Updated forecast for TRAPPIST-1 times of transit for all seven exoplanets incorporating JWST data
本研究利用五个 JWST 项目的 23 项近红外凌星计时，更新 TRAPPIST-1 七颗行星的未来凌星预报，显著修正 TRAPPIST-1h 的时间漂移并将不确定度降至 7–105 秒。
2024-09-18 astro-ph.EP
GCM Constraints on the Detectability of the CO$_2$-CH$_4$ Biosignature Pair on TRAPPIST-1e with JWST
TRAPPIST-1 e等类地系外行星将通过JWST/NIRSpec以新的能力进行观测，预计能够检测CO $_2$、CH $_4$和O $_2$信号（如果存在），并进行多个共同观测。特别是CO $_2$ -CH $_4$对在推断为处于化学不平衡时被理论上认为是潜在的生物特征。在这里，我们模拟TRAPPIST-1 e的大气使用ExoCAM大气环流模型（GCM），假设一个乐观的无雾，潮汐锁定的行星与水行星表面，不同的大气成分从$10^{-4}$巴到1巴的部分CO $_2$压力与1巴的背景N $_2$。我们调查的情况下，有和没有一个现代的地球一样的CH $_4$混合比，以检查CO $_2$和CH $_4$的传输光谱和气候状态的行星上的效果。我们证明，在乐观的无霾多云的情况下，H $_2$ O，CO $_2$和CH $_4$都可以检测到在不到50个过境内的大气1巴N $_2$和10毫巴CO $_2$在JWST的寿命与NIRSpec只要噪声本底是$\lesssim$ 10 ppm。我们发现，在这些乐观的情况下，JWST可能能够检测到潜在的生物特征对，如CO $_2$ -CH $_4$在TRAPPIST-1 e的大气中的各种大气CO $_2$含量，以及时间气候变化不会显着影响光谱特征变化的NIRSpec PRISM。
2022-12-09 astro-ph.EP
Impact of Clouds and Hazes on the Simulated JWST Transmission Spectra of Habitable Zone Planets in the TRAPPIST-1 System
TRAPPIST-1系统由一颗超冷的主恒星组成，拥有七颗已知的地球大小的行星，将成为JWST大气特征描述的主要目标。然而，大气分子种类的可探测性可能受到云和/或霾的存在的严重影响。在这项工作中，我们进行3-D的大气环流模式（GCM）模拟与LMD通用模式补充1-D的光化学模拟在终止与大气模型模拟几种可能的大气TRAPPIST-1 e，1f和1g：1）现代地球，2）太古代地球，和3）CO2丰富的大气。JWST合成凌日光谱是使用GSFC行星光谱发生器（PSG）计算的。我们发现，TRAPPIST-1 e，1f和1g的大气，云和/或霾，可以检测到使用JWST的NIRSpec棱镜从CO2吸收线在4.3微米在小于15个过境在3西格玛或小于35过境在5西格玛。然而，我们的分析表明，其他气体需要数百（或数千）次凌日才能被检测到。我们还发现，H2O，主要局限于低层大气中，是非常具有挑战性的检测这些行星或类似的系统，如果行星的大气不是在一个潮湿的温室状态。这一结果表明，使用大气环流模型，自洽地考虑到云和欠饱和的影响，对于评估有关大气分子的可探测性以及以一种更全面的（因而更可靠和更相关的）办法解释未来的探测至关重要。
2019-11-19 astro-ph.EP
JWST-TST DREAMS: Secondary Atmosphere Constraints for the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e
本研究通过JWST/NIRSpec PRISM透射光谱，结合正向建模与反演分析TRAPPIST-1 e的大气可能性，排除部分富氢、富二氧化碳大气情景，发现裸岩与富氮大气均能拟合数据，为后续观测约束提供了基础。
2025-09-05 astro-ph.EP
JWST TRAPPIST-1 e/b Program: Motivation and first observations
JWST TRAPPIST-1 e/b计划通过利用TRAPPIST-1 b的近距离凌日观测，尝试独立修正恒星污染以检测TRAPPIST-1 e是否存在类地大气层。
2025-12-08 astro-ph.EP
First JWST thermal phase curves of temperate terrestrial exoplanets reveal no thick atmosphere around TRAPPIST-1 b and c
研究利用 JWST/MIRI 15 μm 热相位曲线观测 TRAPPIST-1 b、c，表明二者均无浓厚温室大气，并约束了内 TRAPPIST-1 行星的大气留存与演化差异。
2025-09-02 astro-ph.EP
Thermal emission from the Earth-sized exoplanet TRAPPIST-1 b using JWST
本文利用JWST的MIRI仪器F1500W滤光片对地球大小的系外行星TRAPPIST-1 b进行次蚀观测，以8.7σ置信度探测到其热辐射，结果表明该行星几乎没有大气重新分配恒星辐射，也未探测到CO₂等大气吸收。
2023-05-31 astro-ph.EP
Water Ice Cloud Variability & Multi-Epoch Transmission Spectra of TRAPPIST-1e
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对地球大气的精确描述是未来十年系外行星天文学的最高目标之一。随着JWST即将发射，我们必须做好充分准备，以了解地球大气的微妙之处-特别是由于仪器的限制，我们以前可能不需要考虑的那些。在这项工作中，我们表明，片状冰云的变化是存在于M-矮类地行星的高层大气中，特别是沿四肢。在这里，我们测试这些可变的云是否会引入意想不到的偏见，在多个时期的观测必要的约束大气丰度。使用TRAPPIST-1 e的3D ExoCAM大气环流模型（GCM），我们模拟了五种不同的气候，不同的pCO $_2$，以探索这种变化的强度。这些模型使用NASA Goddard的行星光谱发生器（PSG）和PandExo进行后处理，以JWST的NIRSpec PRISM模式在每个气候的365个不同时间输出上生成模拟观测。假设需要10个过境的TRAPPIST-1 e检测分子特征在很大的信心，然后我们使用CHIMERA检索几个随机选择的加权平均值，我们的模拟观测，探索多历元观测的效果与可变的云覆盖沿肢体检索丰度。我们发现，可变的光谱不影响检索的丰度在可检测的水平为我们的样本的TRAPPIST-1 e模型。
