Observability of ultraviolet N I lines in the atmosphere of transiting Earth-like planets
氮是一种生物特征气体，在非生物条件下不能与CO $_2$保持类似地球的比例。它也被证明是出了名的难以检测的光学和红外波长。幸运的是，最近才开始探索类地系外行星的紫外线区域，可能会为行星大气中的氮提供新的机会。在这项工作中，未来的前景探测氮原子吸收线的透射光谱的类地行星轨道上的宜居带的类日恒星与LUVOIR的探索。使用非本地的热力学平衡光谱合成代码多云，我们产生了远紫外原子透射光谱的类地-日系统，并确定了几个氮的功能，包括N I和N II线。我们计算了行星N{ \sc i} $\lambda1200$三重态信号的1次$σ$和3次$σ$探测所需的凌日次数，作为到系统的距离和恒星紫外辐射的函数。对于一个距离为1 pc、紫外线通量为100倍的系统，1次$σ$和3次$σ$探测到N原子所需的凌日观测次数最少分别为188次和1685次。考虑到地球-太阳系统的轨道周期是一年，在这些系统的透射光谱中检测原子N是不可行的。因此，这一方向的未来研究应该集中在M矮星宜居带中的类地行星上。
2020-11-11 astro-ph.EP
Nitrogen as a Tracer of Giant Planet Formation. I.: A Universal Deep Adiabatic Profile and Semi-analytical Predictions of Disequilibrium Ammonia Abundances in Warm Exoplanetary Atmospheres
对巨大系外行星进行光谱观测的一个主要动机是揭示大气成分中的行星形成过程。最近的几项研究表明，大气中的氮，像碳和氧一样，可以对行星形成环境提供重要的限制。由于在温暖的大气中，氮化学可能远离热化学平衡，因此我们广泛研究了在什么条件下以及在什么假设下，可观察到的NH3丰度可以诊断大气的整体氮丰度。在本系列的第一篇论文中，我们使用一维辐射-对流平衡模式研究了平衡温度、地面重力、固有温度、大气金属丰度和C/O比的大气T-P廓线。具有相同的固有温度和表面重力的模型与深层大气中的共享“通用”温度一致，在很宽的平衡温度范围（250- 1200 K）内，这在较热或较冷的模型中是看不到的。我们用经典的“辐射零解”解释了这种行为，然后建立了温暖系外行星深层大气的半解析T-P剖面。然后，该配置文件用于预测垂直淬火NH3丰度。在太阳的金属丰度，我们的结果表明，淬火NH3丰度仅符合本体氮丰度（在10%以内）在低的固有温度，对应于一个行星与亚木星质量（< 1 MJ）和老年（> 1 Gyr）。如果一颗行星有高金属丰度（$\ge$ 10 $\times$太阳）的大气层，那么在几乎所有行星质量和年龄下，淬灭的NH3丰度都大大低估了氮的丰度。我们建议建模和观测策略，以提高散装氮从NH3的评估。
2022-11-30 astro-ph.EP
Nitrogen as a Tracer of Giant Planet Formation. II.: Comprehensive Study of Nitrogen Photochemistry and Implications for Observing NH3 and HCN in Transmission and Emission Spectra
本研究利用 VULCAN 光化学模型与半解析框架，明确 NH3 可观测丰度与大气总氮丰度的适用条件，并预测 JWST 在 400–1000 K 巨行星上探测 NH3 的最佳光谱窗口。
2023-10-02 astro-ph.EP
The Role of Formation Location in Shaping Sulfur-, Nitrogen-, and Carbon-Bearing Species in Super-Earth and Sub-Neptune Atmospheres
Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）；Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；Observatoire de la Côte d’Azur, Université Cote d’Azur, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸天文台，尼斯大学，拉格朗日实验室）；Department of Space Research and Technology, Technical University of Denmark（丹麦技术大学太空研究与技术系）
本研究通过耦合行星形成模型与化学平衡框架，发现岩浆海平衡会系统改变吸积挥发性物质的元素比和分子丰度，其中大气C/O比、SiH4和H2O可作为形成位置的潜在指示，而氮消耗是岩浆海平衡的普遍结果。
2026-05-27 astro-ph.EP
Modeling pN2 through Geological Time: Implications for Planetary Climates and Atmospheric Biosignatures
氮是地球上所有生命的主要营养素，并且很可能在地外生物圈中发挥类似的作用。地球表面氮的主要储存库是大气中的N2，但最近的研究提出，这个储存库的大小可能在地球历史的过程中波动很大，在新太古代的水平特别低-可能是生物活动的结果。我们使用了一个地球化学箱模型来测试哪些条件是造成大气N2压力大幅波动的必要条件。我们的模型的参数受到现代地球的观测和重建的生物质埋藏和氧化风化在深的时间。一个一维气候模式被用来模拟对大气气候的潜在影响。在第二组测试中，我们扰动了我们的盒子模型，以研究哪些参数对大气pN 2的演变影响最大，并考虑对其他行星上氮循环的可能影响。我们的研究结果表明，（a）在太古代，需要高速率的生物质埋藏，以将大气pN 2降低到不到现代水平的一半，（b）由此产生的对温度的影响可能已经通过增加太阳光度和pCO 2的温和增加得到补偿，以及（c）大气氧化可能通过氧化风化引发了逐步pN 2反弹。一般来说，生命似乎是类地行星上大气pN 2显著波动的必要条件。我们的研究结果进一步支持了这样一种观点，即富含N2和O2的系外行星大气是产氧生物圈的标志。
2016-12-08 astro-ph.EP
Observability of silicates in volatile atmospheres of super-Earths and sub-Neptunes
许多已确认的短周期超级地球和较小的次海王星都受到了足够的辐射，使表面的硅酸盐保持在持久的熔融状态。虽然没有直接证据表明岩浆海洋对系外行星的影响，但理论表明，由于释气和不同的演化路径，由此产生的大气成分应该是可能的。大气污染所造成的释气的底层岩浆海洋是潜在的检测使用低分辨率光谱。詹姆斯·韦伯太空望远镜提供了必要的光谱覆盖范围和灵敏度，以监测较小的行星，包括熔岩世界。在这种情况下，我们评估的可观测性脱气硅酸盐淹没在挥发性的大气中的蒸发谷的边缘。通过放置一个假设的2 R ${_\oplus}$行星周围的太阳类恒星，我们自洽模型，在1-D，广泛的潜在的大气成分，包括热结构和放气。我们专注于富含H、C和N的大气。我们评估了硅酸盐和挥发物的不同化学性质，以及使用MIRI LRS通过发射光谱可以检测到的脱气物种的特征。结果表明，即使是大量的挥发性信封，强烈的红外不透明度，硅酸盐的存在下，导致深的热反转，影响排放。与纯熔岩世界相似，SiO仍然是唯一具有主要红外线、5和9 \textmu m波段的脱气物种。然而，即使是少量的挥发物，特别是H2O和H-，也可能阻碍其可观测性。我们还发现，C/O比起着很大的作用，在确定丰富的SiO。在一颗受到强烈辐照的行星上探测到SiO可能表明大气具有高金属含量和低C/O比，这可能是大气与底层熔体之间有效相互作用的结果。
