Atmospheric dynamics of terrestrial exoplanets over a wide range of orbital and atmospheric parameters
最近发现的类地系外行星和超级地球的轨道和物理参数范围很广，这表明这些行星将跨越各种气候状态。对温暖的超级地球大气层的表征已经开始，并将在未来十年内扩展到更小和更遥远的行星。这些世界的可居住性可能会受到其三维大气环流制度的强烈影响，因为控制宜居带内外边缘的全球气候反馈，包括向雪球状状态的过渡和失控温室反馈，取决于赤道到极点的温差，相对湿度的模式以及动力学的其他方面。在这里，我们使用一个理想化的湿大气环流模式，包括水文循环，研究的动力学原理，这些行星上的大气动力学。我们展示了行星自转速率、恒星通量、大气质量、表面重力、光学厚度和行星半径是如何影响这些行星上的大气环流和温度分布的。我们的模拟表明，赤道到极点的温度差异，纬向热传输率，风的结构和强度，以及水文循环与这些参数的强烈变化，这意味着地球对全球气候反馈的敏感性将显着依赖于大气环流。我们阐明了可能的气候制度和诊断的机制控制大气急流的形成，哈德利和费雷尔细胞，和纬度的温度差异。最后，我们讨论了理解大气环流如何影响全球气候的影响。
2015-05-14 astro-ph.EP
Atmospheric Dynamics on Terrestrial Planets: The Seasonal Response to changes in Orbital, Rotational and Radiative Timescales
迄今为止，已经发现了数千颗系外行星，随着未来计划的任务，这一数字将增加。了解气候对行星参数的依赖性对于研究类地系外行星的可居住性至关重要。利用一个具有季节循环的理想化大气环流模式，研究了地面温度和Hadley环流对轨道、旋转和辐射时间尺度变化的季节响应。分析这些时间尺度的变化的气候的季节性响应，我们发现一个政权之间的过渡控制的行星的年平均日射控制的行星的季节性变率取决于轨道周期的长度之间的关系，太阳能和辐射的时间尺度。因此，如果行星的曲率大于$54^{\circ}$，且轨道周期较短，则其赤道处的地面温度最低。我们还表明，在特定的配置，主要是高大气质量和短的轨道周期，高密度行星仍然可以有一个均匀的气候。根据模式的结果，我们提出了Hadley环流的上升支和下降支及其强度的经验幂律。这些幂律表明，增加大气质量和轨道周期，或减小大气质量和自转速率，Hadley环流会变宽变强。与以前的研究一致，我们表明，旋转速率起着至关重要的作用，在规定的Hadley环流的宽度。
2019-06-13 astro-ph.EP physics.ao-ph
The rotational and divergent components of atmospheric circulation on tidally locked planets
潮汐锁定的系外行星可能拥有全球大气环流，具有超旋转的赤道喷流，行星尺度的驻波和热驱动的翻转环流。在这项工作中，我们表明，这些功能中的每一个都可以从总环流分离使用亥姆霍兹分解，它分裂成旋转（发散自由）和发散（涡度自由）组件的流通。这种技术被应用于模拟一颗类地行星和一颗气态热木星的环流。对于这两颗行星，旋转分量包括赤道喷流和驻波，而发散分量包含翻转环流。分离出每个组件使我们能够评估它们的空间结构和对总流量的相对贡献。与以前的工作相比，我们表明，发散速度是不可忽略的，当与旋转速度相比，发散，翻转环流采取的形式是一个单一的，大致各向同性的细胞，上升的一天侧和下降的夜侧。这些结论是在地球和热木星的情况下得出的。为了说明Helmholtz分解研究大气过程的实用性，我们计算了每个环流分量对从白天到夜晚的热量输送的贡献。令人惊讶的是，我们发现，发散环流占主导地位的昼夜热传输在陆地的情况下，约占一半的热木星的热传输。旋转和发散分量对昼夜热量输送的相对贡献可能对多个行星参数和大气过程敏感，值得进一步研究。
2021-02-23 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Importance of 3D General Circulation Models for Characterizing the Climate and Habitability of Terrestrial Extrasolar Planets
虽然最近发现的奇异的新行星类型既挑战了我们的想象力，也拓宽了我们对行星系运作的知识，但系外行星科学最引人注目的目标可能是探测和描述在其他恒星系统中运行的可居住和可能有人居住的世界。在可预见的未来，太阳系外行星的特征将通过行星光谱和时间信号的遥感来进行，同时将这些数据仔细拟合到行星及其大气的先进模型中。类地行星很小，与它们更大的气态兄弟相比，观测起来更具挑战性;然而，在未来十年内上线的天文台将开始允许它们的表征。然而，仅仅投资于观测努力是不够的。为了充分理解我们的大型望远镜在夜空中看到的是什么，需要对行星大气进行全面的建模。在我们寻求描述可居住和可能有人居住的世界时，应使用3D大气环流模型（GCM）来评估潜在的气候状态及其相关的时间和空间相关的可观测信号。3D模型允许耦合，自洽，多维模拟，可以逼真地模拟类地太阳系外行星的气候。通过全面的3D建模获得的对地球系外行星大气的完整理论理解对于解释从当前和计划中的仪器中获取的系外行星光谱至关重要，并且对于设计旨在测量潜在可居住系外行星光谱的未来任务至关重要。我们建议继续为专注于行星和系外行星应用的3D GCM建模团队提供机构支持。
2019-03-12 astro-ph.EP
Demarcating circulation regimes of synchronously rotating terrestrial planets within the habitable zone
利用群体大气模型（CAM）研究了低质量恒星宜居带内同步自转的类地行星的大气动力学。昼夜半球之间的地面温度差异随着入射恒星通量的增加而减小，这与气体巨星的趋势相反。我们定义了三个动力学制度的赤道Rossby变形半径和莱茵长度。慢自转区有一个从白天到黑夜的平均纬向环流，Rossby变形半径和莱茵长度都超过行星半径，这发生在有效温度为3300 K到4500 K的恒星周围的行星（自转周期> 20天）。快速自转的行星有一个平均的纬向环流，部分跨越半球，并在亚恒星点下方形成带状云，其罗斯比变形半径小于行星半径，这发生在围绕恒星运行的行星，其有效温度小于3000 K（自转周期< 5天）。在两者之间的是莱茵河旋转制度，它保留了从白天到黑夜的热直接流通，但也具有中纬度连续性驱动的纬向急流。莱茵旋转子出现在恒星周围温度在3000 K到3300 K（旋转周期约5到20天）的行星上，其中莱茵长度大于行星半径，但罗斯比变形半径小于行星半径。通过比较同步旋转行星的热辐射相位曲线的形态，可以从观测上推断其动力学状态。
2020-09-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