2021-03-16 astro-ph.EP
Atmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1 f with JWST NIRISS SOSS: No Evidence for the Transit Light Source Effect
Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes, Département de Physique, Université de Montréal（蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所物理系）；Department of Astronomy, University of Michigan（密歇根大学天文学系）
本研究利用JWST NIRISS SOSS获取TRAPPIST-1 f的凌星光谱，未发现未被掩蔽恒星表面不均匀性的污染证据，排除了其表面压力高于约20毫巴的氢/氦主导大气。
2026-09-02 astro-ph.EP
Constraining the Thickness of the Atmosphere of TRAPPIST-1 b from its JWST Secondary Eclipse Observation
该研究用 JWST 在 15 μm 的次食深度结合辐射—对流平衡与裸岩模型，约束 TRAPPIST-1 b 大气压力，表明其很可能仅有极薄大气或为裸岩。
2023-06-26 astro-ph.EP
Evolved Climates and Observational Discriminants for the TRAPPIST-1 Planetary System
TRAPPIST-1行星系为利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和地面观测站研究类地系外行星演化提供了前所未有的机会。由于M矮行星可能经历极端的挥发性损失，TRAPPIST-1行星可能具有高度进化的，可能不适合居住的大气层。我们使用了一个多功能的，一维地球-行星气候模型与逐行辐射转移和混合长度对流（VPL气候）耦合到地球光化学模型来模拟TRAPPIST-1行星的环境状态。我们提出了平衡气候与自洽的大气成分，和观测判别后失控，干燥，10-100巴O2和CO2为主的大气，包括内部除气，以及富水的组合物。我们的模拟显示了一系列的地面温度，其中大部分是不适合居住的，虽然一个水行星TRAPPIST-1 e可以保持一个温和的表面给地球一样的地质放气和二氧化碳。我们发现，一个干燥的TRAPPIST-1 h可能会产生可居住的地面温度超过最大温室距离。这些大气在透射和发射光谱中的潜在观测判别因素受到光化学过程和气溶胶形成的影响，包括碰撞引起的氧吸收（O2-O2），以及O3，CO，SO2，H2O和CH 4吸收特征，其过境信号高达200 ppm。我们模拟的透射光谱与K2、HST和斯皮策对TRAPPIST-1行星的观测结果一致。对于几个陆地大气成分，我们发现TRAPPIST-1 b是不可能产生气溶胶。这些结果可以为TRAPPIST-1系统和其他M矮类地行星类地行星的JWST观测计划和数据解释提供信息。
2018-09-20 astro-ph.EP
Detectability of biosignatures in anoxic atmospheres with the James Webb Space Telescope: A TRAPPIST-1e case study
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）可能能够在低质量恒星周围的可居住系外行星的大气中发现生物气体。生物源氧的可探测性已经引起了相当大的关注，这可以通过臭氧代用品来发现，但是使用JWST进行臭氧探测将是非常具有挑战性的，即使是对于最有利的目标。在这里，我们研究了缺氧大气中生物特征的可检测性，类似于早期地球上可能存在的生物特征。可以说，如果其他地方存在生命，这种缺氧生物特征可能比氧气生物特征更普遍。具体来说，我们模拟JWST检索的TRAPPIST-1 e，以确定是否甲烷加二氧化碳不平衡的生物特征对是可检测的过境传输。我们发现，使用近红外光谱仪（NIRSpec）棱镜仪器的~10次过境可能足以检测二氧化碳和限制甲烷丰度，足以排除已知的，非生物CH $_{4}$生产方案的~90%的置信度。此外，这可能是可能的一氧化碳丰度的上限，这将有助于排除非生物甲烷生产的情况下，假设地表生物圈将有效地降低大气CO。我们的研究结果是相对不敏感的高海拔云和仪器噪声本底的假设，虽然恒星的异质性和可变性可能带来的挑战。
2018-08-25 astro-ph.EP
Detecting the proposed CH4-CO2 biosignature pair with the James Webb Space Telescope: TRAPPIST-1e and the effect of cloud/haze
人们普遍预计，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将为系外行星研究带来变革。甚至有人建议，JWST可以提供第一次使用透射光谱在外星大气中搜索生物特征的机会。这种说法进行了调查，特别是对拟议的缺氧生物特征对CH 4-CO2。采用了已知最有利的目标（TRAPPIST-1 e），假设大气成分与太古代地球相似。与以往的研究相比，云/霾层对甲烷和二氧化碳的可探测性的影响进行了更系统的调查。除了晴朗的大气场景外，还考虑了600 mbar至1 mbar之间的八个压力水平的云/霾层。这些压力涵盖了一个合理的范围内的H2O云和光化学烟雾，根据观测的太阳系大气和物理模型的潮汐锁定行星，如TRAPPIST-1 e，虽然没有假设的云/烟雾层的组成在这项研究中。对于600- 100毫巴的晴朗大气和云/霾层压力，使用近红外摄谱仪（NIRSpec）棱镜测量大约5-10个共同添加的过境，发现有可能对CH 4和CO2进行强（5-sigma）检测，假设是干燥的平流层。然而，如果在10毫巴下存在云/雾层，则需要大约30次共加凌日才能达到相同的结果。1毫巴的云/霾层将阻止NIRSpec棱镜探测到任何一种分子，用于观测最多50次凌日（JWST时间>200小时）的计划。
2021-11-18 astro-ph.EP
Potential Atmospheric Compositions of TRAPPIST-1 c constrained by JWST/MIRI Observations at 15 $μ$m
本文利用JWST/MIRI 15微米次食观测数据，结合双柱气候-光化学耦合模型模拟O2为主、类金星和蒸汽大气，发现多种大气成分均与TRAPPIST-1 c数据一致，需更多观测才能区分大气类型或确认裸露岩石假说。
