Traces of exomoons in computed flux and polarization phase curves of starlight reflected by exoplanets
探测系外行星周围的卫星是当前和未来天文台的主要目标。卫星被怀疑会影响岩石系外行星的可居住性，而恒星宜居带中的气态系外行星可能拥有丰富多样的卫星，以寻找地外栖息地。系外卫星将对系外行星信号做出贡献，但用目前的方法几乎无法检测到。目的：我们确定和分析的痕迹外卫星的时间变化的总和偏振通量的星光反射的类地系外行星和空间未解决的月球在所有相位角，与两个轨道的边缘上的几何形状。研究方法：我们计算的总通量和线性偏振通量，以及由系外行星与其月球沿其轨道反射的星光的线性偏振度P，占行星和月球盘的可见度的时间变化，并包括相互过境和相互日食的影响。我们的计算适用于450纳米的波长。结果：由于行星和月球的凌日和日食，总通量F显示出有规律的下降。由于行星凌日和月食，偏振P显示出规则的峰值，并且P可以在月球凌日和行星食期间增加和/或略微减少。F和P的变化将取决于行星和月球的半径、它们的反射特性和它们的轨道，并且比平滑的背景信号小大约一个数量级。凌日或日食的典型持续时间是几个小时。结论：由于行星和月球的凌日和日食，系外卫星的痕迹出现在行星-月球系统反射的太阳光的F和P中，并且可以在系外行星通量和/或偏振相位函数中搜索。
2018-07-26 astro-ph.EP
Survival of exomoons around exoplanets
尽管进行了多次尝试，但迄今为止还没有任何一颗系外卫星得到确认。像CHEOPS这样的新任务旨在描述以前探测到的系外行星，并有可能发现系外卫星。为了优化搜索策略，我们需要确定那些最有可能拥有卫星的行星。我们调查潮汐演化的假设月球轨道系统组成的一颗恒星，一颗行星和一个测试月球。我们研究了几个积分时间为100亿年的具体情况，其中月球轨道的演化遵循以下三种情况之一：（1）“锁定”，即月球在长时间尺度上具有稳定的轨道（$\gtrsim$ 10 $^9$年）;（2）“逃逸情景”，即月球离开行星的引力域;和（3）“破坏情景”，其中月球向内迁移，直到到达洛希瓣并被强大的潮汐力破坏。将该模型应用于系外行星目录中的实际案例，我们研究了已知系外行星周围月球轨道的长期稳定性。我们计算的生存率是调查的情况下，当月球生存在行星周围的完整的积分时间（这是恒星的年龄，或者如果不知道，那么太阳的年龄）的分数。决定长期生存的系外卫星的最重要的因素是行星的轨道周期。对于大多数近距离行星（<10天的轨道周期）来说，没有稳定的卫星轨道。在10到300天之间，我们发现存活率从大约0到70%的转变。我们的研究结果给出了一个可能的解释，缺乏成功的系外行星的发现。潮汐不稳定性导致卫星逃逸或在近距离行星周围被潮汐破坏，这是目前探测技术最青睐的。
2021-05-25 astro-ph.EP
Geophysical Classification of Planets, Dwarf Planets, and Moons
本文提出了一个描述系外行星、太阳系行星、矮行星和球卫星地球物理特征的行星质量标度和组成码系统。组成类别描述了行星体的岩石、冰和气体性质。行星质量尺度包括五个质量等级，其质量上限和质量下限来自于最近对系外行星质量半径和质量密度关系的研究，以及太阳系中行星、矮行星和球形卫星的物理特征。组合的质量和组成代码提供了地球物理分类，可以将系外行星的全球质量和组成特征与太阳系的行星、矮行星和球形卫星进行比较。该系统是灵活的，可以与表征行星的其他物理，动力学或生物特征的附加代码相结合。
2017-05-27 astro-ph.EP
On the Detection of Extrasolar Moons and Rings
自从2000年发现一颗行星凌日其主恒星以来，已经发现了数千颗额外的系外行星和系外行星候选者，其中大部分是由美国宇航局的开普勒太空望远镜发现的。其中一些几乎和月球一样小。由于太阳系的卫星众多，其中有超过一百颗卫星围绕着八颗本地行星运行，而所有本地巨行星都显示出复杂的环系统，天文学家自然在过去几年开始寻找系外行星的卫星和环。我们在这里讨论的原则，已提出的观测方法，以寻找卫星和环以外的太阳系，我们回顾了第一次搜索。虽然迄今为止还没有明确证实exomoon或exoring，但理论和技术要求现在已经接近成熟。
2017-08-03 astro-ph.EP
Constraints on the habitability of extrasolar moons
开普勒太空望远镜可以探测到巨大的太阳系外卫星。开普勒在恒星宜居带中发现了大约50颗系外行星，这自然让我们对它们假想的卫星的宜居性产生了疑问。来自行星的照明，日食，潮汐加热和潮汐锁定区分了系外卫星和系外行星的远程特征。我们展示了如何评估一个系外卫星的可居住性是可能的基础上访问的参数，通过当前和不久的将来的技术。
2012-10-18 astro-ph.EP
Exoplanet Predictions Based on Harmonic Orbit Resonances