From Super-Earths to Mini-Neptunes: Implications of a Surface on Atmospheric Circulation
众所周知，半径在地球和海王星之间的行星是迄今为止最常被发现的。为了将这些行星分类为类地行星或气态行星，我们通常会转向质量半径关系和成分曲线，以确定这样的行星是岩石行星还是气态行星的可能性。虽然这些方法已经设定了一个可能的过渡半径约为1.5 R $_{\oplus}$，我们不能期望任何变化之间的陆地和气体成分将是一个尖锐的截止，和组成曲线预测结果模糊的行星名称附近的过渡半径。在这项工作中，我们提出了过渡行星的3D大气环流模型，其中我们研究了表面对可观测量的影响，如纬度变化和日食深度。我们提出了我们更新的GCM，验证地球的循环，然后讨论我们的建模选择这个过渡的星球。最后，我们讨论了这项研究的结果，并探讨了未来通过观测次食来探测地表存在的前景。
2020-03-30 astro-ph.EP
Terrestrial Planets Comparative Climatology (TPCC) mission concept
地球行星比较气候学（TPCC）任务概念白皮书的作者和共同签署人主张，未来十年的行星科学将极大地受益于比较研究金星和火星大气的基本行为，同时使用相同的仪器，以捕获大气对相同太阳强迫的响应，并将仪器相关的变化降至最低。因此，这份白皮书是为2023-2032年行星科学十年调查过程创建的。它描述了这种飞行任务的科学原理，以及可以实现这种飞行任务的飞行任务概念。
2020-07-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
An axisymmetric limit for the width of the Hadley cell on planets with large obliquity and long seasonality
Hadley环流主导着地球大气的纬向环流。太阳系的陆地大气层，金星、地球、火星和土卫六，在哈德利环流的强度、宽度和季节性方面表现出很大的变化。尽管哈德利环流是热驱动的，但在所有行星中，上升分支并不与最温暖的纬度重合，即使在季节性很长的情况下（例如，Titan）或非常小的热惯性（例如，火星）。为了了解极端行星特征的情况下的哈德利环流的特性，我们在理论上表明，使用轴对称理论，和数值上，使用一组理想化的GCM模拟，热Rossby数决定的流通的字符。考虑到热Rossby数参数的可能变化，发现转速是控制环流特性的最关键因素。这些结果也解释了火星和土卫六上上升分支的位置。
2019-03-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric Circulation of Exoplanets
我们调查大气动力学的基本原则，解释现有的和未来的观测系外行星，包括气体巨星和陆地。由于缺乏关于系外行星大气的数据，我们的方法是强调从太阳系研究中获得的基本原则和见解，这些原则和见解可能适用于系外行星。我们首先介绍大气动力学中使用的基本方程的层次结构，包括纳维尔-斯托克斯，原始，浅水和二维无辐散模式。然后，我们调查大气动力学中的关键概念，包括行星旋转的重要性，平衡的概念，和缩放参数，以显示湍流相互作用通常如何产生大规模的东西带状旋转行星。接下来，我们将讨论巨行星特有的问题，包括它们预期的内部和大气热结构，对它们的风模式的影响，以及推动它们东西向喷流的机制。热木星大气动力学受到特别关注，因为这些近距离行星一直是系外行星大气研究中大多数具体发展的主题。然后，我们转向类地行星上的环流的基本要素，从太阳系的研究，包括哈德利细胞，喷流，管理大规模的水平温度对比的过程，和气候，我们讨论这些见解可能适用于类地系外行星。虽然系外行星肯定拥有比我们太阳系的行星上看到的更大的多样性的循环制度，我们的指导思想是，几十年的研究太阳系行星在这里审查提供了一个基础上，我们的理解更多的异国情调的系外行星气象学必须建立。
2009-11-16 astro-ph.EP
Connecting the dots III: Night side cooling and surface friction affect climates of tidally locked terrestrial planets
我们研究了夜面冷却和表面摩擦如何影响潮汐锁定类地行星的表面温度和大尺度环流。对于每一种情况，我们改变轨道周期之间的$P_{rot}=1-100$天和捕捉气候状态的变化。我们发现，在不同的表面摩擦的情况下，气候状态的剧烈变化。对于非常有效的表面摩擦（$t_{s,fric}=$ 0.1天），短旋转周期（$P_{rot} \leq$ 10天）的模拟显示，主要是常设的热带Rossby波。这些波导致两个高纬西风急流和未扰动纬向直接环流的气候状态。在大多数其他情景中，短旋转周期的模拟反而表现出热带Rossby波的优势。这种气候状态有一个单一的赤道西风急流，破坏了直接环流。弱表面摩擦（$t_{s,fric}=~10 -100$天）的实验表明，表面温度和环流之间的解耦，这导致了强烈的冷却的夜侧。$t_{s,fric}= 100$天的实验假设气候状态为东风气流（逆行旋转），为中等和缓慢的行星旋转$P_{rot}= 12 - 100$天。结果表明，与标称模型相比，夜侧冷却效率提高一个数量级，夜侧表面温度降低80-100 K。同时，地表昼侧温度仅下降25 K.热力强迫的增加抑制了小行星（$R_P=1 R_{Earth}$）在短旋转周期制度（$P_{rot} \leq$ 10天）的额外热带Rossby波的形成。
2016-05-31 astro-ph.EP
Scaling Relations for Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Baroclinic Criticality
类地行星的宏观湍流大气环流介导了它们的赤道到极点的热传输。对于快速旋转的类地行星来说，中纬度的斜压不稳定性会导致湍流涡旋，从而将热量输送到极地。在这项工作中，我们推导出一个缩放理论的赤道到极点的温度对比度和散装直减率的地球系外行星大气。该理论建立在Jansen & Ferrari（2013）的工作基础上，并通过斜压涡动热通量和辐射加热/冷却之间的平衡来确定大气对斜压不稳定性（斜压“临界性”）的不稳定程度。我们比较我们的标度理论的大气环流模型（GCM）模拟，发现赤道到极点的温度对比度和散装直减率的理论预测大致同意GCM实验与不同的旋转速率和表面压力在整个斜压不稳定制度。我们的理论研究结果表明，斜压不稳定性是一个强有力的控制热传输的大气中的类地系外行星，和我们的缩放可以用来估计赤道到极点的温度对比度和散装直减率的类地系外行星。这些比例可以通过未来太空望远镜对类地系外行星的光谱检索和全相位光变曲线进行测试。
2019-08-07 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
