洋，揭示其内部结构与大气相互作用的观测特征。
2026-04-24 astro-ph.EP
On the importance of laboratory experiments for interpreting exoplanet observations
Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（地球与行星实验室，卡内基科学机构）
本文探讨实验室实验在理解系外行星大气和表面组成中的关键作用，通过模拟极端条件和分析气体谱学性质，为未来观测提供重要数据支持。
2026-03-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Oxidation of the Interiors of Carbide Exoplanets
天体物理测量表明，一些恒星具有足够高的碳氧比，使得它们所拥有的行星主要由碳化物而不是硅酸盐组成。我们在激光加热金刚石对顶砧室（LHDAC）中研究了碳化硅在水存在下在与行星内部相关的高压-温度条件下的行为。当与水反应时，碳化硅在高达50 GPa的压力和高达2500 K的温度下转化为二氧化硅（硅镁石）和金刚石：SiC +2 H $_2$ O -> SiO $_2$ + C +2 H $_2$。因此，如果水可以在碳化物行星的形成过程中或通过后来的输送被掺入其中，它们可能会被氧化，并在其内部具有以硅酸盐和金刚石为主的矿物学。该反应可以在较浅的深度产生CH $_4$，在更深的深度产生H $_2$，这些物质可以从内部脱气，导致转化的碳行星的大气中富含还原性气体。反应后多余的水可以储存在转化的碳行星内部的致密二氧化硅多晶型物中。这种矿物学向金刚石和硅酸盐的转化会降低富碳行星的密度，使转化后的行星在2-8地球质量范围内的质量-半径关系不同于硅酸盐行星。
2020-08-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
Interior heating of rocky exoplanets from stellar flares with application to TRAPPIST-1
许多不同光谱型的恒星，其行星位于宜居带内，已知会发出耀斑。到目前为止，研究恒星耀斑和相关的日冕物质抛射（CME）的长期影响的研究假设行星的内部不受行星际CME的影响，只考虑等离子体/紫外线相互作用对行星大气的影响。在这里，我们表明，磁通量进行耀斑相关的日冕物质抛射的结果在行星内部加热欧姆耗散，并导致各种内部-外部相互作用。我们构建了一个物理模型来研究这种效应，并将其应用于TRAPPIST-1恒星，其耀斑活动已被开普勒观测所限制。我们的模型是以随机的方式提出的，以考虑输入参数的不确定性和可变性。特别是对于最里面的行星，我们的研究结果表明，硅酸盐地幔中耗散的热量具有足够的幅度和寿命来驱动地质过程，从而促进TRAPPIST-1行星的火山活动和放气。此外，我们的模型预测，焦耳加热可以进一步增强行星的内在磁场相比，那些没有。伴随的火山活动和释气作用可以不断补充大气，从而减轻耀斑和日冕物质抛射直接影响造成的大气侵蚀。为了保持大气和地球物理模型的一致性，恒星耀斑和日冕物质抛射对近距离系外行星系统大气的影响需要结合对行星内部的影响进行研究。
2022-12-08 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Outgassing Composition of the Murchison Meteorite: Implications for Volatile Depletion of Planetesimals and Interior-atmosphere Connections for Terrestrial Exoplanets
本研究通过对默奇森陨石开展不同压力下的加热实验与元素分析，探明其主要元素释气趋势，为未分异星子挥发性耗竭及类地系外行星早期释气成分提供了新见解。
2023-10-03 astro-ph.EP
Constraining the interior of extrasolar giant planets with the tidal Love number k_2 using the example of HAT-P-13b
凌日和径向速度观测不断发现越来越多的系外行星。然而，当涉及到观察到的行星的组成时，数据与几种内部结构模型兼容。因此，一个对行星密度分布敏感的行星参数可能有助于进一步限制大量可能的模型。我们的目标是调查到何种程度的系外行星的内部可以限制在核心质量和信封金属丰度的潮汐勒夫数k_2考虑作为一个额外的可能观察到的参数。由于它是唯一一颗具有观测确定的k_2的行星，我们通过求解不同边界条件下的流体静力平衡方程和质量守恒方程，建立了热木星系外行星HAT-P-13 b的内部模型。特别是，我们改变了地面温度和外部温度曲线，以及在尽可能宽的参数范围内的包络金属丰度。我们还考虑了与非灰色大气模型一致的大气条件。对于所有这些模型，我们计算了勒夫数k_2，并将其与HAT-P-13 b的偏心率测量值所允许的k_2值范围进行了比较。我们以HAT-P-13 b为例，展示了行星的温度、包层金属丰度、核心质量和勒夫数之间的一般关系。对于任何给定的k_2值，可以确定最大可能的核心质量。对于HAT-P-13 b，基于最新的偏心测量，我们发现Mcore < 27 ME。我们能够限制的信封和散装金属HAT-P-13 b的1 - 11倍恒星金属和扩展的等温层在行星的大气中的3 - 44巴。假设采用平衡潮汐理论，我们发现潮汐Q的下限与10^3 - 10^5一致。
2011-12-09 astro-ph.EP
Interior and Climate Modeling of the Venus Zone Planet TOI-2285 b
本研究结合内部结构、挥发物储量与 ROCKE-3D 气候模拟，分析位于 HZ 与 VZ 内的 TOI-2285 b，并用 JWST 光谱预测验证其存在温和气候情景的可能。
2025-05-15 astro-ph.EP
A Possible Carbon-rich Interior in Super-Earth 55 Cancri e
太阳系中的类地行星，如地球，富含氧气，硅酸盐和铁是其内部最常见的矿物质。然而，围绕其他恒星运行的岩石行星的真正化学多样性仍然是未知的。质量和半径测量用于限制超级地球（质量为1 - 10个地球质量的系外行星）的内部组成，并且通常用假设地球中心富氧成分的行星内部模型来解释。使用这样的模型，超级地球55 Cancri e（质量为8个地球质量，半径为2个地球半径）被认为具有由铁，硅酸盐和超临界水（>= 10%质量）组成的内部成分。我们报告说，55 Cancri e的质量和半径也可以解释为富碳固体内部由铁，碳，碳化硅和/或硅酸盐，没有挥发性的信封。虽然数据允许Fe的质量分数高达40%，但C、SiC和/或硅酸盐的质量分数的范围很宽。如果巨蟹座55 e的原行星盘的成分与它的主星相同，那么它也可能是一个富碳的巨蟹座55 e。然而，需要对恒星元素丰度进行更精确的估计，并对行星大气进行观测，以进一步限制其内部组成。与太阳系中的类地行星相比，巨蟹座55 e内部富含C的可能性为地外岩石行星的地球化学和地球物理学开辟了一个新的领域。
