Stellar impact on exoplanetary atmospheric evolution and habitability
Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学核科学研究所）；Department of Astrophysics, University of Vienna（维也纳大学天体物理学系）；ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所）；Centre for Planetary Habitability (PHAB), Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系行星宜居性中心）；Center of Excellence in Space Sciences India, Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度加尔各答科学教育研究所印度太空科学卓越中心）；Department of Physical Sciences, Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度加尔各答科学教育研究所物理科学系）；Université Paris Cité, Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, AIM（巴黎西岱大学、巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心天体分子生物学实验室）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Goddard Space Flight Center, NASA（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
本章围绕恒星活动、系外行星等主题，探讨恒星演化与辐射对系外行星大气、宜居性的影响，为完善行星大气模型及筛选未来观测目标提供依据。
2026-08-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Role of planetary obliquity in regulating atmospheric escape: G-dwarf vs. M-dwarf Earth-like exoplanets
我们提出了一个三种（H $^+$，O $^+$和E $^-$）多流体磁流体动力学（MHD）模型，赋予了必要的上层大气化学，能够准确地量化的氧离子损失的大小从“类地”系外行星在宜居带，其磁和旋转轴大致彼此重合。我们应用这个模型来研究从磁场的角度来调节大气损失的行星的引力的作用。对于类地系外行星绕太阳型恒星，我们表明，总的大气离子损失率对行星（磁）的依赖性是相对较弱的逃逸率之间变化的$2.19 \times 10^{26}$的$^{-1}$到$2.37 \times 10^{26}$的$^{-1}$。相比之下，在类地系外行星围绕晚型M-矮星运行的情况下，行星度可以影响大气逃逸率（$\sim$ $10^{28}$ s $^{-1}$）超过$2$（或$200\%$）的一个因子。因此，我们的模拟结果表明，行星的引力可能会发挥一个弱到中等的作用，只要保留的大气层（必要的表面可居住性）的关注。
2019-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Atmospheric Chemistry of Venus-like Exoplanets
我们使用热力学计算来模拟类地系外行星上的大气化学，这些行星的温度足以使大气层和岩石圈之间达到化学平衡，就像金星一样。我们的计算结果限制了光谱可观测气体的丰度、地面温度和压力以及地表的矿物学。这些结果将有助于规划未来由哈勃太空望远镜（HST），斯皮策，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），类地行星望远镜和达尔文等现有和拟议的空间观测站对地球大小的系外行星大气层的观测。
2010-12-07 astro-ph.EP
Atmospheric Escape and the Evolution of Close-in Exoplanets
具有大量氢/氦大气层的系外行星已经被发现，其中许多非常接近它们的母恒星。这些大气经历的极端辐照水平导致它们经历流体动力学大气逃逸。通过凌日光谱学，在附近的几个系外行星系统中观察到正在进行的大气逃逸，包括热彗星和低质量的超级地球/迷你海王星。结合辐射转移和电离化学的详细流体动力学计算现在在一维模型中很常见，而结合磁场和与星际环境相互作用的多维计算是最先进的。然而，模拟和观测之间的比较仍然非常有限。虽然热中子星经历大气逃逸，但质量损失率不足以影响它们的演化。然而，对于质量较低的行星，大气逃逸驱动并控制着它们的演化，塑造了我们今天观察到的系外行星种群。
2019-06-06 astro-ph.EP
Atmospheric escape from exoplanets: recent observations and theoretical models
该综述系统总结了系外行星大气逃逸的观测证据与理论模型，指出恒星辐射及多种恒星环境因素与行星属性共同调控逃逸过程，并揭示其对行星大气演化和系外行星种群特征的重要影响。
2025-02-25 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Reconstructing Atmospheric Parameters of Exoplanets Using Deep Learning