2023-01-30 astro-ph.EP
Observability of Evaporating Lava Worlds
熔岩世界属于一类轨道周期短的行星，其昼侧温度高到足以熔化其硅酸盐外壳。理论预测，由此产生的熔岩海洋会释放挥发性成分，与上面的蒸汽达到平衡。这就形成了一个稀薄的、富含硅酸盐的大气层，可能被限制在行星的永久向阳面。JWST的发射将提供急需的灵敏度和光谱覆盖范围，以覆盖这些世界。在本文中，我们评估的可观测性的特征光谱特征的自洽建模硅酸盐大气的所有目前确认的目标具有足够的亚恒星温度（> 1500 K）。为了实现这一目标，我们使用脱气平衡化学和辐射转移方法来计算温度-压力分布，大气化学成分和发射光谱。我们探索不同的熔体成分，高挥发性元素，占可能的大气演变。我们的模型包括大量的中性和离子物种，以及所有最新的不透明度。结果表明，SiO和SiO2红外特征是硅酸盐大气的最佳、唯一的标识符，可使用JWST的MIRI仪器进行检测。检测这两个物种的排放将允许对大气热结构和可能的熔体组成的强约束。我们还提出，某些物种，例如，TiO，可以直接绑定到不同类别的熔体，可能揭示表面和内部动态。目前，有近12个已确认的熔岩行星非常适合使用JWST表征硅酸盐大气，其中两个已经被接受为最初的一般观察者计划。
2022-04-19 astro-ph.EP
Titan Atmospheric Chemistry Revealed by Low-temperature N2-CH4 Plasma Discharge Experiments
土卫六的N2-CH 4大气中的化学物质产生了复杂的有机气溶胶。化学过程和由此产生的有机化合物仍然远未被理解，尽管广泛的观察，实验室和理论模拟已经大大改善了土卫六大气层的物理和化学约束。在这里，我们进行了一系列的泰坦大气模拟实验与N2-CH 4气体混合物和调查的影响，初始CH 4的比例，压力和流量上的生产率和气体和固体产品的组成在泰坦的相关温度（100 K）的第一次。我们发现，气体和固体产物的生产率增加，增加甲烷比例。含氮物质具有比气体产物中的烃高得多的产率，并且固体产物的N-对-C比率与具有相同CH 4比率的先前等离子体模拟相比似乎是最高的。在低温模拟实验中，氮的掺入程度更大，这表明温度可能在土卫六寒冷大气中的氮掺入中发挥重要作用。我们还发现，H2是占主导地位的气体产品，并作为新的有机分子在实验中的生产率的指标，和CH 2NH可能大大有助于将碳和氮的固体颗粒。压力和流速影响气体混合物暴露于能源的时间量，并因此影响由等离子体放电引发的N2-CH 4化学，强调了能量通量在泰坦大气化学中的影响。
2022-09-22 astro-ph.EP
On the Provenance of Pluto's Nitrogen (N2)
冥王星的大气层和表面都有丰富的氮气，但由于大量的大气逃逸，氮气的供应被耗尽了。我们表明，彗星的影响不可能提供足够的N质量，以补给冥王星的N2大气逃逸随着时间的推移，因此冥王星的N2可能是内源性的，因此，无论是收购在其历史的早期或创建的化学内部/冥王星。我们发现，陨石坑可以挖掘出相当数量的N2，以补充大气对逃逸，如果近地表N2水库是深。然而，我们发现，这个过程可能低于必要的补充大气层，防止逃逸至少一个数量级。我们的结论是，无论是从冥王星的大气层逃逸的N2平均远低于当前时代的预测，或内部活动可能是必要的，使N2的表面和补充逃逸损失。2015年中期，新视野号航天器进行的观测将进一步限制冥王星表面和大气中N2的来源和演化，并可能揭示过去或现在内部活动的证据。
2015-07-19 astro-ph.EP
A nitrogen-rich atmosphere on ancient Mars consistent with isotopic evolution models
火星大气中氮同位素的比例是制约火星大气演化的关键因素。然而，由于溅射和光化学过程造成的大气损失，预计重同位素的富集程度大于测量值。一个大规模的，多酒吧早期的二氧化碳为主的大气和最近的火山出气已被提出来解释这种差异，许多以前的模型已经假设大气氮迅速达到稳定状态，损失到空间平衡火山出气。在这里，我们使用随时间变化的模型表明，火星大气中氮的丰度和同位素组成可以用一系列进化情景来解释，在这些情景中，氮的初始分压足够高，无法达到稳定状态，氮水平逐渐下降到今天的值超过40亿年。我们的解决方案不需要一个多酒吧早期的CO2大气，并与火山出气地质测绘和大气中的36 Ar/38 Ar比表示一致。包括这些情景的蒙特卡罗模拟估计，在38亿年前形成山谷网络时，N2的分压为60 - 740毫巴（90%置信度，中值为310毫巴）。我们认为，如此高的氮分压可能对早期火星的变暖有很大的贡献。
2022-02-10 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
A broad exploration of climate and observability of close-in rocky exoplanets: applications to Ross 128 b
Observatoire de Genève, Université de Genève（日内瓦天文台，日内瓦大学）；Centre pour la Vie dans l’Univers, Université de Genève（宇宙生命中心，日内瓦大学）；Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL, CNRS, Sorbonne Université, École Normale Supérieure, PSL Research University, École Polytechnique, Institut Poytechnique de Paris（动态气象实验室/IPSL，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎高等师范学院，PSL研究大学，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS（波尔多天体物理实验室，波尔多大学，法国国家科学研究中心）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心）；Université de Genève（日内瓦大学）
本研究以Ross 128 b为原型，通过3D气候模型与Pytmosph3R光谱模拟，细化近距岩质系外行星反射率预测，发现其低反射率特征，强调需用准确气候模型优化下一代光谱仪准备。
2026-08-11 astro-ph.EP
Signatures of Nitrogen Chemistry in Hot Jupiter Atmospheres
对系外行星大气分子组成的推断通常集中在含C、H和O的分子上。最近，HST WFC 3透射光谱中1.55 $μ$ m附近的额外吸收已归因于含氮化学物质：NH $_3$或HCN。这些物种如果大量存在，将是不平衡化学过程-例如垂直混合和光化学-的有力指标。反过来，衍生的N丰度也可能对行星形成机制产生重要的限制。在这里，我们研究了氮化学在系外行星大气中的可探测性。除了WFC 3带通（1.1-1.7 $μ$ m），我们发现，在K波段的观测在$\sim$ 2.2 $μ$ m，可实现与目前的地面望远镜，采样一个强大的NH $_3$功能，而在$\sim$ 3.1 $μ$ m和$\sim$ 4.0 $μ$ m样本强HCN功能。在这样的观测预期，我们预测吸收特征振幅由于氮化学在1-5 $μ$ m光谱范围可能为一个典型的热木星。最后，我们进行大气反演的9个热木星的透射光谱在搜索的近红外吸收功能暗示氮化学。我们报告了WASP-31 b中NH $_3$（2.2 $σ$）、WASP-63 b中HCN（2.3 $σ$）的微弱检测，以及HD 209458 b中可能归因于NH $_3$的过量吸收。1-5 $μ$ m的高精度观测（例如，与詹姆斯韦伯太空望远镜），将使明确的氮化学探测，反过来作为不平衡的大气化学和行星形成过程的强大诊断。