目前的系外行星数据库包括5454颗已确认的行星和开普勒任务观测到的候选行星。我们发现932行星对，我们提取的距离和轨道周期比。虽然早期的研究使用提丢斯-波德定律或对数间距的广义版本，这两者都缺乏物理模型，但我们在这里采用谐波轨道共振理论，其中包含量化比率，以解释观测到的行星距离比率并预测未检测到的系外行星。结果表明，在73%的情况下，最常见的谐波比为（2：1）、（3：2）和（5：3），而在27%的情况下，出现了（5：4）、（4：3）、（5：2）和（3：1）的交替谐波比。我们的轨道预测包括171颗系外行星，2颗木星卫星，1颗土星卫星，3颗天王星卫星和4颗海王星卫星。预测行星距离的准确度只有百分之几，这比提丢斯-波德定律或对数间距更适合数据。这些信息可能有助于利用开普勒数据进行有针对性的系外行星搜索，并估计宜居带中有生命的行星的数量。
2017-05-19 astro-ph.EP
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
OWL-Moon: Very high resolution spectropolarimetric interferometry and imaging from the Moon: exoplanets to cosmology
我们概述了OWL月球，位于月球表面的50- 100米口径望远镜的概念，以解决天文学中的三个主要领域，即可居住的系外行星上的生物特征的检测，系外行星的地球物理学和宇宙学。这样一个大型的月球望远镜，当与大型的地球望远镜相结合时，将允许强度干涉测量，从而导致皮秒的角分辨率。这将在天文学的许多领域得到应用，而且鉴于空间机构重新对重返月球产生兴趣，这是及时的。
2022-08-11 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Water ice lines and the formation of giant moons around super-Jovian planets
大多数已知质量的系外行星与类太阳恒星的距离都比木星重，这就提出了一个问题，即这些行星是否伴随着可探测的、可能适合居住的卫星。在这里我们模拟了超级类木行星周围的吸积盘，发现可以形成质量与火星相似的巨型卫星。我们的研究结果表明，伽利略卫星是在木星吸积的最后阶段形成的，当时环绕木星的圆盘足够冷。但是，与其他研究相反，我们的假设表明，木星仍然是从环日盘喂养，它的主要卫星不可能在环日星云完全光蒸发后形成。为了抵消由于I型迁移导致的卫星进入行星的稳定损失，我们提出木星和超木星系外行星周围的水冰线充当了卫星的迁移陷阱。然而，在10^4年内的间隙打开期间，热量转换穿过圆盘，这使得它们作为月球陷阱的效率低下。这表明了行星和月球形成的根本区别。我们发现，在超级类木行星周围大约15 - 30木星半径处，可以形成比已知最小的系外行星还要大的冰卫星。它们的大小意味着开普勒和柏拉图太空望远镜以及欧洲极大望远镜都可以探测到。
2015-05-05 astro-ph.EP
OWL-MOON : Very high resolution spectro-imaging and Earth-Moon interferometry: exoplanets to cosmology
我们解决了天文学中的三个主要问题，即可居住系外行星上的生物特征的检测，系外行星的物理学和宇宙学。要实现这一目标，需要两个条件。首先是一个非常大的孔径来探测像系外行星这样的微弱物体的光谱偏振和空间特征，其次是一个连续的监测来表征系外行星的时间行为，比如旋转周期、气象学和季节。地面望远镜不适合连续监测，大气层限制了最终的角分辨率和分光偏振测量范围。此外，轨道上的空间望远镜的孔径有限，在未来几十年内可能只有15米。这就是为什么我们提出了一个OWL级月球望远镜，具有50-100米的可见光和红外（IR）天文学孔径，基于ESO的压倒性大望远镜概念，在地球上无法实现的技术问题，如风应力，与月球平台无关。它将被安装在月球南极附近，以便进行连续的目标监测。与地球望远镜相比，月球的低重力将有利于其建造和操纵。作为一个有保证的副产品，这样一个大型月球望远镜将允许强度干涉测量时，与大型地球望远镜，导致皮秒角分辨率。
2019-08-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
Transit Light-curves for Exomoons: Analytical Formalism
测光凌日法一直是探测和表征系外行星的最有效方法，因为几个地基和天基调查任务使用这种方法发现了数千颗系外行星。随着即将到来的下一代大型望远镜的出现，在这些系外行星系统中探测到系外卫星是非常有可能的。在本文中，我们提出了一个全面的分析形式主义，以模拟这样的月球托管系外行星的过境光变曲线。为了实现分析形式主义，我们考虑了围绕主行星的系外卫星的圆形轨道，这确实是潮汐锁定卫星的情况。形式主义使用的半径和轨道属性的宿主行星和它的卫星作为模型参数。行星和月球轨道的共对准或非共对准使用两个角度参数进行参数化，因此可以用于模拟恒星-行星-月球系统的所有可能的轨道对准。这种形式主义也提供了独特的和直接的解决方案，每一个可能的恒星-行星-月球三个圆形体的路线。利用导出的公式，还给出了几个有代表性的光变曲线。
2022-07-31 astro-ph.EP
Can close-in giant exoplanets preserve detectable moons?