2023-08-11 astro-ph.EP
TRAPPIST-1h as an Exo-Titan. I. The Role of Assumptions about Atmospheric Parameters in Understanding an Exoplanet Atmosphere
TRAPPIST-1系统是至少七颗类地行星的家园，也是未来詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）观测的目标。此外，这些行星将对未来的紫外线（UV）观测任务感兴趣。尽管其中几颗行星位于传统的宜居带，表面可能存在液态水，但TRAPPIST-1h作为一个潜在的宜居海洋世界模拟物，值得探索。在这项研究中，我们评估了TRAPPIST-1h上类钛大气的可观测性。JWST或未来紫外线任务在TRAPPIST-1h探测大气中特定物种的能力将取决于每个物种从表面延伸多远。为了了解探测所需的条件，我们评估了一维模型中使用的输入参数，以模拟类钛大气的结构。这些参数包括地面温度和压力，温度分布作为从表面的距离的函数，相对于N2的次要物种的组合物，和涡流扩散系数。我们发现，JWST模拟光谱的无云和无霾大气是最敏感的地面温度，温度梯度与高度，和表面压力。JWST观测中温度梯度的重要性表明，简单的等温标度高度对于确定系外行星大气过境光谱中的温度或大气平均分子质量并不理想。我们表明，紫外透射光谱是敏感的高层大气，其中的外底可以用来近似大气的垂直范围。
2022-07-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1 b with JWST/NIRISS: Evidence for Strong Stellar Contamination in the Transmission Spectra
本文利用 JWST/NIRISS 首次获取 TRAPPIST-1 b 的透射光谱，发现未被掩食的恒星不均匀性（星斑和光斑）造成强污染，确认其无富氢大气，并强调恒星模型保真度不足是未来系外行星大气研究的重要限制。
2023-09-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Combined analysis of the 12.8 and 15 $μm$ JWST/MIRI eclipse observations of TRAPPIST-1 b
本研究联合分析 JWST/MIRI 对 TRAPPIST-1 b 的 12.8 和 15 $μm$ 掩星观测，发现无大气新鲜超镁铁质表面或厚纯 CO$_2$ 大气两种情景，并指出宽带测量的局限性。
2024-12-16 astro-ph.EP
Distinguishing between wet and dry atmospheres of TRAPPIST-1 e and f
附近的TRAPPIST-1行星系统是描述类地行星大气的一个令人兴奋的目标。行星e、f和g位于环绕恒星的宜居带，它们的表面可以维持液态水。然而，在TRAPPIST-1扩展的前主序阶段，行星可能经历了极度的水分流失，导致地幔干燥。海洋的存在或不存在是具有挑战性的，以确定与当前和下一代望远镜。因此，我们调查是否可以从行星大气的观测推断出海洋和/或生物圈的间接证据。我们介绍了一个新开发的光化学模式的行星大气，耦合到辐射对流模式，并验证它对现代地球，金星和火星。耦合模型适用于TRAPPIST-1行星e和f，假设不同的表面条件和大气中CO $_2$的变化量。作为模型的输入，我们使用了一个构建的TRAPPIST-1光谱，基于从X射线到光波长的几乎同时的数据。我们计算了行星大气的无云透射光谱，并使用极大望远镜（ELT）和詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）确定分子特征的可探测性。我们发现，在一定条件下，生物圈和/或海洋的存在或不存在可以推断，结合30过境观测ELT和JWST内的K波段。未检测到CO可能表明海洋的存在，而显著的CH $_4$暗示生物圈的存在。
2020-06-19 astro-ph.EP
TRAPPIST-1 and its compact system of temperate rocky planets
本文综述TRAPPIST-1系统中七颗地球大小岩石行星的特性表征进展，重点介绍凌星时刻监测对质量密度的精确约束、HST和JWST对大气类型的观测限制，以及未来探测外行星次生大气需解决的恒星污染问题。
2024-01-22 astro-ph.EP
Promise and Peril: Stellar Contamination and Strict Limits on the Atmosphere Composition of TRAPPIST-1c from JWST NIRISS Transmission Spectra
本文利用 JWST NIRISS 透射光谱研究 TRAPPIST-1c，通过恒星污染与行星大气联合反演，严格排除了多种较厚大气成分，并强调恒星污染校正对搜寻 M 矮星岩质行星薄次生大气至关重要。
2025-01-03 astro-ph.EP
No thick carbon dioxide atmosphere on the rocky exoplanet TRAPPIST-1 c
利用JWST MIRI 15微米热辐射观测，测得TRAPPIST-1 c昼侧亮温380 K，排除浓厚CO2大气，表明其形成历史贫乏挥发物。
2023-06-16 astro-ph.EP
Implications of atmospheric nondetections for Trappist-1 inner planets on atmospheric retention prospects for outer planets
本研究通过大气-内部演化模型揭示，Trappist-1b和c的无大气状态仅弱约束恒星演化，外层宜居带行星e和f因经历较短的蒸汽大气阶段，在98%的模型运行中仍保留大气，是JWST表征宜居带类地行星大气的最佳近期目标。
2023-07-27 astro-ph.EP
JWST-TST DREAMS: NIRSpec/PRISM Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e
本研究利用JWST/NIRSpec PRISM透射光谱观测宜居带岩石行星TRAPPIST-1 e，通过高斯过程处理恒星污染，以优于3σ置信度排除其富氢原生大气，为表征此类行星大气开辟新途径。
2025-09-05 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI). Motivations and protocol version 1.0