2017-11-01 astro-ph.EP
Response of Atmospheric Biomarkers to NOx-induced Photochemistry Generated by Stellar Cosmic Rays for Earth-like Planets in the Habitable Zone of M-Dwarf Stars
了解M矮星是否可能拥有类似地球的大气层和生物圈的可居住行星是系外行星研究的主要目标。如果这样的行星存在，问题仍然是它们是否可以通过生物标志物的光谱特征来识别。这样的行星可能暴露在极强的宇宙射线中，这可能会扰乱它们的大气光化学。在这里，我们认为恒星活动的M-矮星从安静到强烈的耀斑条件下，并调查一个特定的生物标志物的影响，即由恒星宇宙射线引起的次级电子分解大气中的分子氮（N2），这导致氮氧化合物的生产在行星大气，从而影响生物标志物，如臭氧的能力。我们应用一个固定的模型，也就是说，没有时间依赖性，因此，我们正在计算的限制情况下，大气化学反应时间的生物标志物被假定为缓慢，并保持不变的快速强迫相比，撞击恒星耀斑。这一点应在今后关于时间依赖模型的工作中进一步探讨。在燃烧的情况下，O3主要是通过直接用氮氧化合物滴定而不是通过地球上常见的催化循环光化学被破坏的。在低O3的情况下，主要大气气体的瑞利散射对于保护行星表面免受紫外线辐射变得更加重要。这项工作的一个主要结果是，生物标志物O3在所有考虑的恒星活动情景中幸存下来，除了强的情况，而生物标志物一氧化二氮可以在这里考虑的所有恒星活动条件下在行星大气中存活下来，这显然对旨在探测光谱生物标志物的任务具有重要意义。
2015-06-22 astro-ph.EP
Rocky planet or water world? Observability of low-density lava world atmospheres
本研究利用辐射-对流模型模拟低密度熔岩世界的大气，发现其红外光谱可探测H₂O、CO₂等挥发分，JWST约5次掩食即可检测，为超级地球内部富挥发分提供独立证据。
2023-06-16 astro-ph.EP
Nitrogen Loss from Pluto's Birth to the Present Day via Atmospheric Escape, Photochemical Destruction, and Impact Erosion
本文通过模拟冥王族天体轨道迁移、热历史、光化学破坏、金斯逃逸和撞击过程，估算冥王星在“狂野年代”的氮损失，发现其挥发物总损失很小，原始库存可近似为现今库存。
2024-08-01 astro-ph.EP
Life as the Only Reason for the Existence of N2-O2-Dominated Atmospheres
地球的大气层以N2为主，这是一个非常特殊的特征。首先，N2作为主要气体在内太阳系的类地行星上是独特的，并给出了构造活动的暗示。研究大气氮的来源及其稳定性可以深入了解地球栖息地的独特性。其次，大气中N2和O2的共存在整个太阳系中是无与伦比的。这种结合与有氧生命形式的存在密切相关。氮在地表、海洋和大气中的可用性可以使或阻止类地行星的可居住性，因为氮是所有已知生命形式所必需的。在目前的工作中，大气氮的不同来源，氮占主导地位的大气的稳定性，以及早期地球的大气N2的发展进行了讨论。我们展示了为什么N2-O2-大气不仅是任何生命形式的生物标志物，也是有氧生命形式的生物标志物，这是导致地球上更高层次生命的第一个重要步骤。
2021-03-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Laboratory analogues simulating Titan's atmospheric aerosols: Compared chemical compositions of grains and thin films
在模拟土卫六大气反应性的实验室实验中可以产生两种固体有机样品：体积中的颗粒和反应器壁上的薄膜。我们预计，颗粒是更有代表性的土卫六大气气溶胶，但电影是用来提供光学指数的土卫六大气辐射模型。本研究的目的是解决如果这两种类似物是化学等效或不，当产生在相同的N2-CH 4等离子体放电。用元素分析、XPS分析和二次离子质谱法测定了这两种材料的化学组成。探测的主要参数是CH 4 N2比，以探索各种可能的化学制度。我们发现，薄膜是均匀的，但显着不富含氮和氢比在相同的实验条件下产生的晶粒。它们的化学成分中的这种令人惊讶的差异可以通过在膜上发生的有效蚀刻来解释，膜在整个等离子体持续时间期间停留在放电中，而颗粒在几分钟后被喷射。颗粒中较高的氮含量可能涉及比在薄膜上测量的更高的光吸收，这可能对泰坦辐射模型产生影响。
2017-05-04 astro-ph.EP
New constraints on the delivery of cometary water and nitrogen to Earth from the 15N/14N isotopic ratio
使用15 N/14 N同位素比推导出彗星输送到地球的水量的新独立约束，测得彗星中的CN和HCN大约是现在地球的两倍。在合理的假设下，我们发现地球上只有百分之几的水可以归因于彗星，这与D/H的限制是一致的。我们的研究结果还表明，地球大气中的氮很大一部分可能来自彗星。由于奥尔特云和柯伊伯带彗星的15 N/14 N同位素比率没有不同，我们的估计适用于这两种类型的对象的贡献。
2009-06-29 astro-ph.EP
Stability of Nitrogen in Planetary Atmospheres in Contact with Liquid Water
氮分子是最常见的假设背景气体，支持岩石行星上的可居住性。尽管其化学惰性，氮分子被闪电，热火山口和火流星撞击打破，并可以转化为可溶性氮化合物，然后被隔离在海洋中。因此，氮的稳定性和氮基可居住性受到质疑。在这里，我们确定的分子氮的寿命，相对于一个相对于水封存，通过开发一种新的模式，耦合大气光化学和海洋化学。我们发现，HNO，缺氧大气中产生的主要氮化合物，在海洋中转化为N2O，而不是氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，如先前所假设的。这些N2O随后被释放回大气中，并迅速转化为N2。我们还发现，NO的沉积速率是严重限制的动力学的水相反应，将NO在海洋中的亚硝酸盐。将这些见解放在一起，我们得出结论，大气中必须产生至少与NO2和HNO2一样氧化的氮物质，以实现水封存。在类太阳和M矮星的温带行星上，缺氧大气中的分子氮的寿命被确定为> 10亿年。这一结果支持了分子氮作为岩石行星上普遍背景气体的有效性。
2019-10-09 astro-ph.EP
The habitability of Proxima Centauri b II. Possible climates and Observability
径向速度监测发现了一颗$M \sin i = 1.3$ ~M $_\oplus$行星的特征，该行星位于比邻星\citep{Anglada16}的可居住带（HZ）内。尽管比邻星b的过去温度更高，而且它的主星也很活跃，但它仍然保留了足够的挥发物来维持\citep{Ribas2016}表面的可居住性。在这里，我们使用3D全球气候模型（GCM）模拟Proxima b的大气和水循环的两种可能的旋转模式（1：1和3：2自旋轨道共振），同时改变不受约束的地表水库存和大气温室效应。我们发现，广泛的大气成分允许地表液态水。在一个潮汐锁定的行星上，有足够的表面水，液态水总是存在的，至少在亚恒星区域。在非同步旋转的情况下，这需要最小的温室变暖（$\sim$ 10毫巴的CO $_2$和1巴的N $_2$）。如果行星较干燥，$\sim$ 0.5巴/1.5巴的CO $_2$（分别用于异步/同步旋转）足以防止任何任意少量水进入极地/夜侧冰盖。我们产生的反射/发射光谱和相位曲线的模拟气候。我们发现，大气特性将有可能通过直接成像与即将到来的大型望远镜。$7 λ/D$在1~ $μ$ m处的角间距（使用E-ELT）和$\sim$ 10 $^{-7}$的对比度将使高分辨率光谱学和分子特征搜索成为可能，包括H $_2$ O、O $_2$和CO $_2$。由于$2\times10^{-5}$在10~ $μ$ m处的对比度，可…