系外行星的发现激发了许多寻找看不见的系外卫星种群的努力，但他们都没有成功。一个合理的解释是，大多数发现的行星都位于近轨道上，这使得它们的卫星容易发生潮汐演化和轨道分离。在最近的潮汐驱动的系外卫星迁移模型中，进化中的行星可能会阻止它们最合理的命运（即与其宿主行星相撞），有利于卫星被推开并达到我们定义的“卫星潮汐轨道停车”距离的情况（$a_\mathrm{stop}$），它通常在不稳定轨道的临界极限内，主要取决于系统的初始条件：质量比、半长轴和旋转速率。通过半解析计算和数值模拟，我们计算了不同初始系统参数下的$a_\mathrm{stop}$，并限制了近距离行星系外卫星凌日的可探测性。我们发现，具有$M_\mathrm{m}/M_\mathrm{p} \geq 10^{-4}$的系统，不太可能形成，也是稳定的，可以用现有的设施（例如开普勒和TESS）通过它们在行星+月球过境中的直接和次要影响进行检测，因为它们质量大，尺寸大，迁移缓慢。相比之下，具有较低的月球与行星质量比的系统是“短暂的”，很难检测到。此外，任何探测、确认和全面表征都需要TESS的短节奏能力和地面观测站的高光度灵敏度。最后，尽管在目前可用的数据库中发现的长周期行星不足，但这项工作中采用的潮汐迁移模型支持这样一种观点，即它们更有可能拥有第一个可检测的系外卫星。
2019-12-17 astro-ph.EP
Oblique rings from migrating exomoons: A possible origin for long-period exoplanets with enlarged radii
针对长周期系外行星极低密度的未解之谜，提出前卫星潮汐迁移可形成倾斜环并导致行星视半径增大的机制，验证了其对HIP 41378 f的合理性，为环假说提供支持。
2023-06-12 astro-ph.EP
Pathways of Survival of Exomoons and Inner Exoplanets
本研究探讨了系外卫星在严苛动力学条件下的长期幸存路径，发现大质量卫星可通过同步母行星自转压制恒星潮汐作用，从而阻止内侧系外行星坠入恒星并延长其寿命。
2023-03-30 astro-ph.EP
A target list for searching for habitable exomoons
我们调查的可居住性假设卫星轨道已知系外行星。这项研究的重点是能够维持重要大气层的大型岩石系外卫星。为了确定它们的可居住性，我们计算了入射恒星辐射和潮汐热通量在卫星中产生的两个主要贡献者的能量预算。我们使用失控温室和最大温室通量限制作为可居住性的定义。对于每个系外行星，我们使用蒙特卡罗方法计算卫星和行星的物理和轨道参数的合理范围。我们计算每个行星的月球可居住性概率，这是导致可居住条件的调查情况的一部分。根据我们的研究结果，我们提供了一个观测已知系外行星的目标列表，其中前10颗行星有超过50%的机会在稳定轨道上拥有可居住的卫星。两个特别有希望的候选者是Kepler-62~f和Kepler-16~b，它们都具有已知的质量和半径。我们的目标清单可以帮助发现第一个可居住的系外卫星。
2022-04-25 astro-ph.EP
JWST Excludes Exomoons Down to 0.1 Earth Radii Around a Rocky, Temperate Exoplanet
Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究利用JWST的12次凌星观测对LP 890-9c周围的系外卫星进行搜寻，以95%置信度排除了半径小至0.1倍地球半径的系外卫星，证实JWST可探测极小系外卫星，为后续观测提供了支撑。
2026-09-07 astro-ph.EP
LOUPE: Observing Earth from the Moon to prepare for detecting life on Earth-like exoplanets
LOUPE是一个小型、坚固的分光偏振仪，其任务是观测作为系外行星的地球。探测恒星宜居带中的类地行星是现代系外行星科学的关键挑战之一。描述这些行星的特征和寻找生命的痕迹需要直接探测它们的信号。LOUPE提供了地球反射的太阳光的独特光谱通量和偏振数据，地球是已知唯一有生命的行星。这些数据将用于测试预测类地系外行星信号的数字代码，测试检索行星属性的算法，并微调未来空间观测站的设计和观测战略。从月球上，LOUPE将持续看到整个地球，使其能够监测由于地球的日常旋转，天气模式和季节而产生的信号变化。在这里，我们介绍了LOUPE仪器和任务设计背后的科学案例和技术。
2020-08-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Global Instability of Exo-Moon System Triggered by Photo-Evaporation
许多系外行星被发现在靠近其宿主恒星的轨道上，因此它们受到光蒸发的影响。先前的研究表明，开普勒任务探测到的大部分系外行星都被光蒸发严重侵蚀。在本文中，我们数值研究的影响，光蒸发的轨道演化的一个假想的月球系统围绕一颗行星。我们发现光蒸发对月球系统的稳定性至关重要。光蒸发会侵蚀地球的大气层，从而导致重大的质量损失。随着行星质量的减少，它的希尔半径缩小，其卫星的轨道半长轴和偏心率增加。当一些卫星接近其临界半长轴时，会触发月球系统的全球不稳定性，通常会导致两个，一个甚至零个幸存的卫星。一些丢失的卫星可能会逃离月球系统，成为一颗围绕恒星运行的新行星，或者进一步逃离，成为银河系中的一个自由漂浮物体。鉴于光蒸发的破坏性作用，我们推测，系外卫星在近距离行星（$<0.1$ AU）中不太常见，特别是那些围绕M型恒星的行星，因为它们的X射线亮度更高，从而增强了光蒸发。本研究所获得的经验教训可能有助于正在进行的/未来的外卫星搜索计划的目标选择。
2016-09-27 astro-ph.EP
Most High-density Exoplanets Are Unlikely to Be Remnant Giant-planet Cores
本文重新审视裸核心假说，通过行星内部模型和能量受限的大气逃逸分析发现，巨型行星核心在早期演化中熔融，大气层丢失后半径反弹有限，从而否定了所有高密度系外行星均为裸核心的观点，指出大多数高密度系外行星不太可能是巨型行星的残余核心。
2024-10-16 astro-ph.EP
On The Feasibility of Exomoon Detection Via Exoplanet Phase Curve Spectral Contrast