即将到来的望远镜，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）或极大望远镜（ELTs），可能很快就能够通过透射，发射或反射光谱来表征围绕M矮星附近的岩石系外行星的大气。最有希望的候选者之一是晚M矮系统TRAPPIST-1，它有七颗已知的凌日行星，凌日时间变化（TTV）测量表明它们本质上是地球，可能富含挥发物。在这七颗行星中，TRAPPIST-1 e似乎是最有希望拥有可居住表面条件的候选者，接收地球入射辐射的约66%，因此只需要适度的温室气体库存来提高地面温度，以允许表面液态水存在。因此，TRAPPIST-1 e是JWST大气特性的主要目标之一。在这方面，建立其潜在大气层的模型是观测之前的一个重要步骤。全球气候模型（GCM）提供了模拟行星大气的最详细的方法。然而，固有的差异之间存在的GCM，这可能导致不同的气候预测，从而在传输和热发射光谱的气体和/或云的功能的可观测性。这种差异最好在观察之前就知道。在本文中，我们提出了一个协议，比较行星GCM。TRAPPIST-1 e考虑了四种测试情况，但该方法适用于宜居带中的其他岩石系外行星。四个测试案例包括两个陆地行星，分别由现代地球和纯二氧化碳大气组成，以及两个具有相同大气成分的水行星。目前，有四个参与模型（LMDG，ROCKE-3D，ExoCAM，UM），但该协议旨在让其他团队也参与其中。
2020-02-25 astro-ph.EP
Veiled in Starlight: Impacts of Stellar Contamination on Retrievals of TRAPPIST-1f's Atmospheric Composition
Cornell University（康奈尔大学）；University of Michigan（密歇根大学）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；Bates College（贝茨学院）
本研究针对TRAPPIST-1f，通过纳入恒星污染的大气反演方法，发现短期JWST观测可获得其富CO₂大气的强证据，但需更多观测时间才能分离出CH₄等其他大气特征。
2026-08-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Coupled Photochemical-Climate Modeling of Plausible Tenuous Outgassed Atmospheres on the TRAPPIST-1 Planets
University of Washington（华盛顿大学）；SETI Institute（SETI研究所）；Eastern Wyoming College（东怀俄明学院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Laboratory for Atmosphere and Space Physics（大气与空间物理实验室）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
本文通过耦合光化学-气候模型，研究TRAPPIST-1行星上稀薄大气的可能性，发现其大气压力范围在10^-4至1巴之间，部分行星可能存在适宜生命存在的环境。
2026-05-13 astro-ph.EP
Characterizing the Near-infrared Spectra of Flares from TRAPPIST-1 During JWST Transit Spectroscopy Observations
本研究首次利用JWST近红外光谱分析TRAPPIST-1行星凌星期间的恒星耀斑，表征了耀斑的谱线与连续谱特征，测得耀斑发生率高于此前预测，并验证了耀斑污染缓解的有效性，为受耀斑影响的凌星观测用于系外行星大气表征提供了依据。
2023-10-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detecting atmospheres in the presence of stellar contamination: an empirically calibrated framework applied to four JWST/NIRSpec PRISM transits of TRAPPIST-1c
DTU Space, Technical University of Denmark（丹麦技术大学空间研究所）
针对恒星污染主导的透射光谱，提出联合高斯过程与共享大气模型的框架，经校准后应用于TRAPPIST-1c，无偏恢复CO2信号，排除厚CO2及富CO2氮气大气，并量化检测阈值随凌星次数的缩放。
2026-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Implications of Thermal Hydrodynamic Atmospheric Escape on the TRAPPIST-1 Planets
本文通过纳入观测不确定性统计建模TRAPPIST-1行星的热流体动力学大气逃逸，给出各行星水损失与氧生成的概率分布，并利用当前水含量约束初始水含量，揭示内侧行星易干涸而外侧行星可保留大量水。
2024-05-03 astro-ph.EP
Stratospheric Clouds Do Not Impede JWST Transit Spectroscopy for Exoplanets with Earth-Like Atmospheres
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将提供一个机会来研究潜在的宜居行星的大气层。气溶胶，显着静音过境光谱中的分子特征，因为它们阻止光探测大气的深层。地球有时在15-20公里处有平流层/高对流层云，这可能会大大限制底层大气的可观测深度。我们使用太阳掩星地球的大气层创建合成JWST过境光谱的地球类似物绕矮星。与以前的调查不同，我们考虑了清晰和多云的视线从SCISAT卫星。我们发现，一个明确的和全球多云的大气之间的有效厚度的最大差异是8.5公里，在2.28微米的分辨率为0.02微米。在将折射和Pandexo的噪声建模的影响，我们发现，JWST将无法检测地球一样的平流层云，如果一个exo-Earth是存在于TRAPPIST-1系统，云的光谱不同于清晰的光谱最大的10 ppm。这些平流层云也没有鲁棒检测TauREx时，执行光谱检索多云的TRAPPIST-1行星。然而，如果一个地球大小的行星在白矮星的宜居带轨道上运行，那么，我们预测JWST的NIRSpec将能够在仅仅4次凌日之后探测到它的平流层云。我们的结论是，平流层云不会妨碍JWST过境光谱或检测类地大气的生物特征。
2022-06-30 astro-ph.EP
The 0.8-4.5$μ$m broadband transmission spectra of TRAPPIST-1 planets