2016-09-28 astro-ph.EP
Late Delivery of Nitrogen to Earth
大气氮可能是行星可居住性的必要成分，因为它的存在有助于防止行星的水分流失。现今地球大气层中的氮同位素比率，$^{15}$ N/ $^{14}$ N，是原始地球的比率和彗星和小行星可能产生的比率的组合。小行星的氮同位素比例接近地球。这表明它的形成环境与地球相似，或者氮的主要来源是小行星。然而，根据地质记录，地球大气层可能在太古代富含$^{15}$ N。彗星有较高的$^{15}$ N/ $^{14}$ N的比例比目前的地球大气，我们发现，约$5\%$ $\sim$ $10\%$的氮在地球大气中可能已经交付的彗星，以解释目前的地球大气或丰富的$^{15}$ N地球大气。我们模拟了原行星盘中分子氮和氨的雪线半径的演化，发现两者的半径都使它们比主小行星带离太阳更远。通过分析长期共振模型和N体模拟，我们发现位于柯伊伯带的海王星与$ν_8$的近点进动长期共振可能是氮彗星撞击地球的起源。
2018-12-18 astro-ph.EP
Surface pressure impact on nitrogen-dominated USP super-Earth atmospheres
本文研究表面压力对以氮为主的USP超级地球大气化学与发射光谱的影响，结合VULCAN、PETITRADTRANS和HELIOS模型，发现HCN、C2H4、CO、CH4等物种可作为探测大气表面存在及厚度的敏感指标，并评估了JWST的观测可行性。
2023-04-18 astro-ph.EP
Nitrogen transport in protoplanetary disks by ammonium salts: a possible origin of Jupiter's nitrogen enrichment
提出太阳星云中半挥发性铵盐的径向输运机制，模拟显示当尘埃含10-30 wt%铵盐时，其解离产生的NH3蒸气及随后的吸积过程能解释木星的氮富集。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Nitrogen Atmospheres of the Icy Bodies in the Solar System
本文将简要介绍太阳系中冰质天体，特别是土卫六、海卫一和冥王星的氮大气层的起源和演化。分析和了解这些大气层的起源和演变的一个重要工具是其大气成分的不同同位素特征。这些天体以N $_2$为主的大气层的$^{14}$ N/ $^{15}$ N比值，可以作为土卫六、海卫一和冥王星起源的基石，以及在整个演化过程中塑造这些大气层的各种分馏过程的足迹。这些大气与其他测量的同位素和元素比，如$^{12}$ C/ $^{13}$ C或Ar/N一起，可以对太阳系中冰冷天体的历史、影响其以N $_2$为主的大气的各种过程以及与之相关的太阳活动演化提供重要的见解。土卫六的气体包层很可能来自氨冰，也可能来自难熔有机物。与地球相比，它的同位素特征仍然可以在相对较重的$^{14}$ N/ $^{15}$ N比167.7中看到，尽管由于大气逃逸和N $_2$的光解，这个值在其历史上略有变化。冥王星和海卫一稀薄的氮气大气层的起源和演化仍然不清楚，尽管它们的大气层可能起源于原太阳星云或彗星。对海卫一的实地空间飞行任务，如最近提议的三叉戟飞行任务，和/或对冰巨星的实地空间飞行任务，将是更好地了解外太阳系冰体及其大气层的起源和演变的关键基石。
2020-11-02 astro-ph.EP
Jupiter's "Cold" Formation in the Protosolar Disk Shadow: An Explanation for the Planet's Uniformly Enriched Atmosphere
大气成分为行星的形成和演化提供了有价值的线索。木星一直是研究最充分的巨行星，就其大气而言;然而，木星大气成分的起源仍然是一个谜，因为氮和惰性气体的丰度与其他元素一样高，只能来自极冷的环境。我们提出了一个新的想法来解释木星的大气成分：灰尘堆积在H $_2$ O雪线投下阴影，冷却木星轨道，使N $_2$和惰性气体可以冻结。在阴影区形成的星子或核心可以通过溶解在包层中富集氮和稀有气体，就像其他元素一样。本文用辐射转移计算方法计算了被遮蔽的原太阳盘的温度结构。然后，我们研究了木星的径向挥发分分布，并通过凝结计算预测了木星的大气成分。我们发现，目前的木星轨道附近，大约$3$ - $7~{\rm AU}$，可以作为$30~{\rm K}$冷，如果小尘埃表面密度变化的一个因素，$\gtrsim30$跨越H $_2$ O雪线。根据先前的晶粒生长模拟，如果硅酸盐晶粒比冰晶粒更脆弱，则可以通过弱圆盘湍流来实现这种条件。阴影可以引起大多数挥发性物质的冷凝，即N $_2$和Ar。我们表明，阴影固体的溶解可以解释木星大气中的元素丰度模式，即使原木星是在木星目前的轨道附近形成的。盘影可能在控制大气成分方面起着至关重要的作用。阴影的影响也影响了JWST对即将到来的系外行星大气观测的解释。
2021-06-16 astro-ph.EP
Nitrogen chemistry of hycean worlds on the example of K2-18b
本研究以系外行星K2-18b为例，探究海洋氢大气行星的氮化学特征，通过模拟不同大气参数下的光化学过程，结合观测数据推测行星类型，并提出C₂H₆可作为DMS存在的替代指示物。
2025-09-03 astro-ph.EP
Atmospheric Beacons of Life from Exoplanets Around G and K Stars
目前，开普勒任务、哈勃太空望远镜和大型地面望远镜对数千颗太阳系外行星的探测和定性爆炸式增长，开启了寻找具有适合维持生命的条件的类似地球的系外行星的新时代。随着更多地球大小的系外行星在不久的将来被发现，我们很快就有机会确定可居住的世界。以我们目前的能力可以探测到哪些来自可居住行星的大气生物特征气体？从富含氮氧的地球型系外行星探测常见的生物特征，包括分子氧（O2）、臭氧（O3）、水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和甲烷（CH 4），需要用最大的太空望远镜进行数天的积分时间，因此对目前的仪器来说非常具有挑战性。在本文中，我们建议使用强大的发射从旋转振动带的一氧化氮，羟基和分子氧作为签名的氮，氧，和水丰富的大气的地球型系外行星突出的磁性活动，从年轻的G和K主序星。来自这些生命的基本化学先决条件的信号，我们称之为生命的大气信标，创造了一个独特的机会，可以在即将到来的NASA任务中对地球大小的系外行星进行直接成像观测，具有高信噪比和低光谱分辨率。
2018-01-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The impact of ultraviolet heating and cooling on the dynamics and observability of lava planet atmospheres