一个系外行星-系外卫星系统向观测者呈现出相位曲线的叠加--主要分量根据行星周期而变化，较小分量根据行星周期和月球周期而变化。如果这两个天体的光谱明显不同，那么很可能存在月球和行星之间的对比度明显更大的波长区域。原则上，该效应可用于隔离组合相位曲线中的周期性振荡。如果能够探测到系外卫星的成分，就可以确定系外卫星的半径，并可能获得一些粗略的大气数据。我们运行的参数调查相结合的系外行星-系外卫星的相位曲线，这表明，对于大多数集的行星-月球参数，相位曲线的月球组件是无法检测到目前的最先进的过境观测。即使是未来的凌日调查任务，测量系外卫星信号也很可能需要百万分之十或更高的光度精度。唯一的例外是，如果月球是强烈的潮汐加热或以某种方式自发光。在这种情况下，在波长大于几微米的相位曲线的测量可以由月球的贡献主导。需要像詹姆斯·韦伯太空望远镜及其后继者这样的仪器来使这种方法可行。
2017-05-15 astro-ph.EP
Explaining Mercury via a single giant impact is highly unlikely
类地行星形成的经典情景的特征是月球到火星质量行星胚胎之间的巨大撞击阶段。虽然经典的模型和它的修改已经产生了足够的类似物的外部三个类地行星，水星的起源仍然难以捉摸。与地球相比，水星的高核心质量分数特别突出。在碰撞假说中，这一特征长期以来被解释为两颗大质量原行星之间高能巨大撞击的结果。在这里，我们重新审视了经典的类地行星形成的场景，重点是巨大的影响的结果。我们已经进行了大量的N体模拟考虑不同的初始分布的行星胚胎和星子。我们的模拟测试了不同巨行星配置的影响，从几乎圆形到非常偏心的配置。我们比较了巨大的影响，在我们的模拟与那些更有可能占水星和月球的形成，根据平滑的流体动力学模拟。在我们所有的模拟中，都观察到了可能导致月球形成的撞击事件，占所有巨大撞击的20%，与预期的月球形成事件条件范围一致。另一方面，通过单一的巨型撞击形成汞的事件是非常罕见的，占所有巨型撞击的不到1%。我们的研究结果表明，产生水星作为一个单一的巨大的影响，剥离地幔的分化行星物体与地球一样的铁硅酸盐比例是具有挑战性的，可能需要替代方案（例如多次碰撞）。
2022-07-29 astro-ph.EP
Special cases : moons, rings, comets, trojans
非行星天体为我们目前对行星形成和演化的理解提供了有价值的见解。尽管这些物体的探测和表征都很困难，但从它们中提取的潜在信息已经促使人们通过许多技术进行各种搜索。在这里，我们简要地回顾了卫星，环，彗星和特洛伊在系外行星系统中的搜索的现状，并建议在不久的将来可能会发生什么未来的发现。
2018-06-26 astro-ph.EP
Studying Exoplanets in the Radio from the Moon
本文提出利用月球独特环境克服地球电离层对低频射电信号的阻挡，通过LuSEE-Night、ROLSES及未来月球阵列FarView和FARSIDE，探测系外行星磁场与磁层，以全面评估其潜在宜居性。
2025-08-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Practical suggestions on detecting exomoons in exoplanet transit light curves
已知的凌日系外行星的数量正在迅速增加，这最近激发了人们对它们是否可以拥有可探测卫星的极大兴趣。虽然还没有证明存在卫星的这种例子，但已经研究了今后进行这种探测的几种方法。所有这些方法都是利用测得的光变曲线的后处理，并通过时间参数的分布来确定月球的存在。在这里，我们提出了一种直接在原始的过境光变曲线中探测月球的方法。当月亮在凌日时，它会在强度变化上留下自己的指纹。在现实情况下，这种失真太小，无法在单个光变曲线中检测到，必须放大。平均几次凌日的折叠光变曲线有助于减少散射，但这不是最好的方法，因为它也会减少信号。月亮的相对位置因凌日而异，月翼会出现在行星凌日不同侧面的不同位置。在这里，我们表明，折叠光变曲线的散射曲线的仔细分析，提高了直接检测外卫星的机会。
2010-12-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exomoon indicators in high-precision transit light curves
虽然太阳系包含的卫星比行星多20倍，但迄今为止，在已知的数千颗太阳系外行星中，没有一颗卫星被证实围绕着任何一颗行星。简单地确定最有希望的外来卫星候选者的工具可能有助于简化后续研究。在这里，我们研究了三个exomoon指标，如果建立完善的行星模型拟合行星-月球过境光变曲线：过境时间变化（TTV），过境持续时间变化（TDV），和明显的行星过境半径变化（TRV）。我们重新评估在现实条件下，以前提出的exomoon签名在TTV和TDV系列。我们模拟了一颗有一颗卫星的凌日系外行星的光变曲线。这些模型的光变曲线，然后与一个行星只过境模型，假装没有月亮，我们探索由此产生的TTV，TDV和TRV系列月球的证据。先前描述的椭圆形的TTV-TDV图中的系外行星与卫星出现只有高密度的卫星。低密度卫星扭曲了TTV和TDV系列的正弦形状，这是因为它们对行星-月球凌日的光度贡献。足够大的卫星可以产生周期性的可见TRV。我们发现开普勒和PLATO在探测模拟亮（$m_V=8$）星周围的外月诱导TRV效应方面具有相似的性能。然而，这些恒星在开普勒样本中很罕见，但在PLATO样本中却很丰富。此外，PLATO的高节奏产生更强的TTV信号。凌日半径测量序列的周期图可以指示月球的存在。TTV和TDV系列有卫星的系外行星可能比以前假设的更复杂。我们建议TRV可能是一种更有前途的手段，以确定系外卫星在大型系外行星调查。
2020-04-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detecting Exomoons Via Doppler Monitoring of Directly Imaged Exoplanets
最近，Teachey，Kipping和Schmitt（2018）报告了在开普勒领域的一颗巨行星周围探测到一颗候选系外卫星，暂时命名为Kepler-1625 b I。这颗候选系外卫星的大小和质量与海王星相当，比我们太阳系中的任何一颗卫星都要大得多，如果得到证实，它将成为新一类巨型卫星或双行星中的第一颗。受开普勒-1625b行星和卫星系统中大质量比的启发，我们通过多普勒光谱研究了直接成像的系外行星周围类似大质量系外卫星的可探测性。开普勒-1625b周围的候选卫星将在其母行星上产生约200米/秒的径向速度信号，足够大，可以用当前或下一代仪器检测到直接成像的行星周围的类似卫星。除了寻找系外卫星，对直接成像的行星进行径向速度测量可以揭示行星自转轴的方向，从而有可能识别天王星类似物。
2018-09-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Can Moons Exist around the Habitable-zone Planet K2-18b?