TRAPPIST-1行星系为即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）提供了一个特殊的机会，可以对温带类地系外行星进行大气特征描述。评估恒星污染对行星凌日透射光谱的潜在影响是这一特征描述的一个重要先决步骤。行星凌日本身可以用来扫描恒星光球层，并通过凌日深度在时间和波长上的变化来限制其异质性。在这种情况下，我们提出了我们的分析169过境观察到的光学从空间与K2和从地面与SPECULOOS和利物浦望远镜。结合我们测量的凌日深度与文献结果收集在中/近红外与斯皮策/IRAC和HST/WFC 3，我们构建的宽带透射光谱的TRAPPIST-1行星在0.8-4.5 $μ$ m的光谱范围。虽然行星b、d和f的光谱在200- 300 ppm的水平上显示出一些结构，但其他四颗行星在全球范围内都是平坦的。即使我们不能放弃它们的仪器来源，两种情况似乎是有利的数据：恒星光球由几个高纬度的巨大（冷）点，或者，由几个小而热（3500- 4000 K）光斑。在这两种情况下，过境传输光谱的恒星污染预计不会像最近的论文中预测的那样引人注目。然而，根据我们的研究结果，在某些波长下，恒星污染仍然可以与行星大气信号相当或更高。因此，理解和纠正恒星不均匀性的影响似乎是必不可少的准备TRAPPIST-1的探索与JWST。
2018-10-22 astro-ph.EP
A single power law for the TRAPPIST-1 flare distribution across four orders of magnitude in energy
Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；University of Graz（格拉茨大学）；The University of Arizona（亚利桑那大学）；Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究学院）；University of Graz, Kanzelhöhe Observatory for solar and Environmental Research（格拉茨大学坎泽尔霍厄太阳能与环境研究天文台）；Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal（蒙特利尔大学特罗蒂耶系外行星研究所）
本文通过联合分析JWST和KEPLER数据，发现TRAPPIST-1的耀斑频率分布遵循单一幂律，为理解其行星辐射历史和大气化学提供了关键数据。
2026-05-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Estimation of the tidal heating in the TRAPPIST-1 planets. Influence of the internal structure
Université de Genève（日内瓦大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Nantes Université（南特大学）
研究TRAPPIST-1行星的潮汐加热，通过内部结构和偏心率不确定性影响其热预算，发现部分行星的潮汐加热可能主导其热源。
2026-01-06 astro-ph.EP
The Near-Infrared Transmission Spectra of TRAPPIST-1 Planets b, c, d, e, f, and g and Stellar Contamination in Multi-Epoch Transit Spectra
\object{TRAPPIST-1}系统中的七颗大约地球大小的凌日行星为探索同一系统中的宜居带和非宜居带小行星提供了独特的机会。它的可居住区系外行星-由于其有利的过境深度-也是哈勃太空望远镜（HST）和詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）可以达到的大气透射光谱的世界。我们在这里提出了一个独立的减少和分析的两个\textit{HST}宽视场相机3（WFC 3）近红外凌日光谱数据集的六个行星（b到g）。利用我们的物理动机的探测器电荷陷阱校正和自定义宇宙射线校正例程，我们确认的一般形状的透射光谱所提出的\textbf{\citet{deWit2016, deWit2018}}。我们的数据减少方法导致可用数据增加25%，并降低了混淆天体物理亮度变化的风险（例如，耀斑）与仪器系统学。在任何一颗行星的透射光谱中都没有发现明显的吸收特征;相反，行星的组合光谱显示出大约1.4\，$\micron$类似于倒置的水吸收特征。包括过境深度\textit{K2}，SPECULOOS-South天文台，和\textit{Spitzer}，我们发现，完整的透射光谱是完全一致的恒星污染，由于过境光源效应。这些光谱演示了恒星污染如何压倒行星吸收功能，在低分辨率的系外行星过境光谱获得的\textit{HST}和\textit{JWST}，也突出了挑战，结合多时代的观测行星周围快速旋转的斑点恒星。
2018-08-31 astro-ph.EP
Tidal heating in multilayer planets: Application to the TRAPPIST-1 system
TRAPPIST-1（Gillon et al. 2017）是一个非常紧凑的行星系：七颗地球大小的行星以低于0.07 AU的距离围绕太阳附近已知最小的M矮星之一（质量小于0.09 $M_\odot$）运行。在经典的宜居带内有3颗行星，这个系统代表了未来仪器的一个有趣的观测目标，如JWST（例如Barstow & Irwin 2016）。当行星靠近时，潮汐相互作用通过控制行星的轨道配置和旋转状态在系统的演化中起着至关重要的作用。对于最近的行星，相关的潮汐耗散可能会影响它们的内部演化，并可能影响它们的气候和可居住性。在Tobie等人2005年之后，我们建立了TRAPPIST-1行星内部结构的多层模型，考虑了Grimm等人（2018）的质量和半径，然后我们计算了潮汐响应并估计了每个行星的潮汐热通量以及潮汐加热随深度的分布。最后，我们将我们的结果与Efroimsky（2012）的均匀模型进行比较，并评估加热速率对行星各层热状态的影响。
2018-10-26 astro-ph.EP
Temporal evolution of the high-energy irradiation and water content of TRAPPIST-1 exoplanets