熔岩行星具有非全球性的可冷凝大气层，类似于太阳系内的冰冷天体。因为它们依赖于内部动力学，研究熔岩行星的大气层可以了解由其极端环境驱动的独特地质过程。熔岩行星大气层的模型迄今为止都集中在辐射转移或流体动力学。在这项研究中，我们通过引入紫外和红外辐射的湍流边界层模型耦合这两个过程。我们还测试了不同的垂直温度廓线对大气动力学的影响。从模型的结果表明，紫外线辐射对大气的影响远大于红外线。紫外线加热和冷却一起工作，以产生一个水平的等温大气远离亚恒星点，而不管垂直温度分布。我们还发现，更强的逆温引起更强的风，从而冷却大气。我们模拟的约束大气的透射光谱显示出强烈的SiO功能，在紫外线，这将是具有挑战性的观察，由于所需的精度在行星的过境光谱。我们模拟的发射光谱更有希望，在4.5和9 $μ$ m，可以观察到的詹姆斯韦伯太空望远镜的显着的SiO光谱特征。不同的垂直温度廓线产生可辨别的昼侧发射光谱，但不是以人们所期望的方式。
2022-05-09 astro-ph.EP
The Role of N2 as a Geo-Biosignature for the Detection and Characterization of Earth-like Habitats
自太古代以来，N2一直是地球大气中的主要大气成分。氮是构成生命的基本元素，因此地球生物氮循环是地球和类地系外行星长期演化的基本因素。我们讨论了地球的N2大气的发展，因为地球的形成和它的关系与地球生物循环。然后，我们提出了大气演化情景及其与生命形式的可能相互作用：第一，为一个停滞盖缺氧的世界，第二为构造活动的缺氧世界，第三为氧化构造活动的世界。此外，我们还讨论了目前地球生物圈的可能消亡及其对大气的影响。由于生命形式是将沉积的氮再循环回大气层的最有效手段，它们维持其表面的高水平分压。此外，大量的N2和O2的同时存在在地质时间尺度上的大气中是化学不相容的。因此，我们认为，一个N2占主导地位的大气与O2的类地行星在拱星宜居带可以被认为是一个地理生物签名。具有这种大气层的类地行星将具有与好氧生物生物圈相关联的运行构造体系，而在大多数情况下，其他情况下最终以二氧化碳为主的大气层结束。最后，我们得出的结论是，在M到K星的宜居带内寻找类地系外行星上的生命。
2019-04-26 astro-ph.EP
About the possible role of hydrocarbon lakes in the origin of Titan's noble gas atmospheric depletion
土卫六大气层的一个意想不到的特征是，惠更斯号探测器上的气相色谱质谱仪在2005年1月14日的下降过程中揭示了原始惰性气体的强烈消耗。虽然已经制定了几个合理的解释，没有明确的答案，这个问题还没有找到。在这里，我们调查的可能封存这些惰性气体的液体中所载的湖泊和潮湿的地形土卫六和其大气丰度的后果。考虑到大气和土壤中的液体作为一个整体系统，我们计算了每种惰性气体相对于氮气的丰度。为此，我们假设液体和大气之间的热力学平衡，通过{ \bf }正规溶液理论确定不同成分的丰度。我们发现，氙在大气中的消耗可以用它在环境温度下溶解在泰坦土壤中的液体中来解释。在氩和氪的情况下，我们发现，在液体中的馏分是可以忽略不计的，这意味着必须调用一个替代机制来解释它们的大气消耗。
2010-08-22 astro-ph.EP
Hydrogen Cyanide in Nitrogen-Rich Atmospheres of Rocky Exoplanets
氰化氢（HCN）是生产生命基石的关键原料分子。在富含N $_2$的气氛中形成HCN首先需要N-$\equiv$ N之间的三键被切断，然后氮原子找到碳原子.这两个任务可以通过光化学、闪电、撞击或火山作用来完成。生产可观量的HCN的关键要求是N $_2$的自由可用性和C/O $\geq 1$的局部碳氧比。我们讨论了HCN的化学机制，可以形成和破坏的岩石系外行星与地球一样的N $_2$含量和地表水库存，不同的氧化态的主要含碳的大气物种。HCN最容易在富含甲烷（CH $_4$）或乙炔（C $_2$ H $_2$）的气氛中产生，但也可以在CO占主导地位的气氛中以显著量（$> 1$ ppm）产生。甲烷对于HCN的产生不是必需的。我们展示了如何破坏HCN在CO $_2$丰富的气氛中严重依赖于约束不良的能量势垒HCN与原子氧的反应。我们讨论了我们的研究结果检测光化学产生的HCN的影响，集中在地球表面的HCN，其重要性的生命前化学。
2019-02-21 astro-ph.EP
Temperature inversions on hot super-Earths: the case of CN in nitrogen-rich atmospheres
我们表明，在极端辐射的热超级地球的大气中，CN的短波吸收可以引起强烈的温度反转。我们的这项研究基于之前对55 Cancri e的观测，这使我们相信超短周期的超级地球可以维持富含氮和/或碳的挥发性大气。我们计算我们的模型大气中的各种富氮的情况下，轨道参数的辐射对流平衡。我们证明了热反转对化学和计算低分辨率的合成发射光谱的范围为0.5 - 28微米所造成的影响。结果表明，由于CN的短波吸收，温度高于2000 K，C/O $\geq$ 1.0的大气容易发生热反转。CN是少数几个在短周期超级地球白天发生的高温下非常稳定的分子之一。这种大气的发射光谱将与非倒置情况有很大不同。在反转的情况下，吸收特征被反转，显示出比预期更高的通量。我们建议，在热大气中的反演应该是预期的规范。热超级地球是测试大气化学和结构预测的一些最极端的自然实验室。它们经常出现，发射明亮，轨道周期短。所有这些因素使它们成为JWST和ARIEL任务观察的完美候选者。
2021-01-08 astro-ph.EP
Impact degassing and atmospheric erosion on Venus, Earth, and Mars during the late accretion
众所周知，类地行星的大气层在吸积后期由于撞击、脱气和大气侵蚀而发生了变化。尽管这些过程具有共性，但在金星、地球和火星现今大气中稀有气体和氮的丰度之间存在明显的差距--大约两个数量级。行星表面的元素分配被认为在~ 4Ga的三个行星之间有显著的不同：金星上失控的温室，地球上的碳-硅酸盐循环和海洋形成，以及火星上的CO2-冰和H2O-冰形成。利用数值模式研究了金星、地球和火星吸积后期大气演化中元素分配的影响。我们设定了地球和火星上CO2和H2O分压的上限，这对应于相平衡和碳硅酸盐循环的状态。地球和火星的最终N2质量分别缩小了~40%和~15%。元素分区的效果被认为是不足以重现的差距。对于金星来说，原始大气层在晚期吸积过程中的幸存可能部分地解释了现在的大气层。而在火星上，由于太阳极端紫外线和风引起的大气逃逸也可能影响大气演变。
2018-05-18 astro-ph.EP
Observability of signatures of transport-induced chemistry in clear atmospheres of hot gas giant exoplanets
运输诱导的淬灭，即，大气平流造成的化学丰度的均匀化，被认为发生在热气体巨型系外行星的大气中。虽然这个过程存在一些数值模拟，三维性质的运输诱导化学是underexplored。在这里，我们提出了三维无云和无霾模拟的HAT-P-11 b，HD 189733 b，HD 209458 b和WASP-17 b的大气，包括耦合流体力学，辐射转移和化学的结果。我们的模拟进行了两个化学方案：化学动力学方案，这是能够捕获运输诱导的淬火，和一个更简单，更广泛使用的化学平衡方案。我们发现，预计在我们样本中的所有行星的大气中都会发生运输诱导的淬火;然而，它影响其合成光谱和相位曲线的程度因行星而异。这意味着，有一个“甜蜜点”的可观察性的签名运输诱导淬火，这是由动力学和化学之间的相互作用控制。
2022-11-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
A missing link in the nitrogen-rich organic chain on Titan