本文通过 N-body 模拟研究宜居带行星 K2-18b 周围存在系外卫星的可能性，发现因潮汐驱动的快速向外迁移，卫星极难形成且寿命不超过 10 Myr，难以存活至系统寿命，从而质疑了短周期 M 矮星行星基于卫星的宜居性。
2025-07-15 astro-ph.EP
Tidal evolution of packed moon systems around an Earth-mass planet
East Texas A&M University（东德克萨斯农工大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究地球质量行星周围紧密堆积卫星系统的潮汐演化，用REBOUND N体积分器及相关模块，在多种潮汐耗散参数下评估稳定性，发现地球质量行星可稳定容纳不同质量卫星数，其多卫星系统的存在依赖潮汐耗散，十亿年尺度下潮汐要更弱。
2026-07-17 astro-ph.EP
Can Moons Have Moons?
太阳系中的每一颗巨行星都有巨大的卫星，但这些卫星都没有自己的卫星（我们称之为${\it submoons}$）。通过与短周期系外行星周围卫星的研究类比，我们研究了亚卫星的潮汐动力学稳定性。我们发现，10公里级的亚卫星只能生存在大（1000公里级）卫星周围的宽分离轨道。潮汐耗散会使围绕小卫星或离母星太近的卫星的轨道不稳定;这是太阳系大多数卫星的情况。然而，少数已知的卫星能够承载长寿的亚卫星：土星的卫星泰坦和土卫八，木星的卫星木卫四和地球的月亮。根据其推断的质量和轨道分离，新发现的系外卫星候选者开普勒-1625 b-I原则上可以拥有一个大型的亚卫星，尽管它的稳定性取决于一些未知参数。我们讨论了可能的可居住性的submoons和潜在的subsubmoons。在行星系中，卫星的存在或缺乏可能对卫星的形成和演化产生重要的限制。
2019-01-21 astro-ph.EP
Photosynthesis on Exoplanets and Exomoons from Reflected Light
光合作用为维持生物圈提供了一种方便的手段。我们量化的限制光合作用的潮汐锁定的岩石系外行星的永久夜面功能，通过反射光从他们的外卫星。我们表明，系外卫星必须至少有地球月球的一半大小，才能进行传统的含氧光合作用。这种光合作用的情况不太可能发生在晚型M矮星周围的系外行星上，因为大的系外卫星的可能性很低，而且它们的轨道在很长一段时间内都不稳定。随后，我们通过其绕转的巨行星的反射光来研究宜居系外卫星上光合作用的前景。我们的分析表明，除了晚型M矮星周围的卫星外，这些卫星上的光合生物圈是潜在的可持续发展。我们通过描绘光合作用和其他碳固定途径的某些生理和生化特征，以及它们在可居住行星和卫星上进化的可能性来结束我们的分析。
2019-08-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetospheres of Terrestrial Exoplanets and Exomoons: Implications for Habitability and Detection
描述宜居系外行星和/或其卫星的特征至关重要。在这里，我们展示了我们的磁场拓扑建模的结果，它表明，地球的系外行星，系外卫星耦合磁层一起工作，以保护早期的大气层的系外行星和系外卫星。当系外月磁层位于系外行星的磁层空腔内时，系外月磁层就像一个保护性的磁泡，当月球位于向阳面时，它提供了一个额外的磁层顶来面对恒星风。此外，磁重联将为早期系外行星和系外卫星之间的大气交换创造一个关键途径。当系外卫星的磁层位于系外行星的磁层之外时，它就成为抵御强烈恒星风的第一道防线，减少了系外行星大气层对太空的损失。简要讨论了这种类型的系外卫星将如何改变磁化系外行星的无线电发射。
2020-12-21 astro-ph.EP physics.space-ph
MO0NFALL: The Great Filter and Exo-Moon Occurrence
针对未发现地外生命与系外卫星的观测矛盾，本文提出Moonfall机制以同时解释这两种现象。
2024-07-25 astro-ph.EP physics.pop-ph
Astrometric Methods for Detecting Exomoons Orbiting Imaged Exoplanets: Prospects for Detecting Moons Orbiting a Giant Planet in $α$ Centauri A's Habitable Zone
提出模拟框架研究通过天体测量信号探测系外卫星，发现专用空间望远镜和39m地基望远镜可在五年任务中探测到环绕 $α$ 半人马座 A 假想巨行星的地球大小卫星。
2025-09-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Signals of exomoons in averaged light curves of exoplanets
越来越多的凌日系外行星引发了人们对发现它们的卫星的极大兴趣。文献中的大多数方法利用原始光变曲线的定时分析。在这里，我们提出了一种新的方法，通过所谓的散射峰直接检测月球的过境光变曲线。该方法的实质是在许多过境折叠光变曲线的局部散射的估值。我们测试这种方法的能力与不同的模拟：开普勒“短节奏”，开普勒“长节奏”，地面毫米级测光与3分钟的节奏，和预期的数据质量计划欧空局的PLATO任务。该方法需要约100次凌日观测，因此适用于10-20天周期行星的卫星，假设空间观测站的观测活动长达3-4-5年。即使对于模拟的地面观测，发现围绕1 R_木星系外行星的1 R_地球卫星的成功率也是相当有希望的，而预期的PLATO数据的探测极限约为0.4 R_地球。我们给出了实际的意见和数据减少，以提高这样的检测的机会：（一）过境观察必须包括过境前和过境后的过境阶段，跨越至少相同的持续时间过境本身;（二）任何趋势过滤必须这样做的方式，前面和下面的过境阶段不受影响。