超冷矮星TRAPPIST-1拥有七颗地球大小的凌日行星，其中一些行星表面可能含有液态水。紫外线观测对于测量它们的高能辐射和寻找从它们假定的大气中逃逸的光解水是必不可少的。我们在TRAPPIST-1c凌日期间对TRAPPIST-1 Ly- $α$线的新观测显示，恒星发射在三个月内发生了演变，这使我们无法评估是否存在扩展的氢散逸层。基于目前对恒星辐射的认识，我们研究了系统中水分流失的可能历史。行星b到d可能仍处于失控阶段，TRAPPIST-1g轨道内的行星在8 Gyr的流体动力逃逸后可能已经失去了20多个地球海洋。然而，如果TRAPPIST-1 e到h在进入宜居带后停止了水动力逃逸，那么它们可能损失了不到3个地球海洋。我们警告说，这些估计仍然受到行星质量的巨大不确定性的限制。它们可能代表了实际水分损失的上限，因为我们的假设使XUV驱动的逃逸最大化，而高层大气中的光解应该是限制过程。在进入宜居带后，后期的放气也可能为外部更大质量的行星提供了大量的水。虽然我们的研究结果表明，外行星是用JWST寻找水的最佳候选者，但它们也强调了在所有波长域进行理论研究和补充观测的必要性，以确定TRAPPIST-1行星的性质及其潜在的可居住性。
2017-08-30 astro-ph.EP
Detectability of Molecular Signatures on TRAPPIST-1e through Transmission Spectroscopy Simulated for Future Space-Based Observatories
发现类地行星，地球大小的系外行星，位于其宿主恒星的宜居带（HZ）内，继续以越来越快的速度发生。凌日光谱学有可能探测到来自这些世界的分子特征，提供大气层存在及其化学成分的指示，包括可能指示生物圈的气体。这类环绕M矮星的行星--如TRAPPIST-1 --提供了相对较好的信号，高信噪比，以及频繁的凌日现象。然而，即使有这些优势，在附近M星的HZ中的类地行星的凌日光谱仍然是一个挑战。在这里，我们研究了未来空间观测站进行此类观测的潜力，使用全球气候模型（GCM），光化学模型和辐射转移套件来模拟TRAPPIST-1 e上的现代地球大气边界条件。通过透射光谱在这样的大气中的生物特征的可检测性建模为JWST，LUVOIR，HabEx，和起源。我们表明，对于任何这些天文台，只有CO2将是可检测的3西格玛水平的透射光谱，当云包括在我们的模拟。这是因为云对尺度高度的影响强烈限制了大气中分子的可探测性。为了克服这些困难，空间和地面光谱学之间的协同作用可能至关重要。
2020-07-15 astro-ph.EP
TRAPPIST-1: Global Results of the Spitzer Exploration Science Program {\it Red Worlds}
从2016年2月到2019年10月，斯皮策探索计划红色世界（ID：13067、13175和14223）进行了超过1000小时的观测，专门针对TRAPPIST-1，这是一颗附近的（12颗）超冷矮星，由七颗凌日地球大小的行星绕转，所有这些都非常适合即将举行的JWST进行详细的大气特征描述。在本文中，我们提出了该项目的全球结果。我们分析了88个新的凌日，并将它们与100个先前分析的凌日相结合，在3.6或4.5 $μ$ m处观察到总共188个凌日。我们还分析了在4.5 $μ$ m观测到的行星b的29次掩星（次食）和行星c的8次掩星，以限制它们的昼面亮温。我们确定了几个孤儿凌日在我们的斯皮策测光，但所有这些都是低意义的结构。我们没有确认任何新的凌日行星。我们估计TRAPPIST-1过境深度测量平均噪声本底$\sim$ 35和25 ppm的通道1和2的斯皮策/IRAC，分别。大部分噪声本底是仪器造成的，并且是由于IRAC InSb阵列的像素间不均匀性大，而JWST仪器的像素间均匀性要好得多，因此噪声本底应低至10 ppm，这低到足以通过凌日透射光谱学来实现行星的大气特性。我们构建更新的宽带传输光谱的所有七个行星，这表明一致的过境深度之间的两个斯皮策通道。我们在整个数据集中识别和建模五个不同的高能量耀斑，并讨论我们的结果在可居住性的背景下。最后，我们未能探测到行星b和c在4.5 $μ$ m处的掩…
2020-06-24 astro-ph.EP
On the Effectiveness of the Planetary Infrared Excess (PIE) Technique to Retrieve the Parameters of Multiplanet Systems around M dwarfs: A Case Study on the TRAPPIST-1 System
本文以TRAPPIST-1为试验台评估PIE技术，表明其可推断多行星存在并在强轨道先验下约束行星温度，但半长轴反演受限。
2023-09-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Carbon-Deficient Evolution of TRAPPIST-1c
本文通过耦合排气与大气逃逸模拟研究 TRAPPIST-1c 大气演化，发现恒星风剥离不足以解释其碳缺乏，推断其形成时挥发物贫乏或早期氢逃逸损失大量 CO₂，并指出更远的 TRAPPIST-1 行星更易保留大气。
2023-11-29 astro-ph.EP
Drifts of the sub-stellar points of the TRAPPIST-1 planets
本研究通过在N体代码Posidonius中实现Kaula形式的共面潮汐方程，结合Burnman计算的多层内部结构，发现TRAPPIST-1行星并非完美同步自转，其亚恒星点存在振荡和漂移，会合日周期为55至290年。
2024-09-18 astro-ph.EP
The TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI). Part I: Dry Cases -- The fellowship of the GCMs
随着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和地基超大望远镜等强大的新一代望远镜的投入使用，对温带岩石系外行星周围高分子量大气的首次表征迫在眉睫。目标系外行星的大气模拟和合成观测数据对于准备和解释这些观测至关重要。在这里，我们报告了TRAPPIST-1可居住大气相互比较（THAI）项目的第一部分的结果，该项目比较了四种最先进的全球气候模型（ExoCAM，LMD-Generic，ROCKE-3D，统一模型）对潜在可居住目标TRAPPIST-1 e进行的3D数值模拟。在这第一部分中，我们提出了干燥的大气模拟的结果。这些模拟作为一个基准来测试如何辐射转移，亚网格尺度混合（干湍流和对流），以及大尺度动力学影响TRAPPIST-1 e的气候，从而过境光谱签名所看到的JWST。对于一阶，四个模型给出的结果吻合良好。在全球平均地面温度的模式间传播为7 K（6 K）的N2占主导地位（CO2占主导地位）的大气。辐射通量也非常相似（模型间变化小于5%），从表面（1 bar）到大气压力约5 mbar。在大气环流模式（风）和（平流层）热结构方面，两种模式之间出现了适度的差异。这些模式之间的差异来自：（1）大尺度动力学，因为TRAPPIST-1 e位于两种不同环流状态（快速和莱茵旋转器）之间的临界点，模式可以交替捕获;（2）高层大气中使用的参数化，如数值阻尼。