上下文构成生命的化学物质含有大量的氮元素，这是一种必需元素。土卫六是土星最大的卫星，其分子氮和甲烷的稠密大气层，为探索这种元素如何通过我们太阳系的大气化学结合到碳链中提供了一个难得的机会。在月球的大气层中持续产生一种褐色的浓雾，并在月球表面积累。这种固体物质富含氮，可能含有携带氮的益生元分子。目标。迄今为止，我们的知识的过程中导致氮纳入有机链一直相当有限。在目前的工作中，我们调查的形成含氮离子的实验模拟泰坦的高层大气，与强烈的影响，氮纳入有机物质的泰坦。方法.通过实验和理论计算相结合的方法，我们证明了极紫外太阳辐射在高空产生的丰富的N2+离子能够形成富氮的有机物种。结果实验观察到，当将由分子氮和甲烷组成的气体混合物暴露于极紫外辐射时，CH 3 N2+和CH 2N 2+重氮离子的意外和重要的形成。理论计算表明，这些重氮离子主要是由N2+与CH 3自由基反应产生的。这些富含氮的小重氮离子，N/C比为2，似乎是一个缺失的环节，可以解释泰坦有机物中的高氮含量。更一般地说，这项工作突出了离子和自由基之间反应的重要性，迄今为止很少研究，开辟了天体化学的新视角。
2022-04-24 astro-ph.EP physics.chem-ph
Ongoing Resurfacing of KBO Eris by Volatile Transport in Local, Collisional, Sublimation Atmosphere Regime
柯伊伯带天体（KBO）厄里斯是非常明亮的，比任何其他已知的KBO都有更大的可见几何半径。它的红外反射光谱主要是甲烷，甲烷应该形成托林，使表面变暗的时间尺度比太阳系的年龄要短得多。因此，一个或多个正在进行的过程可能保持其亮度。厄里斯被预测有一个主要的氮气气氛，是在蒸汽压平衡与氮冰和碰撞（不是弹道）。厄里斯的偏心轨道预计会导致两种大气状态：（1）接近近日点的时期，大气是全球性的（类似于火星，海卫一和冥王星的大气）;（2）接近远日点的时期，只有局部大气存在于最温暖的区域附近（类似于木卫一的大气）。一个数值模式，模拟厄里斯的热和挥发性的演变，在当地的大气制度。该模型在保持蒸汽压平衡的同时保持了能量、质量和动量。它适用于其他地方，碰撞，升华大气，除了木卫一和厄里斯，可能会出现在几个挥发轴承KBO。该模型被应用于一个极限情况下，厄里斯是固定在远日点，并有一个初始的氮冰质量到处等于在新视野号遭遇冥王星大气中的氮可沉淀柱（如果冥王星大气层均匀崩溃到表面上的合成质量）。模型结果表明：（1）氮在局部、碰撞、升华大气中的传输是显著的;（2）可以观察到来自氮传输的厄里斯的亮度或颜色的变化;（3）全球氮大气的均匀崩溃可能无法解释厄里斯在当前时期的异常亮度。季节性的挥发性运输仍然是一个合理的假设来解释…
2018-11-06 astro-ph.EP
The effect of high nitrogen pressures on the habitable zone and an appraisal of greenhouse states
宜居带是任务架构用来选择潜在宜居行星进行后续光谱观测的主要工具。鉴于其重要性，宜居带的精确大小和位置仍然是一个热门话题，因为许多研究使用一系列模型评估了各种因素，包括：大气成分，时间和行星质量。然而，很少有工作评估宜居带如何随着背景氮压力的变化而变化，这与行星的宜居性和生命承载潜力直接相关。在这里，我使用一个先进的能量平衡模型与云显示，我们的太阳系宜居带约为0.9至1.7 AU，假设5巴的氮背景压力和最大100%的云覆盖在内部边缘。这个宽度比保守的宜居带估计要宽20%。类似的扩展计算为A至M星。我还表明，冷却云和薄雾和高背景压力可以降低失控的温室阈值温度约300 K（或更低）的行星轨道上的任何恒星类型。这是因为行星的温度增加使得更靠近恒星的气候稳定，在那里，较低的平均地面温度可以触发快速的不稳定。平流层温度非常高的行星的长波发射增强也可以在较小的轨道距离上实现稳定的气候。该模型预测了一个失控的温室超过约330 K的行星绕太阳运行，这是与以前的工作一致。然而，潮湿的温室只发生在绕A星运行的行星上。
2020-04-01 astro-ph.EP
A microwave plasma source for VUV atmospheric photochemistry
低压微波等离子体放电是目前发展较好的一种技术，主要用于提供不同波长的辐射。这项工作的目的是表明，这些放电是一个有效的无窗真空紫外光子源行星大气光化学实验。要做到这一点，我们使用一个surfatron型放电与氖气流在毫巴的压力范围内耦合到一个光化学反应器。在VUV范围内工作允许专注于氮主导的气氛（λ<100 nm）。实验装置确保除了真空紫外光子之外没有其他能源（电子、亚稳原子）与反应介质相互作用。氖在73.6和74.3 nm处具有两条共振线，这两条共振线在压力或功率条件下表现不同。同时，在73.6 nm处发射的VUV光子通量已在不同的压力和功率条件下进行了实验估计，并且在2 × 1013 ph.s-1.cm-2和4 × 1014 ph.s-1.cm-2之间的大范围内变化，这与VUV同步加速器光子通量相当。我们的第一个案例研究是泰坦的大气层及其N2-CH 4大气层。有了这个真空紫外光源，HCN和C2 N2，两个主要的泰坦化合物的生产，检测，确保大气光化学实验的源的适用性。
2017-05-04 astro-ph.EP
The Origin of Nitrogen on Jupiter and Saturn from the $^{15}$N/$^{14}$N Ratio
2013年2月，安装在美国宇航局红外望远镜设施（IRTF）上的德克萨斯Echelon cross Echelle Spectrograph（TEXES）被用来绘制木星和土星的中红外氨吸收特征。氨是氮在巨行星上的主要储存库，同位素体的比率（$^{15}$ N/ $^{14}$ N）可以揭示对分子载体的见解（例如，作为N $_2$或NH $_3$）的氮到形成的原行星，因此这些世界的吸积源水库。我们的目标是两个光谱间隔（900和960厘米$^{-1}$）是相对明确的陆地大气污染，并包含密切的功能$^{14}$ NH $_3$和$^{15}$ NH $_3$，使我们能够从一个单一的光谱，而不模糊的辐射校准（在这项研究中的主要来源的不确定性）的比率。我们提出了第一个基于地面的确定木星的$^{15}$ N/ $^{14}$ N比（范围从$1.4\times10^{-3}$到$2.5\times10^{-3}$），这是与以前的空间为基础的研究和原始值的原太阳星云。在土星上，我们提出了900 cm $^{-1}$通道的$^{15}$ N/ $^{14}$ N比值不大于$2.0\times10^{-3}$的第一个上限，以及960 cm $^{-1}$通道的比值不大于$2.8\times10^{-3}$的不太严格的要求（$1σ$置信度）。具体来说，这些数据排除了强烈的$^{15}$ N富集，例如在土卫…
2014-05-15 astro-ph.EP
Raman Scattering by Molecular Hydrogen and Nitrogen in Exoplanetary Atmospheres
在短可见光和近紫外波长下，系外行星大气层不透明的一个重要来源是光在分子上的瑞利散射。它伴随着一个相关的，但较弱的过程-拉曼散射。我们分析了反射光中的拉曼散射特征和系外行星的几何形状，这可以提供有关大气特性的信息。拉曼散射以下列方式影响行星的几何散射光谱。首先，它导致入射辐射中强吸收线的填充，从而在入射辐射中产生尖锐的峰值。其次，它使反射光中的光谱特征的波长偏移，从而引起所谓的拉曼鬼线。拉曼散射也可以导致宽带减少的光谱，由于波长移动的恒星光谱与红色的光谱指数。观测大气中的拉曼峰可以用来测量气体柱密度，从而限制大气中云的存在。观察拉曼鬼线可用于光谱识别大气中的主要散射体，甚至是在光学波长范围内不具有显著光谱特征的分子如H $_2$或N $_2$。如果被探测到，鬼线还可以提供有关大气温度的信息。在本文中，我们调查的影响，拉曼散射在氢和氮为主的大气。我们分析了现有和未来的观测设施探测拉曼散射的签名，并使用这些签名作为探测系外行星大气的可行性。
2016-09-07 astro-ph.EP