2011-10-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic field of gas giant exoplanets and its influence on the retention of their exomoons
该研究分析气态巨系外行星的磁场演化及磁-潮汐相互作用，揭示磁场强度、行星轨道位置对系外卫星留存的影响规律，并估算相关射电信号的FAST探测距离上限。
2024-03-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Moon-packing around an Earth-mass Planet
太阳系中的所有4颗巨行星都拥有多个卫星系统，而类地行星最多只能拥有2个卫星。地球可以捕获小行星作为临时卫星，这就引出了一个问题，即有多少卫星可以稳定地绕地球或地球质量的系外行星运行。我们进行了一系列的N体模拟的紧密间隔的等质量的卫星在嵌套的轨道上围绕地球质量的行星绕着太阳一样的恒星。最里面的卫星开始接近主行星的洛希半径，系统被包装，直到最外面的卫星开始接近单卫星的稳定极限。卫星的初始间距遵循一种迭代方案，该方案通常用于研究围绕单个恒星的紧凑行星系。对于三月系统，我们生成MEGNO图来计算周期性和混乱区域并识别不稳定的MMR。我们的计算表明，卫星的最大数量取决于卫星（谷神星，冥王星和月球质量）的假设质量，这些质量可以在紧密的环境中保持稳定的轨道。通过我们的N体模拟，我们发现稳定的配置多达7个$\pm$ 1谷神星质量，4个$\pm$ 1冥王星质量，3个$\pm$ 1月球质量的卫星。然而，向外的潮汐迁移可能会在类太阳恒星的10 Gyr恒星寿命内稳定轨道上的卫星数量中发挥重要作用。
2022-08-07 astro-ph.EP
Reconceiling the orbital and physical properties of the martian moons
火卫一和火卫二的起源仍然是一个悬而未决的问题。目前，关于它们起源的三种假设（完整捕获两个不同的外太阳系小天体、与火星共同吸积以及在撞击产生的圆盘内吸积）都无法调和它们的轨道和物理特性。在这里，我们调查了预期的矿物成分和颗粒的大小，假设它们是在撞击产生的吸积盘内形成的，卫星曾经吸积。将我们的结果与目前卫星的光谱特性进行比较，我们可以得出结论，它们的组成部分不可能来自岩浆阶段，从而阻止了它们在盘的最内部形成。相反，在扩展的气体盘的外部的构建块的气体到固体冷凝被发现是一种可能的形成机制，因为它确实允许复制卫星的光谱和物理特性。这样的设想可能最终调和它们的轨道和物理特性，从而减轻了调用不太可能的捕获设想来解释它们的物理特性的需要。
2016-07-08 astro-ph.EP
Large Exomoons unlikely around Kepler-1625 b and Kepler-1708 b
研究利用嵌套抽样、贝叶斯推断与自动化光动力学凌星模型重审Hubble和Kepler数据，指出两颗候选大型系外卫星的证据源于拟合伪影、恒星活动及假阳性，因而二者存在的可能性很低。
2023-12-06 astro-ph.EP
Detecting and Characterizing Exomoons and Exorings (Handbook of Exoplanets, 2nd Edition)
本文综述系外卫星与系外行星环的形成、稳定性、组成、可观测性及探测表征进展，梳理预期特征、现有工作和未来挑战。
2024-01-24 astro-ph.EP
Polar orbits around the newly formed Earth-Moon binary system
该研究分析地月双星系统共双极轨道的稳定性，发现当前地月距离下无稳定极轨道，但月球刚形成时（半长轴约3倍地球半径）极轨道稳定，直至半长轴达约10倍地球半径，为地月演化及系外卫星研究提供参考。
2024-07-12 astro-ph.EP
Challenges in forming Phobos and Deimos directly from a splitting of an ancestral single moon
近年来，火星卫星的起源和演化一直备受争议。据推测，火卫一和火卫二可能直接起源于围绕火星同步轨道运行的祖先卫星的分裂。在这个假设的分裂中，内月的远心（假设为火卫一）和外月的近心（假设为火卫二）被报道重合，因为它们的半长轴分别位于火星同步轨道的内部和外部，偏心率为非零。然而，这两颗卫星的连续轨道演化没有研究。在这里，我们执行直接$N$体轨道积分的卫星，包括火星扁率的$J_2$和$J_4$条款。我们发现，这两个卫星，而他们的岁差，可能会在$\sim 10^4$年内发生碰撞，碰撞速度为$v_{\rm imp} \sim 100-300$ m s $^{-1}$（$\sim 10-30$倍的卫星的逃逸速度）和各向同性的影响方向。撞击分别发生在内侧和外侧卫星的远心和近心附近，在那里，这种周期性轨道排列的时间尺度由岁差调节。通过进行额外的撞击模拟，我们表明，这样的高速撞击可能会导致破坏性的结果，在火星同步轨道周围形成一个碎片环，几个小卫星将从中吸积。这样的演化路径最终会形成一个与我们今天看到的不同的火星卫星系统。因此，火卫一和火卫二似乎不太可能直接从一个祖先卫星分裂出来。
2022-08-22 astro-ph.EP
Large planets may not form fractionally large moons
本文通过撞击模拟提出，大于约1.3-1.6倍地球半径的行星形成蒸汽盘，无法形成大卫星，支持贫蒸汽盘模型，并指出小型系外行星是寻找大比例卫星的理想目标。
2023-12-22 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
In Situ Formation of Icy Moons of Uranus and Neptune