A comparative study of time on Mars with lunar and terrestrial clocks
本研究估计并比较了火星、月球与地球的时钟速率，发现火星时钟平均每天比地球快477微秒，并引入处理太阳潮汐效应的形式体系以更准确预测时钟速率，为火星任务规划和授时系统提供重要参考。
2025-09-15 astro-ph.EP gr-qc
An Energy Balance Model for Rapidly and Synchronously Rotating Terrestrial Planets
本文介绍了可居住能量平衡模式（HEXTOR），它是一个计算地球和其他快速旋转行星纬度温度分布的模式。HEXTOR包括一个用于计算出射红外辐射通量和行星辐射通量的查找表方法，该方法在能量平衡模型中参数化辐射转移方面比其他方法有所改进。验证的情况下，目前的地球和其他地球大小的行星与aquaplanet和陆地行星的条件从0到45度平行度。潮汐锁定坐标系也实现了能量平衡模型，这使得在低质量恒星同步旋转的行星的水平温度分布的计算。该坐标转换模型适用于TRAPPIST-1 e的情况下定义的TRAPPIST可居住的大气相互比较协议，这表明更好的协议与大气环流模型相比，纬度能量平衡模型。将大气环流模型作为调整基准，以及在具有不同物理参数化的能量平衡模型之间进行相互比较，可以在将能量平衡模型应用于系外行星方面取得进展。
2022-01-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics 1.0: A General Circulation Model for Simulating the Climates of Rocky Planets
ROCKE-3D（英语：Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics）是美国国家航空航天局戈达德空间研究所（英语：NASA Goddard Institute for Space Studies）开发的一个三维大气环流模式，用于模拟太阳系和系外类地行星的大气。其母模型称为ModelE 2（Schmidt et al. 2014），用于模拟现代和21世纪地球以及近期古地球气候。ROCKE-3D是一项持续的努力，旨在扩展ModelE 2的能力，以处理更广泛的大气条件，包括更高和更低的大气压力，更多样化的化学物质和成分，更大和更小的行星半径和重力，不同的旋转速率（缓慢旋转到比现代地球更快旋转，包括同步旋转），海洋和陆地分布和地形多样，和潜在的基本生物圈功能。ROCKE-3D的第一个目标是模拟太阳系内地球上的行星大气，如古地球，现代和古火星，古金星和土星的卫星泰坦。通过验证广泛的温度，压力和大气成分的模型，我们可以进一步扩展其能力，以研究过去已经发现的和未来将要发现的系外行星岩石世界。我们讨论了当前和不久的将来的能力，ROCKE-3D作为一个社区模型研究行星和系外行星大气。
2017-02-25 astro-ph.EP
Zonal-mean atmospheric dynamics of slowly-rotating terrestrial planets
利用数值模拟和纬向对称理论分析了理想类地行星的纬向平均大气流场，着重讨论了行星低自转速率的极限。被认为是两个版本的纬向对称理论，标准的Held-侯模型，其特点是不连续的纬向风在边缘的Hadley细胞，和一个变量与连续的纬向风，但不连续的温度。这两个模式对边界纬度和纬向风的标度不同。数值模拟被发现有平滑的温度分布比任何一个模型，没有温度或速度的不连续性，即使在带状对称模拟。连续性的实现，因为最大纬向风点的翻转环流极向的存在，这使得纬向速度剖面比原来的理论更平滑，没有温度的不连续性的变体理论。纬向对称的模拟一般落在两套理论尺度之间，并且具有比任何一套都快的极纬向流。允许涡流运动的三维模拟更接近变体模型的缩放。在非常低的自转速率下，最大纬向风随行星自转速率的下降而下降，即使在三维模拟中也是如此，并且在零自转时完全崩溃。然而，翻转环流的低旋转极限足够强，以驱动温度分布接近于接近恒定位温的状态。
2018-06-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Gliese 581g as a scaled-up version of Earth: atmospheric circulation simulations
我们使用三维模拟来研究在M星的宜居带中发现的第一颗地球大小的系外行星上的大气环流。我们将Gliese 581 g视为地球的放大版本，通过考虑系外行星半径和表面重力的增加值，同时保留不受当前观测约束的参数的陆地值。我们研究了长期的，全球温度和风的地图附近的表面的系外行星-气候。格利泽581 g上适合居住的具体位置取决于系外行星是否被潮汐锁定以及全球范围内辐射冷却的速度。无论Gliese 581 g的存在是否得到证实，我们的研究都强调了使用大气环流模型来量化潜在宜居的地球大小的系外行星上的大气环流，这将是未来十年系外行星发现和表征活动的主要目标。
2011-04-05 astro-ph.EP astro-ph.GA
Atmospheric dynamics on terrestrial planets with eccentric orbits
一颗行星从其母星接收到的日射是气候的主要驱动力，并取决于行星的轨道配置。具有非零离心率和非零曲率的行星会经历季节性的日照变化。因此，气候呈现季节性周期，其强度取决于轨道配置和大气特征。在这项研究中，使用一个理想化的大气环流模式，我们研究的气候响应的偏心率为零和非零的行星。在零偏心率的情况下，季节性响应的偏心率的变化和永久性的太阳常数的变化之间的比较表明，季节性响应强烈依赖于轨道周期和辐射时标。更具体地说，使用一个简单的能量平衡模型，我们显示的纬度结构的辐射时间尺度的气候响应的重要性。我们还表明，响应强烈依赖于大气水分含量。偏心轨道与非零轨道的组合是复杂的，因为日射也取决于近日点的位置。虽然详细的气候变化的偏心率，湿度，近日点的影响，环流主要是由热罗斯比数和最高温度纬度的限制。最后，我们讨论了不同的行星参数的重要性，影响气候的轨道配置变化的反应。
2020-08-12 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric circulation, chemistry, and infrared spectra of Titan-like exoplanets around different stellar types