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文提出一种基于深度学习的多目标概率回归方法，用于高效提取系外行星的大气参数，克服计算限制并提升分析效率。
2023-10-02 astro-ph.EP cs.LG
Combined Exoplanet Mass and Atmospheric Characterization for Accelerated Exoplanetology
本文提出在小型JWST大气探索项目中联合测定系外行星质量与表征大气，以减少径向速度资源并加速有利目标的大气研究。
2025-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modelling the effect of stellar metallicity on the XUV evolution of low-mass stars and its impact on exoplanet atmospheres/habitability
本研究建模恒星金属丰度对低质量恒星XUV演化及系外行星大气的影响，发现富金属恒星自转减慢更快、宜居带XUV通量更大，导致大气蒸发更快，且高质量恒星中金属丰度影响超过初始自转周期。
2025-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Similar Seven: A set of very-alike exoplanets to test correlations between system parameters and atmospheric properties
对系外行星大气的研究发现，在观测到的高空气溶胶和其他系统参数之间没有明确的相关性。这可能部分是因为缺乏可以分离和检查特定参数的同质系外行星样本。在这里，我们提出了一组七个系外行星具有非常相似的系统参数。我们分析现有的光度时间序列，盖亚视差，和高分辨率光谱数据，以产生一组新的均匀的恒星，行星，和这些系统的轨道参数。有了这一点，我们确认，大多数测量参数的所有系统是非常相似的，除了宿主恒星的金属丰度和可能的高能量辐射水平，这需要紫外线和X射线观测约束。从样品中，WASP-6 b，WASP-96 b和WASP-110 b，观察到透射光谱，我们使用Na I双重态5892.9 μ m来估计它们的气溶胶覆盖水平。我们发现一个试探性的相关性的金属丰度的宿主恒星和行星气溶胶水平。我们发现的恒星金属丰度的趋势可以通过观察样本中剩余行星的透射光谱来测试。根据我们的预测，WASP-25 b和WASP-55 b的气溶胶水平应该高于WASP-124 b和HATS-29 b。最后，我们强调了如何有针对性地调查类似的行星，如这里提出的可能证明关键的确定驱动因素的大气性质的系外行星在未来，并可以作为一个样本选择标准，为未来的观测与例如JWST，ARIEL，和下一代的地面望远镜。
2023-01-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Catalogue of Exoplanet Atmospheric Retrieval Codes
系外行星大气反演是一种广泛应用于从遥感光谱观测中反演行星大气性质的计算技术。检索代码通常采用贝叶斯采样算法或机器学习方法来探索大气特性的范围（例如，化学成分、温度结构、气溶胶）与所观察到的光谱相容。然而，尽管系外行星检索技术被广泛采用，但目前文献中还没有系外行星检索代码的系统总结。在这里，我们提供了一个目录的大气检索代码出版的日期，旁边的链接到各自的代码库。我们的目录将通过Zenodo档案库不断更新。
2023-03-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Controls of Atmospheric Methane on Early Earth and Inhabited Earth-like Terrestrial Exoplanets
本研究通过大气光化学与海洋微生物模型，揭示羟基自由基产生及恒星辐照度（尤其200-210纳米波段）是控制类地宜居系外行星大气甲烷丰度的关键因素，并指出K型恒星宜居带外缘行星更利于甲烷积累，为生命信号探测提供支持。
2023-11-12 astro-ph.EP
Windows Into Other Worlds: Pitfalls in the physical interpretation of exoplanet atmospheric spectroscopy
该研究针对系外行星大气光谱物理解释中的三个常见认知误区展开探讨，明确了光谱在大气成分、云层判定等方面的局限，并探讨了遥感在系外生命搜寻中的应用价值。
2024-06-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Coupled Analysis of Atmospheric Mass Loss and Tidal Evolution in XUV Irradiated Exoplanets: the TRAPPIST-1 Case Study
居住在恒星附近的系外行星由于其宿主恒星的影响，可以经历其物理结构和轨道的演变。在这项工作中，我们提出了一个耦合分析的动力学潮汐耗散和大气质量损失的系外行星在XUV照射的环境。作为我们的主要应用，我们使用这个模型来研究TRAPPIST-1系统，并对行星的内部结构和轨道演化施加约束。我们首先报告的紫外线连续通量测量（围绕$\sim1900$埃）的恒星TRAPPIST-1，基于300千的尼尔·盖尔斯斯威夫特天文台的数据，这使得估计的XUV驱动的热逃逸所产生的XUV光解为每个行星。我们发现，当$L_{*}$为TRAPPIST-1的辐射热光度时，TRAPPIST-1的X射线耀斑光度为5.6 $\times$ 10 $^{-4} L_{*}$，而包括非耀斑周期的全通量为6.1 $\times$ 10 $^{-5} L_{*}$。然后，我们构建了一个模型，包括大气质量损失和潮汐演变，并要求行星达到他们现在的轨道要素在这一耦合的演变。我们使用这个模型来约束每个行星的比率$Q'=3Q/2k_{2}$。最后，我们使用额外的数值模型实现的虚拟行星模拟器\texttt{VPLanet}，研究海洋保留这些行星使用我们推导出的系统参数。