巨行星的卫星被认为是在行星形成的后期形成于气态的环行星盘（CPD）中，但到目前为止还不知道质量较小的行星，如冰巨星是否可以形成这样的盘，从而在那里形成卫星。我们结合辐射流体动力学模拟卫星人口合成的情况下，天王星和海王星的调查问题。对于这两颗冰巨星，我们发现在它们形成的最后都会产生一个气态的CPD。综合结果表明，在$10^5$年内，这些CPDs中可能形成类天王星的冰质卫星系统。这意味着海王星可能有一个类似天王星的卫星系统，最初被捕获的海卫一抹去。此外，我们的模型可以重现天王星目前的卫星，而不需要行星与行星的碰撞来创造一个卫星生长的碎片盘。这些结果强调，即使是冰巨人-最常见的系外行星质量类别-也可以形成卫星，为可能比以前想象的更多的系外卫星开辟了道路。
2018-11-15 astro-ph.EP
The Tethered Moon
我们地址的热历史后，月球形成的影响，考虑到潮汐加热和热覆盖的大气。大气层为地球冷却的速度设定了一个上限，约为100 W/m^2。液态岩浆海洋冷却超过2-10百万年，更长的时间对应于高角动量事件。潮汐加热主要集中在刚开始冻结的地幔物质中。大气对冷却的控制在粘度依赖的潮汐加热和岩浆海洋的温度依赖的粘度之间建立了负反馈。虽然反馈保持不变，但月球轨道的演变受到地球大气层适度辐射冷却率的限制。轨道演化比传统的常数Q模型慢几个数量级，这促进了共振捕获。当地球熔化时，早期会遇到离心共振。被逃逸共振捕获似乎是确定的，但不太可能产生很大的偏心率，因为它是在地球熔融的早期遇到的，并且Q_Earth >> Q_Moon。当月球位于~20 R_Earth和~40 R_Earth之间时，地球中的潮汐耗散变得更有效（Q_Earth << Q_Moon）。如果月球的偏心率变得很大，这就是它这样做的时候，也许为其他一些过程奠定了基础，在月球的倾角上留下了印记。
2015-08-06 astro-ph.EP
Predictions of the Nancy Grace Roman Space Telescope Galactic Exoplanet Survey. III. Detectability of Giant Exomoons of Wide Separation Giant Planets
本研究模拟罗曼太空望远镜微透镜事件，评估其对宽分离巨行星周围系外卫星的探测能力，发现预期探测数极少，但可通过调整巡天策略提高探测率。
2025-09-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Transit Model of Planets with Moon and Ring System
自从第一颗系外行星被发现以来，人们一直在寻找那些最适合生命开始和进化的行星。然而，由于观测偏差，迄今为止发现的大部分行星都是气态巨星，排除了它们的可居住性。然而，如果这些热木星位于其宿主恒星的宜居带，并且如果岩石卫星绕它们运行，那么这些卫星可能适合居住。在这项工作中，我们提出了一个模型，考虑行星周围的卫星和行星环的存在下，行星过境模拟。月球的轨道被认为是圆形的，与行星轨道共面。恒星、行星、月球和环的其他物理和轨道参数可以在每次模拟中进行调整。可以根据需要模拟尽可能多的连续凌日。由于恒星表面上的斑点可能会产生类似于月球存在的信号，因此我们的模型也允许包含恒星斑点。模拟的结果是具有行星凌日的光变曲线。白噪声也可以被添加到光变曲线中，以产生类似于CoRoT和开普勒太空望远镜获得的曲线。目标是确定使用测光的卫星和/或环系统的可探测性标准。结果表明，用CoRoT探测半径小至1.3 R $_{\oplus}$的卫星和用Kepler探测半径小至0.3 R R_{\oplus}的卫星是可能的。
2011-11-23 astro-ph.EP
Fast and Precise Light Curve Model for Transiting Exoplanets with Rings
在太阳系已知的环中存在硅酸盐物质，这增加了环系统存在的可能性，即使在雪线内也是如此--大多数凌日系外行星都是在雪线内发现的。以前的研究表明，在凌日光变曲线中检测系外行星环是可能的，尽管具有挑战性。为了帮助这种未来的探测系外行星环，我们提出了多边形+段模型建模的光变曲线的系外行星环。这个高精度的模型包括完整的环几何形状，以及可能的环透明度和主星的边缘变暗。它在计算上也很高效，只需要在小范围内进行一维积分，比现有技术更快。该算法的核心是进一步推广到计算任何一组凸基元形状在运输中的光变曲线（{ \it例如}）。多行星、扁圆行星、卫星、环、其组合等）同时考虑到它们的重叠。python源代码已经发布。
2019-10-26 astro-ph.EP
Exomoons in the habitable zones of M dwarfs
M矮星是银河系中大部分系外行星的宿主。其中一些行星，从次地球到超级行星，在其恒星的宜居带（HZ）轨道上运行，尽管许多行星可能具有排除宜居性的表面环境。此外，这些行星周围的系外卫星可能在很长一段时间内存在生命，因此也可能成为生物特征调查的目标。在这里，我们调查的潜在的可居住性，稳定性和探测外行星周围的外卫星绕M矮星。我们首先编制了一份已知M矮星系外行星宿主的更新列表，包括109颗恒星和205颗行星。对于每一个M矮星，我们计算和更新精确的光度与虚拟天文台光谱能量分布分析仪和盖亚DR2天文台，以确定其HZ的内部和外部边界。对于每颗行星，我们检索（或在必要时均匀估计）它们的质量和半径，计算假想卫星的长期动力学稳定性，并确定那些可以支持可居住卫星的行星。我们发现，33个系外行星候选者位于其宿主恒星的HZ，其中四个可能拥有月球到泰坦质量的系外卫星，其时间尺度超过哈勃时间。
2019-12-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Can metal-rich worlds form by giant impacts?