随着越来越小、越来越冷的系外行星的发现，必须越来越多地考虑具有朦胧大气层的类地世界。我们太阳系的泰坦是一颗典型的朦胧行星，其大气层可能代表了我们银河系中大量的行星。作为表征这样的世界的一步，我们模拟了类似泰坦的系外行星，但轨道上有三个不同的恒星宿主：G-，K-和M-矮星。我们使用大气环流和光化学模型来探索这些泰坦类行星在不同的恒星光谱下的环流和化学，在所有情况下，假设泰坦类的日射。由于大气霾强烈吸收可见光，较红的辐射伴随着较晚的恒星类型产生更多的等温平流层，在毫巴压力下更强的纬向温度梯度，以及更深更强的纬向风。在所有的情况下，行星的大气层都是强烈的超旋转，但是在更红的星光下，高空的日冕环流圈更弱。碳氢化合物和腈类物质的光化学随恒星光谱而变化，FUV/NUV通量比的变化起着重要作用。我们的研究结果初步表明，在所有三个主机下，柱雾的产生率可能是相似的，这意味着许多不同恒星周围的行星可能具有与土卫六大气相似的特征。最后，我们提出了理论发射光谱。总的来说，我们的研究表明，尽管存在重要和微妙的差异，但类泰坦系外行星的循环和化学对宿主恒星的差异相对不敏感。这些发现可能会进一步探索未来的空间设施，如WFIRST，LUVOIR，HabEx和OST。
2017-12-11 astro-ph.EP
Redox hysteresis of super-Earth exoplanets from magma ocean circulation
内部氧化还原反应可能会不可逆转地改变地幔成分和地球和超级地球系外行星的挥发性库存，并影响大气观测的前景。然而，这些机制的全球效力取决于还原铁从熔融硅酸盐地幔向金属核的转移。标度分析表明，亚海王星内部岩浆海洋的湍流扩散可以动力学夹带液态铁液滴和淬火核心的形成。这表明，核，地幔和大气之间的化学平衡可能是积极的限制在岩浆流的对流翻转。因此，熔融的超级地球可能保留了其吸积路径的成分记忆。岩浆海洋环流对氧化还原的控制与行星热流、内部重力和行星大小呈正相关。因此，大气剥离的系外行星的存在和物种形成，表面矿物学和核心质量分数可能会限制岩浆海洋动力学。
2021-05-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Deciphering thermal phase curves of dry, tidally locked terrestrial planets
下一代太空望远镜将使我们能够描述类地系外行星的特征。为了有效地开展这项工作，必须利用所有现有数据。我们调查的大气属性可以，不能，推断出的宽带热相位曲线的干燥和潮汐锁定的类地行星。首先，我们使用量纲分析表明，相位曲线是由六个无量纲参数控制。其次，我们使用一个理想化的大气环流模式（GCM）来探讨相位曲线对这些参数的相对敏感性。我们发现相位曲线对大气参数最敏感的特征是峰谷振幅。此外，除了炎热且快速旋转的行星外，相位振幅主要只对两个无维参数敏感：1）动力时间尺度与辐射时间尺度之比，以及2）表面的长波光学深度。作为这种技术的应用，我们展示了如何相位曲线测量可以结合过境或发射光谱产生一个新的约束的表面压力和大气质量的类地行星。我们估计，用詹姆斯·韦伯太空望远镜在半个轨道上测量的单一宽带相位曲线，可以有意义地限制附近超级地球的大气质量。这些限制对于研究类地系外行星的大气演化以及描述潜在宜居行星的表面条件非常重要。
2014-12-28 astro-ph.EP
Dynamical regimes of polar vortices on terrestrial planets with a seasonal cycle
极涡是环绕在中高纬度极地的常见行星气流，在大多数太阳系的行星大气中都可以观测到。地球、火星和土卫六上的极涡在动力学上与平均纬向环流有关，并表现出明显的季节循环。然而，极涡的特征在三颗行星之间有所不同。为了了解影响极涡动力学和行星参数依赖性的机制，我们使用了一个理想化的大气环流模型，其中我们改变了行星的旋转速度，旋转速率和轨道周期。我们发现，有不同的制度，极涡的季节性循环的参数空间。一些制度与观测到的极涡有相似之处，包括在隆冬期间以缓慢的旋转速度减弱极涡，类似于泰坦的极涡。然而，在参数空间中发现的其他区域在太阳系中没有对应的区域。此外，我们表明，对于一个显着的部分参数空间，涡的位涡纬向结构是环形的，类似于火星和土卫六上观测到的极涡结构。我们还发现了一个抑制风暴活动在隆冬，类似于抑制在火星和地球上观察到的，这发生在模拟的喷气速度大于~60毫秒$^{-1}$。极涡动力学机制的多样性与观测到的极涡有相似之处，这表明在系外行星中，极涡可能存在广泛的变化。
2022-02-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Impact of Planetary Rotation Rate on the Reflectance and Thermal Emission Spectrum of Terrestrial Exoplanets Around Sun-like Stars
需要建立强有力的大气和辐射转移模型，以正确解释类地系外行星的反射光和热发射光谱。这将有助于打破众多大气，行星和恒星因素之间的观测简并性，这些因素驱动行星气候。在这里，我们使用ROCKE-3D大气环流模型模拟了太阳周围类似地球的世界的气候，这些世界的旋转周期越来越慢，从类似地球到完全与太阳同步。然后，我们提供这些结果作为输入的光谱行星模型（SPM），它采用智能辐射转移模型来模拟行星的光谱，因为它将被观察到从未来的太空望远镜。我们发现，行星自转速率减慢的主要可观察影响是云分布、高度和不透明度的改变，这些变化随后通过改变生物相关气体物种的吸收带深度（例如，H2O、O2和O3）。我们还确定了一个潜在的诊断功能的同步旋转的世界中红外H2O吸收/发射谱线。
2020-04-01 astro-ph.EP
Simulations of idealised 3D atmospheric flows on terrestrial planets using LFRic-Atmosphere
本文评估 LFRic-Atmosphere 在三类理想化环流基准及四个 TRAPPIST-1 THAI 情景中的表现，验证其守恒性、模型一致性及系外行星气候研究适用性。
2023-06-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
The inner edge of the habitable zone for synchronously rotating planets around low-mass stars using general circulation models
位于晚K型和M型矮星的宜居带内边缘的类地行星预计会同步自转，这是它们与宿主恒星之间强烈潮汐相互作用的结果。以前的全球气候模式（GCM）研究表明，对于缓慢旋转的行星，在亚恒星点的强对流可以产生光学厚的水云，增加行星的温度，从而稳定气候，防止热失控。然而，这些研究并没有使用自洽的轨道/旋转周期同步旋转的行星放置在不同的距离从主恒星。在这里，我们提供了新的估计同步旋转类地行星周围的晚K和M-矮星的宜居带的内部边缘使用3-D地球模拟GCM与恒星金属丰度，恒星有效温度和行星轨道/旋转周期之间的自洽关系。我们发现，无论是大气动力学和亚恒星云甲板的功效是敏感的行星的精确旋转速率。在低金属丰度的中晚期M矮星周围，HZ内缘的行星自转速率变得更快，宜居带内缘比以往的GCM研究更远离宿主星。对于一颗地球大小的行星，当自转速率接近10天时，亚恒星云的动力学状态开始转变。这些更快的自转速率产生了更强的纬向风，环绕着行星并涂抹其周围的亚恒星云，降低了行星的辐射强度，并导致水汽温室气候不稳定的发生，其入射恒星通量比以前的GCM研究低约25%。对于具有高金属丰度的中-晚M矮星和中-K-早M星，我们同意以前的研究。