2022-09-15 astro-ph.EP physics.ao-ph
Simulated JWST/NIRISS Transit Spectroscopy of Anticipated TESS Planets Compared to Select Discoveries from Space-Based and Ground-Based Surveys
凌日系外行星调查卫星（TESS）将于2018年开始为期两年的广域调查任务，发现超过1000颗地球，超级地球和次海王星大小的系外行星，可能适合使用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）进行后续观测。这项工作的目的是了解适用于预期TESS行星发现的大气特性的JWST的近红外成像仪和狭缝光谱仪（NIRISS）采用模拟工具，以估计的信号噪声（S/N）可实现的传输光谱。我们将这个工具应用于TESS预期行星产量的蒙特卡罗预测，然后将预期TESS发现的S/N与我们对18颗已知系外行星的S/N估计进行比较。我们分析了我们的结果对行星组成，云层覆盖和观测噪声基底存在的敏感性。我们发现，数百个预期的TESS发现，半径从1.5到2.5倍的地球半径将产生S/N高于目前已知的系外行星在这个半径制度，如K2-3b或K2-3c。在类地行星领域，我们发现只有少数预期的TESS发现将导致比目前已知的系外行星更高的S/N，例如TRAPPIST-1行星，GJ 1132 b和LHS 1140 b。然而，我们强调，这一结果是基于开普勒推导的发生率，并且共面紧凑的多行星系统（例如，TRAPPIST-1）可能在预测的TESS行星产量中代表不足。最后，我们应用我们的计算，以估计所需的JWST后续计划致力于映射氢为主的和高分子量的大气之间的过渡区的幅度。我们发现，一个60到100小时的充电JWST时间的适度观测计划可以定义这种转变的性质…
2018-01-13 astro-ph.EP
Separating flare and secondary atmospheric signals with RADYN modeling of near-infrared JWST transmission spectroscopy observations of TRAPPIST-1
利用RADYN建模分离TRAPPIST-1耀斑与次大气信号，通过光谱分析和辐射-流体动力学建模减少耀斑污染，提升传输光谱观测精度。
2025-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observing Isotopologue Bands in Terrestrial Exoplanet Atmospheres with the James Webb Space Telescope---Implications for Identifying Past Atmospheric and Ocean Loss
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可能很快就会观测到围绕M矮星运行的类地行星，以描述其大气成分并寻找可居住或生命的迹象。这些行星可能会经历显著的大气和海洋损失，因为它们的宿主恒星的超亮前主序星阶段，这可能会留下非生物产生的氧气，这对生命的探测是一个假阳性。确定是否发生了海洋损失将有助于评估潜在的可居住性，以及检测到的任何O2是否是生物源的。在太阳系中，同位素丰度的差异被用来推断海洋损失和大气逃逸的历史（例如金星，火星）。我们发现，使用交通传输光谱的类地行星周围的晚型M矮星，如TRAPPIST-1的同位素测量可能与JWST，如果逃逸机制和由此产生的同位素分馏是类似的金星。我们目前的分析后海洋损失O2和CO2占主导地位的大气，包含一系列的微量气体丰度。同位素谱带可能在整个近红外（1-8 μ m），特别是3-4 μ m的范围内都可以检测到，尽管在CO2占主导地位的大气中无法检测到。对于类金星的D/H比为地球的100倍，通过观测HDO，高达79 ppm的TRAPPIST-1 b过境信号是可能的。同样，18 O/16 O比地球高100倍，产生的信号高达94 ppm。最佳使用JWST NIRSpec Prism，可以在这些波段上以少至4至11次的跃迁实现S/N=5的检测。因此，H2O和CO2同位素可以被认为是过去海洋损失和大气逃逸的JWST观测M矮星周围的类地行星的指标。
2019-05-30 astro-ph.EP
Characterisation of the hydrospheres of TRAPPIST-1 planets
上下文行星质量和半径数据显示，低质量系外行星的密度存在很大差异。这包括亚海王星，其低密度可以用富含挥发物层的存在来解释。水是最丰富的挥发物之一，根据行星表面的条件，它可以以不同的相态存在。为了限制它们的组成和内部结构，需要开发精确计算水在不同阶段的性质的模型。目标。我们提出了一个内部结构模型，其中包括一个多相水层蒸汽，超临界和冷凝相。我们推导出行星组成参数和它们的不确定性的约束，专注于多行星系统TRAPPIST-1，它提出了温暖和温带行星。方法.我们使用一个一维的蒸汽大气中的辐射对流平衡与内部的水层是在超临界相自洽。对于温和的表面条件，我们在水圈中实施液体和冰Ih到冰VII相。我们采用MCMC反演方案来获得岩心和水成分参数的概率分布结果。我们改进了所有行星的组成，并推导出行星b和c的大气参数。后者将处于失控后的温室状态，并且可以扩展到足以被JWST等太空任务探测。行星d到h呈现凝结冰相，最大水团比例低于20%。结论. TRAPPIST-1行星的水含量随着半长轴的增加而增加，除了行星d。这种偏离趋势可能是由于形成机制，例如在行星d形成的区域中的水的迁移和富集，或者扩展的富含CO $_{2}$的大气。
2021-01-20 astro-ph.EP
The Unrealised Interdisciplinary Advantage of Observing High Mass Transiting Exoplanets and Brown Dwarfs -- Strategic Exoplanet Initiatives with HST and JWST White Paper
本文为JWST观测倡议白皮书，提出应优先开展大质量凌日系外行星与褐矮星的大气表征观测，以填补当前观测空白，助力研究高重力大气辐照效应、行星形成演化，并发挥JWST的全样本表征潜力。
2024-08-14 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Strategies for Constraining the Atmospheres of Temperate Terrestrial Planets with JWST