Using a quench level approximation to estimate the effect of metallicity on N-bearing species abundances in H2-dominated atmospheres
本研究通过淬灭近似与化学动力学模型，探究垂直混合下金属丰度对以H₂为主大气中含氮物种丰度的影响，明确相关变化规律，并给出潜在HCN观测候选天体列表。
2023-10-10 astro-ph.EP
Atmospheric studies of habitability in the Gliese 581 system
M-型恒星Gliese 581被至少一颗位于宜居带的类地行星候选者GL 581 d环绕。轨道模拟表明，GL 581的宜居带内的其他行星将是动态稳定的。最近，又有两颗候选行星被宣称存在，其中一颗位于宜居带。鉴于目前正在进行的M恒星周围行星的搜索，预计将导致许多潜在的可居住的超级地球的检测，我们以GL 581系统为例来调查这样的行星。与以前的GL 581系统的可居住性研究相比，我们使用一致的大气模型来评估地表条件和可居住性。此外，我们进行详细的大气模拟的一个更大的子集的潜在的行星和大气的情况比以前考虑的。一个一维辐射对流大气模式被用来计算模型大气的温度和压力分布，我们假设是由分子氮，水和二氧化碳。在这些计算中，诸如表面压力和CO2浓度以及轨道距离和行星质量等关键参数是不同的。结果意味着，在轨道距离为0.117天文单位时，可以获得高于冰点的地面温度，而与此处考虑的大气情景无关。对于0.146天文单位的轨道距离，二氧化碳浓度低至目前地球值的10倍就足以使地表温度高于水的冰点。在0.175 AU，只有5%和95%的CO2浓度的情况下被认为是宜居的。因此，GL 581系统中在先前确定的动力学稳定性范围内的额外超级地球行星将被认为是潜在的宜居行星。
2011-04-19 astro-ph.EP
Evolution of an Early Titan Atmosphere: Comment
土卫六早期大气逃逸，在此期间NH3可以通过光解转化为现在的N2主导的大气，是行星科学中的一个重要问题。最近，Gilliam和Lerman（2014）估计了由地面温度和压力驱动的逃逸，我们发现损失率太大了。他们的模型与Jeans从等温大气中逃逸有关，用于表明仅由表面加热驱动的逃逸将耗尽大气中的N存量，建议泰坦吸积温度为~355 K。因此，他们得出结论，为了保持目前的土卫六大气层，吸积温度必须更低。在这里，我们表明，近地表大气温度基本上是无关的确定从土卫六的大气损失率和逃逸主要是由太阳能加热高层大气。我们还粗略估计了早期太阳系的逃逸率（约10^4 kg/s），这与Atreya等人（1978）提出的NH3转化为N2的时期内可用的氮存量一致。
2015-07-30 astro-ph.EP
Disequilibrium Carbon, Oxygen, and Nitrogen Chemistry in the Atmospheres of HD 189733b and HD 209458b
我们建立了系外行星HD 189733 b和HD 209458 b的一维光化学和热化学动力学及扩散模型，研究了化学不平衡对“热彗星”大气成分的影响。“在这里，我们研究了中性碳，氢，氧和氮物种的耦合化学，并将模型结果与现有的过境和日食观测结果进行了比较。我们发现，垂直剖面的分子成分的运输诱导的淬火和光化学的显着影响，特别是在较冷的HD 189733 b;然而，温暖的平流层温度HD 209458 b可以帮助维持热化学平衡，减少不平衡化学的影响。对于这两个行星，甲烷和氨的摩尔分数被发现是增强其平衡值在几巴的压力小于一毫巴，由于运输诱导淬火，但甲烷和氨在较高的海拔光化学去除。原子种类，不饱和烃（特别是C2 H2），一些腈（特别是HCN），和自由基如OH，CH 3和NH 2是增强的非平衡预测，因为淬灭和光化学。相比之下，CO、H2O、N2和CO2更接近于它们的平衡分布，除了在压力< 1微巴时，CO、H2O和N2被光化学破坏，而CO2在其最终的高空破坏之前产生。特别是HCN、CH 4和NH3的丰度增加，预计会影响HD 189733 b和其他相对较冷的近距离凌日系外行星的光谱特征和热分布。我们检查我们的结果的敏感性，假设的温度结构和涡扩散系数，并讨论这些模型的进一步观测结果。
2011-05-16 astro-ph.EP
HD 209458b in New Light: Evidence of Nitrogen Chemistry, Patchy Clouds and Sub-Solar Water
对系外行星透射光谱的解释已经被云/雾造成的明显遮蔽所破坏。关于在系外行星光谱中看到的弱H $_2$ O特征是由于云还是由于固有的贫氧引起的争论激烈。太阳H $_2$ O丰度的断言依赖于先验模型假设，例如化学/辐射平衡。在这项工作中，我们试图解决这个问题，一个新的检索模式的透射光谱。我们介绍了POSEIDON，一个二维大气反演算法，包括广义非均匀云。我们证明，这个处方允许一个打破云和突出的分子丰度之间的重要简并。我们将波塞冬应用于目前可用的最佳透射光谱，用于热木星HD 209458 b，揭示了其大气层在昼夜分界线上的新见解。我们广泛地探索参数空间与前所未有的10个$^8$模型，跨越从完全多云到无云大气的连续体，在一个完全贝叶斯检索框架。我们报告了在系外行星大气中首次探测到的氮化学（NH $_3$和/或HCN），置信度为3.7-7.7 $σ$，非均匀云覆盖度为4.5-5.4 $σ$，高海拔薄雾在$>$ 3 $σ$，太阳下H $_2$ O在$\gtrsim$ 3-5 $σ$，这取决于假设的云分布。我们检测NH $_3$在3.3 $σ$和4.9 $σ$完全多云和无云的情况下，分别。对于具有最高贝叶斯证据的模型，我们将H $_2$ O限制在5-15 ppm（0.01-0.03 $\times$太阳能），NH $_3$限制在0.01-2.7 ppm，强烈表明化学不平衡，并对平衡假设提出警告。我…
2017-05-26 astro-ph.EP
Improved Carbon and Nitrogen Isotopic Ratios for CH$_3$CN in Titan's Atmosphere Using ALMA
本文利用ALMA高信噪比观测和NEMESIS反演方法，测量了土卫六平流层乙腈的碳氮同位素比值，证实其$^{15}$N丰度显著增强，为行星大气含氮有机物合成及土卫六氮起源提供了约束。
2025-03-12 astro-ph.EP
Escape and evolution of Titan's N$_2$ atmosphere constrained by $^{14}$N/$^{15}$N isotope ratios
我们应用一维高层大气模型来研究泰坦历史上氮的热逃逸。显著的热逃逸应该很早就发生了，因为太阳EUV通量比今天高100到400倍，逃逸率分别高达$\approx 1.5\times 10^{28}$ s $^{-1}$和$\approx 4.5\times 10^{29}$ s $^{-1}$，而今天是$\approx 7.5\times 10^{17}$ s $^{-1}$。根据太阳起源于一个缓慢、中等或快速的旋转体，热逃逸是太阳系形成后的第一个100到1000万年的主要逃逸过程。如果土卫六的大气层起源那么早，它可能已经失去了$\approx 0.5 - 16$倍于它现在的大气质量，这取决于太阳的旋转演化。我们还研究了质量平衡参数空间的土卫六的氮通过分解NH $_3$ -冰在其内部深处的放气。我们的研究表明，如果土卫六的大气层起源于一开始，它只能存活到今天，如果太阳是一个缓慢的旋转。在其他情况下，脱气氮的逃逸太强，以至于无法存活到今天，这意味着后来的脱气或额外的氮源。土卫六的氮部分通过NH $_3$ -冰的内生起源与其最初的$^{14}$ N/ $^{15}$ N $\approx$ 166 - 172分馏相一致，或者如果光化学去除的相关时间长于最后的$\approx$ 1，000 Myr，则更低。由于这个比例略高于彗星氨的比例，泰坦的一些氮可能来自难降解的有机物。