2016-02-16 astro-ph.EP
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
3D modelling of the impact of stellar activity on tidally locked terrestrial exoplanets: atmospheric composition and habitability
恒星耀斑通过引起大气成分的变化和大量紫外线照射行星表面，对绕M矮星运行的类地行星的潜在可居住性提出了挑战。为了研究它们的影响，我们耦合了一个大气环流模型与光化学动力学方案，以研究类似地球的大气对恒星耀斑和日冕物质抛射的响应和变化。我们发现，恒星耀斑增加了大气中的臭氧量的一个因素的20相比，一个静止的恒星。我们发现，日冕物质抛射非生物产生的潜在的生物签名，如N $_2$ O的显着水平。大气成分的变化导致到达行星表面的紫外线量适度减少，这表明虽然耀斑对生命有潜在的危害，但恒星耀斑引起的大气变化会减少下一次恒星耀斑的影响。
2022-10-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
Earth$'$s polar night boundary layer as an analogue for dark side inversions on synchronously rotating terrestrial exoplanets
决定同步旋转行星的潜在可居住性的一个关键因素是暗侧表面和自由大气之间的大气边界层逆温的强度。在这里，我们分析了从南极和加拿大警报中心的极夜测量中获得的数据，这是地球上最接近同步旋转系外行星黑暗面条件的类似物，分别没有和有海洋影响。在地球上，这种逆温的强度很少超过30 K，这是因为由所谓的中尺度斜坡风等现象引起的湍流混合效应，这种斜坡风的水平尺度为10 s到100 s km，表明对近地表暗面逆温有类似的限制。我们讨论了反演强度对地形和全球尺度环流等因素的敏感性，并将其与Proxima Centauri b行星的模拟进行了比较。我们的研究结果表明，与地球数据的比较在系外行星研究的重要性，并强调需要进一步研究的系外行星大气塌陷问题，使用中尺度和涡分辨模型。
2020-03-13 astro-ph.EP
Analogous response of temperate terrestrial exoplanets and Earth's climate dynamics to greenhouse gas supplement
本文通过ExoCAM和CMIP6模拟对比TRAPPIST-1e与地球，发现CO2补充在非受照区域引发类似放大增温并改变全球环流，同时增加近地表稳定性、降低低气压稳定性，揭示两类行星气候动力学对温室气体补充具有一致的相对响应。
2023-07-05 astro-ph.EP physics.ao-ph
Hurricanes on tidally locked terrestrial planets: Fixed surface temperature experiments
在这项工作中，我们研究了系外行星上飓风的存在。M矮星周围潮汐锁定的类地行星是寻找可居住系外行星的太空任务的主要目标。飓风能否在这类行星上形成的问题对于确定其气候和可居住性非常重要。利用一个高分辨率的全球大气环流模式，我们研究了在固定的地面温度下，潮汐锁定的类地行星上是否存在飓风。研究了行星自转速率、地面温度和大气成分的相关影响。我们发现飓风可以在行星上形成，但不是在所有行星上。对于靠近晚M矮星宜居带内缘的行星来说，在白天和黑夜两侧都有更多更强的飓风。对于处于宜居带中、外范围的行星，飓风形成的可能性很低，甚至接近于零，这一点在最近的研究中已经提出。只有当大气成分与地球相似时，基于地球的飓风理论才适用于潮汐锁定行星。然而，如果背景大气比H2O轻，飓风就很难产生，因为对流总是受到平均分子量的影响而受到抑制，这与土星的情况类似。这些结果对潮汐锁定行星的降水、海洋混合、气候和大气特征具有广泛的影响。最后，在一个为期十个地球日的潮汐锁定轨道上，用一个耦合的板状海洋和一个类似地球的大气进行的测试表明，实验中也存在飓风。
2020-11-11 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation of Brown Dwarfs and Jupiter and Saturn-like Planets: Zonal Jets, Long-term Variability, and QBO-type Oscillations
棕矮星和直接成像的巨行星显示了活跃的大气环流的重要证据，这导致了云结构中的大规模斑块，随着时间的推移显着演变，如红外线曲线和多普勒地图所证明的那样。这些观测结果提出了关于环流的基本性质，其时间变化以及与木星和土星环流的整体关系的关键问题。木星和土星本身在云层中也有许多强劲的纬向（东西向）喷流;此外，这两颗行星都有长期的平流层振荡，包括纬向风和温度的扰动，这些扰动会在约4年（木星）和约15年（土星）的时间尺度上向下传播。这些振荡被称为木星的准四年振荡（QQO）和土星的半年振荡（SAO），被认为类似于地球上的准两年振荡（QBO），这是由对流层赤道波向上传播驱动的。为了研究这些问题，我们在这里提出了全球性的，三维的，高分辨率的数值模拟流在分层的大气-覆盖对流内部-褐矮星和类星体行星。内部对流的影响参数化诱导小尺度，随机变化的扰动的辐射对流边界的基础上的模型。在模拟中，对流扰动产生大气波和湍流，与旋转相互作用，产生大量的纬向喷流。此外，赤道平流层呈现出堆叠的东向和西向喷流，随着时间的推移向下迁移，正是发生在地球的QBO，木星的QQO，土星的SAO。这是第一次在巨行星的3D数值模拟中展示类似QBO的现象。
2019-08-02 astro-ph.EP
Haze optical depth in exoplanet atmospheres varies with rotation rate: Implications for observations
本研究针对系外行星大气霾的模拟难题，利用ExoPlaSim模型模拟32种自转速率的潮汐锁定类地行星，发现霾分布与环流状态相关，自转周期超13天的超级地球晨昏线霾光学深度最低，为观测目标选择提供依据。
2024-01-31 astro-ph.EP
Absence of a thick atmosphere on the terrestrial exoplanet LHS 3844b