TESS预计将发现数十颗围绕M矮星运行的温带类地行星，其大气层可以用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）进行跟踪。目前，TRAPPIST-1系统作为基准，以确定可行性和所需的资源，产生大气限制。我们评估这些问题，并利用信息内容分析，以确定观测策略，产生高精度的光谱传输和发射。我们的目标是指导温带类地行星的观测策略，为早期的JWST周期做准备。首先，我们探讨JWST的当前能力和预期的光谱精度的目标附近的饱和极限的特定模式。在这样做时，我们强调了正在考虑在第2周期实施的高效率读出模式的增强功能。我们提出了一个部分饱和的策略，以提高JWST的近红外光谱棱镜的可实现的精度。我们表明，JWST有可能检测到的主要吸收气体的温带类地行星的大气中的第10次过境使用透射光谱技术在近红外。我们还表明，堆叠$\gtrapprox$ 10透射光谱观测是不可能产生显着的改善，在确定大气成分。对于发射光谱，我们表明，MIRI LRS是不可能提供强大的约束温带类地行星的大气成分。在起源空间望远镜概念中提出的，在中红外远程遥感系统可达到的波长上进行更高精度的发射光谱分析，可以帮助改善对温带类地行星绕M矮星轨道运行的分子丰度的限制。
2018-03-21 astro-ph.EP
Report of the Working Group on Strategic Exoplanet Initiatives with HST and JWST
该报告基于HST和JWST的系外行星战略规划，提出用500小时JWST时间普查岩石质M矮星大气以定义宇宙海岸线，并预计JWST全寿命将投入约3万小时用于系外行星观测，其中约1/3可形成一项10^4小时的全色大气巡天遗产档案。
2024-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Interior-atmosphere modelling to assess the observability of rocky planets with JWST
本研究构建自洽内部-大气耦合模型，结合MCMC采样反演岩质行星参数，预测JWST观测特性，验证了其对TRAPPIST-1 c、55 Cancri e的大气探测与成分识别能力。
2023-07-03 astro-ph.EP
The Transit Light Source Effect: False Spectral Features and Incorrect Densities for M-dwarf Transiting Planets
透射光谱是利用恒星照明探测过境系外行星大气的差分测量。由于星斑和光斑而引起的照明光源和圆盘积分恒星光谱之间的任何光谱差异将被印刻在观测到的透射光谱中。然而，在M矮星的光球不均匀性的程度存在一些限制。在这里，我们的模型斑点和光斑覆盖分数与观测到的光度变化M矮星和相关的0.3-5.5 $μ$ m恒星污染光谱。我们发现，大范围的斑点和光斑覆盖分数是一致的观测和校正假设的变化幅度和覆盖分数之间的线性关系，通常低估了恒星污染。使用现实的估计斑点和光斑覆盖分数，我们发现恒星污染可以超过$10 \times$大于过境深度变化预期的大气特征在岩石系外行星。我们还发现，恒星光谱污染会导致半径的系统误差，从而推导出小行星的密度。在TRAPPIST-1系统的情况下，我们表明，TRAPPIST-1的旋转变化是一致的斑点覆盖分数$f_{spot} = 8^{+18}_{-7}\%$和光斑覆盖分数$f_{fac} = 54^{+16}_{-46}\%$。相关的恒星污染信号改变了TRAPPIST-1行星在行星大气物种感兴趣的波长处的过境深度，大约是行星特征强度的1-15 $\times$，这大大复杂了对该系统的$JWST$后续观测。同样，我们发现恒星污染会导致低估的体积密度的TRAPPIST-1行星的$Δ(ρ) = -3^{+3}_{-8} \%$，从而导致高估其挥发性的内容。
2018-01-24 astro-ph.EP
Statistical geochemical constraints on present-day water outgassing as a source of secondary atmospheres on the TRAPPIST-1 exoplanets
本文通过模拟TRAPPIST-1行星的水脱气过程并结合观测与地球化学约束，发现其脱气速率约为地球0.03倍、上限8倍，足以平衡水逃逸，为长期维持次生大气和地表水提供理论依据。
2025-05-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Ground-based follow-up observations of TRAPPIST-1 transits in the near-infrared
TRAPPIST-1行星系是一个很好的目标，可以通过即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的透射光谱来描述温带地球大小的系外行星的大气特征。这种技术的一个可能障碍可能来自主星的光球不均匀性，这可能会影响凌日透射光谱中的行星特征。为了进一步限制这种可能性，我们收集了2015-2018年期间在UKIRT和AAT的近红外J波段（1.2 $μ$ m）以及VLT的NB 2090波段（2.1 $μ$ m）观察到的25个TRAPPIST-1凌日的广泛光度数据集。在我们对这些数据的分析中，我们使用了一种特殊的策略，旨在确保我们的测量结果的一致性和结论的稳健性。我们达到了光度精度的$\sim0.003$（RMS的残差），我们没有检测到显着的时间变化的过渡深度的TRAPPIST-1 b，c，e，和g在三年的时间。对行星d和f测量到的几个凌日深度暗示了某种程度的变化，但需要更多的测量来确认。我们对行星b和c的深度测量结果与恒星污染谱不一致，恒星污染谱可能是由于存在温度为4500 K的亮点。我们报告了该系统六颗内行星的最新透射光谱，其中行星b和g总体平坦，行星c、d、e和f也出现了一些结构。
2019-05-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Prioritizing High-Precision Photometric Monitoring of Exoplanet and Brown Dwarf Companions with JWST -- Strategic Exoplanet Initiatives with HST and JWST White Paper
本文主张利用 JWST 的高稳定性和高对比度星冕成像对系外行星与褐矮星伴星开展高精度测光监测，以探测大气特征、自转周期及多波段大气结构差异，实现亚百分级光变刻画。
2024-05-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