通过结合轨道动力学和撞击物理学，研究表明超级地球间的巨大撞击不足以解释高密度系外行星的观测大小和丰度，大多数高密度系外行星并非富金属的巨大撞击残余物。
2024-08-27 astro-ph.EP
The gravitational braking of captured moons around ringed planets
不规则卫星是围绕太阳系所有巨行星运行的一类卫星：由于它们的轨道与行星的轨道不匹配，理论上它们是在太阳系的其他地方形成的，随后被捕获到它们的观测轨道中。像卡西尼号这样的任务已经为当今的不规则卫星提供了重要的经验数据，但本文旨在发展我们目前对它们的起源和捕获的有限理论理解，因为它提出了将月球捕获与所有巨行星共同的另一个特征联系起来的第一个项目之一：环系统。当一个被捕获的天体在一个环形行星周围引力制动时，它将轨道能量转移到行星系，这一过程被认为会在环上留下独特的签名，这些签名可以用来限制这种相互作用的关键参数，包括轨道和时间。本文提出了一个项目，应用这种技术来约束的情况下，通过进行一系列的计算模拟，使用Python版本的天体物理代码REBOUND模拟捕获的大不规则的月亮菲比的行星土星和菲比的土星环系统的影响。通过帮助限制月球捕获的场景，这项研究将进一步加深我们对巨型行星的月球系统的理解，同时模拟月球与环系统相互作用的影响将提供对行星环形成和演变的洞察力，无论是在我们自己的太阳系内还是在轨道上运行的系外行星。
2021-12-17 astro-ph.EP
That's no moon: Exomoon survival and detection limitations
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；European Space Agency (ESA)（欧洲空间局）；Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)（天体生物学中心）
本研究通过分析24个候选体和6038颗系外行星，发现多数候选体不稳定或信号低于灵敏度，指出系外卫星探测缺乏源于形成效率低与仪器限制，并筛选出27个PLATO目标。
2026-09-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
The TEMPO Survey I: Predicting Yields of the Transiting Exosatellites, Moons, and Planets from a 30-day Survey of Orion with the Nancy Grace Roman Space Telescope
我们目前的设计考虑的凌日系外卫星，卫星和行星在猎户座（TEMPO）调查与南希格雷斯罗马太空望远镜。这项为期30天的巡天计划旨在探测猎户座星云团（ONC）中的太阳系外卫星、卫星和行星。年轻（1 - 3百万年），人口稠密的ONC拥有大约1000颗明亮的棕矮星（BD）和自由浮动的行星质量物体（FFP）。TEMPO提供了足够的光度精度，可以用${\rm M}\geq1{\rm M}_{\rm J}$监测过境卫星的FFP。该调查还能够通过直接成像检测到土星下质量的FFP，尽管后续确认将具有挑战性。TEMPO产量估计包括14（3 - 22）颗外卫星/卫星过境FFP和54（8 - 100）颗卫星过境BD。在这个群体中，大约$50\%$的同伴将是"超级泰坦"（泰坦与地球的质量）。产量估计还包括大约$150$系外行星过境年轻的猎户座恒星，其中$>50\%$将轨道中期至后期M矮星和大约10个将是原始可居住区，陆地（$0.1{\rm M}_{\oplus} - 5{\rm M}_{\oplus}$）系外行星。TEMPO将提供围绕FFP和BD运行的小型系外卫星的第一次人口普查，同时提供对系外行星早期演化的见解。这一探测到的系外卫星群可能与目前对具有类似质量的系外行星的普查明显不同（例如，仍然具有H/He包层的地球质量外太空卫星）。虽然我们的产量估计是高度不确定的，因为没有已知的系外行星或系外卫星类似于这些…
2022-09-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Implications for Detection
系外行星的可居住性可能会受到系外卫星存在的强烈影响，在某些情况下，系外卫星本身可能是生命发展的可能场所。对于宜居带之外的卫星，显著的潮汐加热可能会使它们的地面温度升高到足以被认为是可居住的。月球的潮汐加热取决于许多因素，如偏心率，半长轴，母行星的大小，以及其他卫星的存在。在这项工作中，我们探讨了潮汐加热的程度可能为多月系统的共振使用半解析和数值模型相结合。这表明，即使对于一个初始偏心率为零的月球，当它与外部月球发生共振时，它也会产生显著的偏心率和相关的潮汐加热。根据两颗卫星的质量比，这种共振可能是短暂的（$\leq200$ Myr），也可能是由卫星的潮汐迁移继续驱动的。这种潮汐加热也有助于使系外卫星更容易被发现，我们探讨了两种情况：二次日食和火山物种的放气。然后，我们考虑假设的卫星轨道已知的行星系，以确定将野兽适合寻找外卫星与这些方法。最后，我们讨论了当前和未来的仪器和任务，以更好地了解如何实用，使exomoon发现这些方式。
2023-03-25 astro-ph.EP