大多数已知的类地行星围绕半径小于太阳60%的小恒星运行。理论模型预测，这些行星比围绕类太阳恒星运行的行星更容易受到大气损失的影响。为了确定一个小行星上是否存在厚厚的大气层，一种方法是在其热相位曲线中寻找大气热量再分布的特征。先前对超级地球55 Cancri e（1.9地球半径）的相位曲线观测表明，它的峰值亮度偏离了亚恒星点$-$，这可能表明了大气环流。在这里，我们报告了一个更小，更冷的行星LHS 3844b的相位曲线测量，这是一个1.3地球半径的世界，围绕一个小的，附近的恒星运行11小时。观测到的相位变化是对称的，有一个大的幅度，这意味着一个白天的亮度温度为$1040\pm40$开尔文和一个夜晚的温度与零开尔文一致（在一个标准偏差）。表面压力超过10巴的厚大气层被数据排除（在三个标准差下），质量较小的大气层不稳定，易受恒星风的侵蚀。数据很好地拟合裸岩模型与低债券债券的可持续发展（低于0.2，在两个标准差）。这些结果支持了理论预测，即围绕小恒星运行的热类地行星可能没有大量的大气层。
2019-08-19 astro-ph.EP
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets II: exo-Earth Analogues
本研究利用 WACCM6/CESM2 与彗星撞击模型模拟冰彗星撞击具有昼夜循环的类地系外行星，并通过与潮汐锁定行星对比，揭示环流机制如何限制水汽垂直输送、成分变化及撞击可观测性。
2025-07-24 astro-ph.EP
A Shallow Water Model Exploration of Atmospheric Circulation on Sub-Neptunes: Effects of Radiative Forcing and Rotation Period
本文利用二维浅水模型SWAMPE模拟亚海王星大气环流，揭示辐射时间尺度主导昼夜流与急流主导流的转变，自转周期主导赤道到极地位势差，并发现长时间尺度下环流时间变率增大。
2023-05-31 astro-ph.EP
A Low-order Model of Water Vapor, Clouds, and Thermal Emission for Tidally Locked Terrestrial Planets
基于复杂系统最小化建模的思想，我们建立了一个理想化的双柱模型，用来研究M型矮星宜居带中具有类地大气的潮汐锁定类地行星的气候。该模式能够近似三维（3D）大气环流模式（GCM）模拟得到的气候的基本特征。双柱模型成功的一个重要原因是它再现了GCM模拟的高云密度，这降低了地球的温度，推迟了失控的温室状态的发生。双柱模型还清楚地说明了决定气候的第二种机制：夜面充当“散热鳍”，红外线能量很容易通过它损失到太空中。这种散热片是由逆温和干燥的空气在夜面维持的，并发挥着类似于现代地球上的亚热带的作用。由于一维辐射-对流模型不能捕捉到云的对流和散热片的影响，它们系统地偏向于一个更窄的宜居带。我们还表明，云参数是最重要的确定昼夜热辐射对比度的两列模型，这减少，并最终逆转恒星通量的增加。这种逆转很重要，因为它可以被未来的太阳系外行星表征任务检测到，这将表明该行星有类似地球的水云，并且可能适合居住。
2014-03-04 astro-ph.EP
Climates of Warm Earth-like Planets II: Rotational 'Goldilocks' Zones for Fractional Habitability and Silicate Weathering
行星自转速率对大气环流有显著影响，其中科里奥利效应的强度部分地决定了纬向热传输的效率，改变了云的分布、地面温度和降水模式。在这项研究中，我们使用的ROCKE-3D动态海洋环流模型来研究的影响，缓慢的旋转和增加日照的“分数可居住性”和硅酸盐风化率的地球一样的世界。将分数适居性f_h定义为处于0 <= T <= 100 C温度范围内的行星表面的百分比，我们发现，当日照增加10%和20%时，f_h适度增加，f_h可能在恒星日达到最大值--其长度为现代地球的8至32倍。通过跟踪降水和径流，我们进一步确定，有一个旋转制度集中在4天的时间内，硅酸盐风化率最大化，特别是强烈的峰值在较高的整体日照。由于风化在长期的碳酸盐-硅酸盐循环中的不可或缺的作用，我们认为气候稳定性可能会受到预期的温带陆地型世界旋转演化的强烈影响，并应被视为其研究中的一个主要因素。根据我们的研究结果，我们认为，行星自转周期是一个重要的因素，以考虑在确定地球的可居住性。
2020-03-30 astro-ph.EP
A generic frequency dependence for the atmospheric tidal torque of terrestrial planets
热大气潮汐对类地行星的自转有很强的影响。它们可以将这些行星锁定在异步旋转的平衡状态。我们的目的是表征潮汐力矩的依赖性，从半日热潮汐潮汐的潮汐频率，行星轨道半径，和大气表面压力。潮汐扭矩计算从全三维模拟的大气气候和平均流量使用通用版本的LMDZ大气环流模式（GCM）的情况下，氮占主导地位的大气。数值结果进行了讨论的帮助下，更新的线性分析框架。功率标度律的演变与行星轨道半径和表面压力的扭矩。潮汐扭矩表现出i）在同步附近的热峰，ii）与高频范围中的兰姆模式的激发相关联的共振峰，以及iii）在这些共振之外的明确定义的频率斜率。我们的线性理论很好地解释了这些特征。无论恒星与行星之间的距离和表面压力如何，扭矩频谱--当用相关的幂律重新标度时--总是呈现出相同的行为。这使我们能够提供一个单一的和易于使用的经验公式描述的大气潮汐扭矩在整个参数空间。有了这样一个公式，大气潮汐扭矩的影响可以在行星旋转动力学的进化模型中以计算效率高且相对准确的方式实现。
2019-02-01 astro-ph.EP
Comparative Planetology of Magnetic Effects in Ultrahot Jupiters: Trends in High Resolution Spectroscopy
本研究通过3D大气模型结合运动学MHD/主动拖曳方法，模拟了三个超热木星，分析了磁场效应对高分辨率发射和透射光谱中净多普勒频移的影响，为观测磁场环流特征提供了首批理论预测。
2024-09-20 astro-ph.EP
High-Resolution Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet GJ 486b