2012-10-09 astro-ph.EP physics.geo-ph
Water content of rocky exoplanets in the habitable zone
本文通过四层内部结构模型、潮汐加热与放射成因热计算，研究28颗宜居带岩质系外行星的水含量，识别出多颗可能拥有厚海洋层或水蒸气大气的候选行星。
2023-12-04 astro-ph.EP
Potential Interior Structures and Habitability of Super-Earth Exoplanets LHS 1140 b, K2-18 b, TOI-1452 b and TOI-1468 c
本文基于贝叶斯推断和潮汐锁定一维解析模型，评估了四颗近邻超级地球系外行星的内部结构与宜居性，发现大气加热是影响其表面液态水留存的关键因素，且 LHS 1140 b 具有相对更高的宜居潜力。
2024-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Interior structure of Mars and other rock-and-iron planetary bodies
这里展示了如何通过使用岩石密度和地球已知的核心密度的某些方面以及使用富铁核心的对流原理来找到各种岩石和铁行星体的内部结构。对流使核心流体内部的密度和温度梯度最小化。如果在核-幔边界处，核流体的密度接近纯铁熔化密度，并且在内核边界处，密度对于富铁熔化物具有可能的最小值，则可以实现这一点。对于纯铁和具有最大轻杂质的铁的临界铁密度先前利用具有最可靠的实验标度的朗道一级相变理论获得。行星的内部密度是通过在小的径向步长中迭代计算重力和压力而得到的。转动惯量因素也计算和同意的机构，我们有准确的测量：月球，火星和水星。此外，还对系外行星Kepler-78 b、K2- 229 b和Kepler-10 b进行了计算。它们的核心都有富含铁的液体。较轻的太阳系天体没有内核，但最重的两颗系外行星在内核内有一个纯铁最内层的内核。计算了半径-质量平面内增长的内核的参数范围。随着内核的生长而产生的磁场保护着地球上的生命，对系外行星也是如此。这指导了在寻找生命的过程中选择系外行星进行研究。
2018-11-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
Observation uncertainty effects on the precision of interior planetary parameters
本文量化了质量和半径观测不确定性对岩石与水行星成分推断误差的影响，给出了达到目标成分精度所需的质量和半径精度要求，并发现矿物学知识缺乏导致铁质量分数存在约±5个百分点的误差下限，为优化系外行星观测策略提供指导。
2024-05-06 astro-ph.EP
Warm giant exoplanet characterisation: current state, challenges and outlook
本综述梳理了系外暖巨行星表征的研究现状，分析了演化模型推断行星整体组成的方法与理论不确定性，指出JWST、ARIEL的大气观测及PLATO的恒星年龄测定可降低组成推断简并性，强调巨行星理论对观测解读的关键作用。
2023-04-28 astro-ph.EP
Volatile-bearing mineral atmospheres of hot rocky exoplanets as probes of interior state and composition
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Universität Bern（伯尔尼大学）
通过耦合大气-内部模型，研究热岩质系外行星（HRE）大气中矿物气体与挥发分分配，发现氧逸度是发射和透射特征的主要控制因素，SO₂等物种可区分气体来源，MIRI观测55 Cancri e不支持氧化类地或还原原始大气。
2026-06-23 astro-ph.EP
Super-Earth Interiors Shrink by About 10% as They Crystallise
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Department of Earth and Planetary Sciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系）
本研究通过PROTEUS框架耦合模型发现，贫挥发性超级地球结晶时内部收缩约10%，而富挥发性大质量超级地球因厚大气层抑制散热可能不固化，为解释低质量系外行星观测提供新视角。
2026-09-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
Giant planet interiors and atmospheres
本文综述了太阳系四颗巨行星内部与大气的当前认识，阐述内部结构演化模型原理及其与大气之间的联系，并总结外行星成分、结构及未来挑战。
2024-07-08 astro-ph.EP
Mass-radius relationships of rocky exoplanets
行星经过其主星时的质量和半径由径向速度和光度观测提供。固体系外行星内部的结构模型，然后通过使用状态方程的径向密度分布，这是符合热力学的高压极限。然而，在某种程度上，这些结构模型遭受固有的简并性或非唯一性问题，由于主要缺乏知识的内部分化状态和/或可能存在的光学厚的气氛。我们在这里讨论的作用，相应的测量误差，这对行星的平均密度和散装化学成分的测定产生不利影响。行星半径的精确测量将变得越来越重要，因为这是单个固体低质量系外行星或超级地球径向密度模型的关键观测约束。
2012-11-14 astro-ph.EP
Surrogate-Accelerated Bayesian Inversion for Exoplanet Interior Characterization
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出一种基于PCK代理的贝叶斯反演方法，通过加速MCMC采样显著提升系外行星内部结构推断效率，实现计算速度提升超过2个数量级。
2025-12-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