2020-10-23 astro-ph.EP
The Nitrogen Budget of Earth
我们全面汇编和审查地质材料中的氮含量，以计算新的地球氮预算。岩石矿物分析和氮-氩地球化学研究表明，块状硅酸盐土（BSE）含\sim 7 \pm 4倍于大气N（4 \times 10^18 kg N，PAN），含27 \pm 16 \times 10^18 kg N。在减去封存在岩芯中的氮之后，与沉积物组成进行比较，得出一致的结果，BSE氮在17 \pm 13 \times 10^18 kg至31 PDMATHAMN 24 \times 10^18 kg N之间。在对比实验中，我们计算了地核中的N质量（180 \pm 110到300 \pm 180 \times 10 ^18 kg），并讨论了月球作为早期地幔的替代物。值得注意的是，我们发现大部分的行星预算N是在固体地球。本文中的N估计排除了对“缺失N”储层的需要。地幔岩和玄武岩中的氮-氩系统学研究表明，地幔有两种类型的储集层：类MORB源（MSL）和高氮型。高氮地幔是由从地表俯冲下来的年轻的富氮物质组成的，并在OIB和一些捕虏体中被识别出来。相比之下，MSL似乎是由古老的物质组成的，尽管俯冲物质的成分在这个储层中也很明显。利用我们的新预算，我们计算了\sim 2 \permil的BSE+大气的δ 15 N值。在讨论大量地球氮同位素演化时，应使用该值。此外，我们的工作表明，在地球历史上，所有的表面N都可以通过地幔，地幔可能是N的长期汇…
2015-05-14 astro-ph.EP
Linking atmospheric chemistry of the hot Jupiter HD 209458b to its formation location through infrared transmission and emission spectra
热彗星大气中碳、氮和氧的元素比例可能是它们在原恒星盘中形成位置的线索。在这项工作中，我们采用气相化学丰度的C，N和O从几个位置在光盘化学动力学模型的热木星HD 209458 b的信封的来源，并使用一维化学动力学模型，处理垂直混合和光化学演变的行星的大气成分。我们考虑两个大气压力-温度分布，一个有，一个没有热逆温。从每一个产生的32个大气成分配置文件，我们发现，分子CH 4，NH 3，HCN，和C2 H2是更突出的大气中使用一个现实的非倒置的P-T配置文件相比，以前的平衡化学为基础的工作，使用分析的P-T配置文件计算。我们还计算了这些大气的合成透射和发射光谱，发现许多光谱特征随行星包络吸积的圆盘位置而变化。通过与使用最新的高分辨率地面观测检测到的物种进行比较，我们的模型表明HD 209458 b可能已经在其原恒星盘的CO2和CH 4冰线之间吸积了大部分气体，其超级太阳能C/O比，这反过来又直接继承了其化学丰度。最后，我们模拟观测地球与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），并表明，关键物种的光谱特征的差异可以识别。我们的研究证明了JWST在提供对热木星形成环境的新见解方面的巨大重要性。
2022-05-11 astro-ph.EP
N$_2$ accretion, metamorphism of organic nitrogen, or both processes likely contributed to the origin of Pluto's N$_2$
本研究基于冥王星N₂的¹⁴N/¹⁵N比值下限，排除氨端元起源可能，通过同位素混合计算发现原始N₂、有机氮或两者贡献占比至少约45%，为冥王星N₂起源提供了首个同位素约束。
2023-06-10 astro-ph.EP
Convective storms and atmospheric vertical structure in Uranus and Neptune
冰巨人天王星和海王星有氢为基础的大气层，有几种成分在它们寒冷的上层大气中凝结。在这两颗行星上观测到的少量明亮云系是湿对流风暴的良好候选者，但它们的观测性质（大小，时间尺度和活动周期）与气体巨人中的湿对流风暴不同。这些云和风暴可能是由于甲烷冷凝，观测还表明在几巴的深度存在更深的硫化氢云（H $_2$ S）。热化学模型预测，在更深的地方，氢硫化氨（NH $_4$ SH）和水的压力在几十到几百巴之间，形成了延伸的深层天气层。由于氢的分子量小，挥发性物质含量高，它们的凝结产生了一个强烈稳定的分子量垂直梯度，比木星和土星的分子量垂直梯度大。由此产生的对垂直运动的抑制应该会导致一种潮湿的对流状态，这种对流状态与地球或泰坦等氮基大气中发生的对流状态有很大不同。因此，天王星和海王星深层大气的热结构还没有得到很好的理解。类似的过程可能发生在土星的木星深水云上，但冰巨人提供了在甲烷云层上层研究这些物理方面的可能性。将需要结合轨道和原位数据来了解对流及其在冰巨人大气动力学中的作用，并进一步了解包括木星、土星和巨型系外行星在内的氢大气中的作用。
2021-11-30 astro-ph.EP
A Gas-Phase Kinetic Study of the N(2D) + CH3CCH and N(2D) + CH3CN Reactions
Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ISM, UMR 5255（波尔多大学）；The University of Edinburgh, School of GeoSciences（爱丁堡大学地球科学学院）；Centre for Exoplanet Science, University of Edinburgh（爱丁堡大学系外行星科学中心）；Univ. Bordeaux, CNRS, LAB, UMR 5804（波尔多大学）
本文在50–296 K下实验测定N(2D)与CH3CCH、CH3CN反应的速率常数，发现其显著高于模型估计值，并通过土卫六大气模型表明N(2D)+CH3CN反应可显著生成氰基甲胺。
2025-11-10 astro-ph.EP astro-ph.GA
Impacts into Titan's methane-clathrate crust as a source of atmospheric methane
本研究通过撞击模拟发现，陨石坑形成撞击可从甲烷包合物层释放甲烷，补充土卫六大气甲烷，延长其寿命，其中Menrva级撞击可释放约15%的大气甲烷。
2025-03-24 astro-ph.EP
A chemical kinetics code for modelling exoplanetary atmospheres
系外行星的化学成分可以提供对其物理过程，形成和演化历史的关键见解。大气光谱学为探测系外行星的组成提供了直接的途径。然而，无论是在运输或热发射，光谱观测探测有限的压力窗口的行星大气和直接敏感的光谱活性物质只有有限的一组。因此，至关重要的是要有化学模型，可以将检索到的大气成分与大气的整体物理和化学状态联系起来。为此，我们提出了LEVI，一个新的化学动力学代码建模系外行星大气。LEVI计算了行星大气中的气相氢、氧、碳和氮的化学组成。在这里，我们专注于热气体巨星。应用LEVI，我们调查如何在散装的C/O和N/O的变化影响可观察到的大气化学在炎热的夏季。对于典型的热中子源，我们证明了分子探测对大气C/O的强灵敏度。相反，分子检测对大气N/O比不太敏感，尽管高度超太阳能的N/O可以降低HCN和NH3检测所需的C/O。利用HD 209458 b新的P-T剖面，在没有逆温的情况下，我们评估了最近报道的在其昼侧大气中检测到的CO，H2O和HCN。我们发现，我们的模型与检测到的物种是一致的，虽然与C/O $\sim$ 1周围的组成窗口狭窄。要求C/O $\gtrsim$ 0.9（1.6倍太阳能）以满足HCN的最小报告值，而要求C/O $\lesssim$ 1（1.8倍太阳能）以符合标称H2O丰度。
2019-05-16 astro-ph.EP