绕M矮星运行的类地系外行星是利用现有或不久的将来的仪器进行透射光谱学的有希望的目标。这些岩石行星的大气成分仍然是一个悬而未决的问题，特别是考虑到来自其宿主M矮星的高X射线和紫外线通量可以驱动大气逃逸。1.3 $R_\oplus$系外行星GJ 486 b（$T_{\rm{eq}} \sim$ 700 K），绕着一颗M3.5恒星运行，预计在已知的类地系外行星中具有最强的透射光谱信号。我们使用三台不同的高分辨率光谱仪观测了GJ 486 b的三次凌日：斯巴鲁望远镜上的IRD，双子座南望远镜上的IGRINS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的SPIRou。我们通过互相关方法从各种各样的分子物种中搜索大气吸收，但没有检测到任何稳健的大气信号。尽管如此，我们的观测是足够敏感的，以排除几个明确的大气场景通过注入和恢复测试，并扩展到陆地制度的比较系外行星学。我们的研究结果表明，GJ 486 b没有一个明确的H $_2$ /He为主的大气，也没有一个明确的100%的水汽大气。其他具有高平均分子量或H $_2$ /He为主的大气层的二次大气层与云仍然是可能的。我们的发现提供了进一步的证据，表明绕M矮星运行的类地行星可能会经历显著的大气损失。
2023-03-20 astro-ph.EP
Water Trapping on Tidally Locked Terrestrial Planets Requires Special Conditions
地表液态水是标准行星可居住性的必要条件。对M星周围潮汐锁定行星的大气环流的计算表明，这种特殊的轨道结构有助于将大量的水捕获在夜晚一侧的厚达200厘米的冰中，可能会将所有的液态水从白天一侧移走，而白天是光合作用的可能场所。我们研究这个问题，使用一个全球气候模式，包括耦合大气，海洋，陆地和海冰组件以及大陆冰盖模式驱动的气候模式输出。对于一个水世界，我们发现表面风将海冰向白天输送，海洋将热量向夜晚输送。因此，夜侧海冰仍然是O（10米）厚和夜侧水截留是微不足道的。如果一颗行星在其夜晚一侧有大型大陆，如果地热通量与地球相似或更小，它们可以生长O（1000米）厚的冰盖。因此，当板块构造将其大陆推向夜晚时，具有与地球相似的水补充的行星将经历海平面的大幅下降，但不会经历完全的白天干燥。只有那些地热通量低于地球的行星，它们的大部分表面被大陆覆盖，并且地表水储量为地球的O（10%），才容易受到完全的水捕获。
2014-11-03 astro-ph.EP
How Land-Mass Distribution Influences the Atmospheric Dynamics of Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
本文利用 WACCM6/CESM2 模拟 TRAPPIST-1e 在类地海陆分布与地形条件下的潮汐锁定大气，揭示地形破坏南北半球对称性、加速南半球急流并改变大气化学与臭氧分布，强调未来研究需关注昼侧陆地比例与地形。
2024-08-07 astro-ph.EP
Habitability Study of Terrestrial Planets: Application to Venus-like Worlds
St Joseph’s University（圣约瑟夫大学）；M. P. Birla Institute of Fundamental Research（M.P.比尔拉基础研究所）；NoRCEL Institute（NoRCEL研究所）
研究类地行星适宜性，提出VSI指数以评估类金星环境，并引入AVSI和FESI探讨早期金星条件与地球演化潜力。
2026-08-12 astro-ph.EP
Clouds and Seasonality on Terrestrial Planets with Varying Rotation Rates
本研究利用理想化气候模型，探讨自转速率对类地水球行星云量、反照率及季节性的影响，发现云层导致反照率非单调变化并在中等自转速率下显著影响环流与季节相位。
2024-02-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric convection plays a key role in the climate of tidally-locked terrestrial exoplanets: insights from high-resolution simulations
使用三维大气环流模型（GCM），我们调查潮汐锁定类地系外行星，Trappist-1 e和Proxima Centauri b的气候的敏感性，对流参数化的选择。与质量通量对流参数化相比，简化的对流调整参数化使云的对流度减少60%，使日侧平均温度增加$>$ 10 K。对流的表现也会通过行星尺度波型的变化影响夜晚一侧的大气条件。因此，在我们的模拟中，使用对流调整方案使行星的夜侧冷阱变暖17-36 K。在3D GCM模拟中，昼夜热力对比对对流的表现很敏感，因此在解释排放相位曲线时应谨慎。然而，对流处理的选择并没有改变模拟的气候，足以导致偏离可居住的条件，至少对于我们研究中使用的大气成分和行星参数。Trappist-1 e和Proxima b的近地表条件仍然温和，允许活跃的水循环。我们进一步推进我们的分析，使用高分辨率的模型实验，其中大气对流进行了明确的模拟。我们的研究结果表明，在一个假设的全球对流允许模拟的地面温度的对比度将高于参数化对流的粗分辨率模拟。换句话说，参数化对流模型可能高估了半球间的热量再分配效率。
2020-04-06 astro-ph.EP
The Expected Yield of Venus Zone Terrestrial Planets from PLATO
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
研究利用普朗克卫星任务数据，结合经验发生率，定量估计金星区域类地行星预期产量。保守估计4年任务可探测约170 - 280颗此类行星，包括部分地球大小行星，并讨论了其对相关研究的意义及作用。
2026-07-17 astro-ph.EP
Analytic Modeling of Tidally Locked Rocky Planet Atmospheres Across Dynamical Regimes
University of Chicago（芝加哥大学）；Harvard Paulson School of Engineering and Applied Sciences（哈佛保罗工程与应用科学学院）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出一种新的解析模型，用于分析潮汐锁定岩石行星的大气结构和动态状态，揭示大气环流对温度分布和能量平衡的影响。
2026-01-18 astro-ph.EP
Atmospheric heat redistribution and collapse on tidally locked rocky planets
大气塌陷可能对潮汐锁定的岩石系外行星具有根本的重要性，但仍然研究不足。在这里，一般结果的热传输和潮汐锁定的陆地型大气的稳定性的报告。首先，问题是模拟与理想化的三维大气环流模式（GCM）与灰色气体辐射转移。结果表明，在很宽的参数范围内，大气边界层，而不是大尺度环流，是理解行星能量平衡的关键。通过对半球间能量传输的尺度分析，建立了昼夜温差和地面风速的理论表达式，该表达式再现了GCM结果，无需调谐。其次，用GCM和相关k辐射转移研究了两种真实气体（CO2和CO）的热输运。对于CO2，经验公式的崩溃压力作为行星质量和恒星通量的函数，并在地球的恒星通量的大气崩溃的临界压力得到约5倍高（0.14巴）比以前的灰色气体估计。这些结果提供了对大气稳定性的限制，这将有助于未来对观测和系外行星可居住性建模的解释。
2014-12-17 astro-ph.EP
Gen-EBM: an energy balance model for terrestrial planets. Climate multistability from snowball to post-runaway greenhouse climates
University of Geneva（日内瓦大学）；University of Bern（伯尔尼大学）
研究人员开发了Gen-EBM一维能量平衡模型，探究行星自转、偏心率等对类地行星气候多稳定性的影响，该模型可高效探索多类气候，连接简单模型与三维环流模型。
2026-10-09 astro-ph.EP
Lightning activity on a tidally locked terrestrial exoplanet in storm-resolving simulations for a range of surface pressures
本研究利用全球风暴解析气候模式，在多种地表气压下模拟潮汐锁定类地系外行星的闪电活动，比较两种参数化方案，发现闪电量随气压升高而单调减少，且空间分布受大尺度环流和垂直层结调控，为系外行星大气化学研究提供高分辨率新估计。
2025-07-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Venus: Key to understanding the evolution of terrestrial planets
随着我们逐渐意识到地球气候的变化，随着我们在其他太阳系中发现类地行星，我们越来越有理由研究地球最近的邻居和最亲密的兄弟，除了我们自己的行星之外，我们的航天器可以到达的唯一地球大小的行星。出于本文件中概述的科学和计划原因，金星是一个引人注目的探索目标。金星研究的重要科学主题-比较行星学和行星演化-是所有行星和系外行星科学的共同点。所需的许多有效载荷-雷达和大气层遥感、现场质谱仪-与许多其他太阳系目标的飞行任务建议相同，高速深空电信技术等飞行任务技术也是如此。值得特别关注的金星特有技术发展包括高温系统和气球。金星是基本了解类地行星地球物理过程的一个极好的试验场;是分析系外行星技术的一个极好的试验场;是我们寻求了解类地行星演化的一个不可或缺的部分。由于所有这些原因，金星将在未来几十年成为一个更加引人注目的主题，因此我们建议将其纳入2050年航行计划。我们建议欧空局的目标是到2050年至少发射两个M级金星任务，包括EnVision M5卫星物理轨道器和一个原位元素，如云级气球;或一个L级任务结合这些元素。
2019-08-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric dynamics of Earth-like tidally locked aquaplanets
我们提出了模拟大气的类地aquaplanes潮汐锁定到他们的恒星，也就是说，行星的轨道周期是等于旋转周期围绕他们的自旋轴，使一面总是面对恒星和另一面总是黑暗的。作为说明慢速和快速自转影响的极端情况，我们考虑自转周期等于当前地球年和当前地球日的行星。负责地表气候的动力学（例如，风、温度、降水）和大气环流之间的关系，并结合现有的大气环流理论进行了讨论。例如，随着旋转速率的增加，科里奥利加速度相对于惯性加速度的重要性增加，在缓慢旋转的大气中，风近似是各向同性的，并且在领先的顺序是发散的，但在快速旋转的大气中，风主要是纬向的和旋转的。在缓慢旋转的大气中，自由大气的水平温度变化一般比在快速旋转的大气中弱。有趣的是，无论是在快速旋转还是缓慢旋转的大气层中，行星夜晚一侧的地面温度都不会低于~240 K;也就是说，从行星白天一侧到夜晚一侧的热量传输有效地降低了两种情况下的温度差异。在快速旋转的大气中，旋转波塑造了风、温度和降水的分布;在缓慢旋转的大气中，这些分布由简单的发散环流控制。这些结果对潮汐锁定的类地系外行星的研究很有意义，也是行星自转和日射分布如何塑造气候的例证。
2010-01-28 astro-ph.EP physics.ao-ph
Characterization of the L 98-59 multi-planetary system with HARPS: two confirmed terrestrial planets and a mass upper limit on the third
L 98-59（TIC 307210830，TOI-175）是一颗附近的M3矮星，TESS发现它周围有三颗地球大小的凌日行星（0.80、1.35、1.57地球半径），轨道周期短于7.5天。在这里，我们的目标是测量质量的已知过境行星在这个系统中使用精确的径向速度（RV）测量与HARPS摄谱仪。我们考虑训练和未经训练的高斯过程回归模型的恒星活动，同时模拟RV数据与行星信号。我们的RV分析，然后补充动力学模拟，以提供强大的约束行星的轨道偏心率，要求长期稳定。我们测量了两颗最外层行星的行星质量，分别是$2.46\pm 0.31$和$2.26\pm 0.50$地球质量，这证实了它们的大部分地球成分。我们能够以95%的置信度对最小的、最里面的行星的质量设定上限，即$<0.98$地球质量。我们的RV加上动力学稳定性分析对轨道偏心率有很强的约束，并显示每个行星的轨道可能有$e<0.1$，以确保动态稳定的系统。L 98-59紧凑的三个可能的岩石行星系统为研究行星形成、动力学稳定性和比较大气行星学提供了一个独特的实验室。持续的RV监测将有助于完善最内层行星的特征，并可能在更宽的距离上揭示系统中的其他行星。
2019-05-25 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
The Case and Context for Atmospheric Methane as an Exoplanet Biosignature
甲烷被认为是系外行星的生物特征。詹姆斯·韦伯太空望远镜即将进行的观测可能会使甲烷探测到潜在的宜居系外行星，因此必须评估甲烷在什么样的行星环境中是一个令人信服的生物特征。甲烷在类地行星大气中的短光化学寿命意味着丰富的甲烷需要大的补充通量。虽然甲烷可以产生的各种非生物机制，如放气，serpentinizing反应，和影响，我们认为，与地球一样的生物圈，已知的非生物过程不能轻易地产生大气中丰富的CH $_4$和CO $_2$有限的CO由于CH $_4$和CO $_2$之间的氧化还原不平衡。因此，甲烷更有可能是生物成因的行星1）地球的体积密度，高平均分子量和缺氧的气氛，和一个老的主恒星; 2）丰富的CH $_4$，这意味着表面通量超过了可以提供的非生物过程;和3）大气CO $_2$与相对较少的CO。
2022-04-08 astro-ph.EP