2020-05-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Maps and Masses of Transiting Exoplanets: Towards New Insights into Atmospheric and Interior Properties of Planets
在过去的二十年里，太阳系外发现了超过1800颗行星，系外行星学领域拓宽了我们对行星系的看法。研究重点现在正从行星探测转向行星特征描述。在这方面，凌日系外行星由于其轨道配置提供的丰富数据而特别令人感兴趣。在这里，我介绍两种方法来获得新的见解大气和内部性质的系外行星。第一种方法的目标是根据被其宿主恒星遮蔽时获得的扫描来绘制系外行星的大气层。我介绍了日食映射的基础知识，它的警告，以及通过全球分析（包括凌日，相位曲线和径向速度测量）减轻其影响的框架。我使用这种方法分别为热彗星HD 189733 b和开普勒-7b创建了第一张2D地图和第一张系外行星云图。最终，温度、成分和环流模式可以在3D中受到限制，这是为大气模型提供信息的重要资产。第二种方法，MassSpec，旨在确定过境行星的质量和大气特性，仅从透射光谱。确定系外行星的质量是了解其基本性质的关键，包括其支持生命的潜力。到目前为止，系外行星的质量限制主要基于径向速度测量，这不适用于质量较低，半长轴较大或围绕微弱或活跃恒星运行的行星。我证明了一个行星的质量必须占大气检索方法，以避免偏见，JWST可以确定其主机的宜居带在其一生中，这可能会导致第一次确定一个宜居系外行星的质量和大气特性的半打地球大小的行星。
2015-09-04 astro-ph.EP
Featureless transmission spectra of 12 giant exoplanets observed by GTC/OSIRIS
本研究利用GTC/OSIRIS透射分光光度法观测12颗气态巨行星，发现多数透射光谱无特征，仅CoRoT-1b显示大气特征证据，但缺乏决定性证据导致多种解释，表明无特征光谱不一定意味着多云大气，需进一步观测确认。
2023-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
HyDRo: Atmospheric Retrieval of Rocky Exoplanets in Thermal Emission
发射光谱是一种很有前途的技术，可以用来观察岩石系外行星的大气，探测它们的化学和热分布。我们提出了HyDRO，大气检索框架的岩石系外行星的热发射光谱。HyDro不对背景大气成分进行预先假设，因此可以用于解释成分未知的次级大气的光谱。我们使用HyDro来评估可以使用JWST放置在岩石系外行星大气层上的化学约束。首先，我们确定了目前已知的最好的岩石系外行星候选者的热辐射光谱观测与JWST，发现超过30个已知的岩石系外行星的热辐射将被JWST/MIRI检测到在不到10个日食在R~10。然后，我们考虑在~400-800 K平衡温度范围内观测三颗有希望的岩石系外行星的大气层所需的观测结果：Trappist-1 b，GJ 1132 b和LHS 3844 b。考虑到一系列富CO_2-H_2O的大气成分，我们发现只要有8次LHS 3844 b或GJ 1132 b与MIRI的食就能对它们的大气化学成分产生重要的制约。这包括在无云的富CO_2成分的情况下对CO_2和H_2O的可靠探测，除了排除裸露岩石的情况。同样地，用MIRI/LRS观测Trappist-1b的30次日食，可以探测到无云的富CO_2或CO_2-H_2O大气。HyDro将允许使用JWST观测岩石系外行星的重要大气约束，提供有关其地球化学环境的线索。
2021-12-09 astro-ph.EP
Understanding Exoplanet Atmospheres with UV Observations II: The Far UV and Atmospheric Escape
未来十年，系外行星大气分析的重点将是红外波长，计划发射詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）。然而，如果不将其置于更广泛的波长覆盖范围内，特别是在光学和紫外线方面，红外线观测产生的系外行星大气层图像并不完整。在蓝色光学和近紫外（NUV）观测中编码的散射信息可以帮助确定在红外线中观察到的静音光谱特征是由于朦胧/多云的大气，还是具有较高平均分子量的清晰大气。进一步进入紫外线，观测可以识别大气逃逸和系外行星大气的质量损失，从而更好地了解系外行星的大气演变，以及来自云层上方的成分信息。在本白皮书中，我们重点介绍了远紫外（FUV）系外行星观测的科学案例;由Jessie Christiansen领导的附带白皮书将重点介绍近紫外（NUV）和蓝色/光学的科学案例。
2019-03-26 astro-ph.EP
Effect of tidal gravity and planetary rotation on the retrieved atmospheric abundances of close-in exoplanets
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究潮汐锁定系外行星中恒星潮汐力和行星自转对有效重力的修正，通过WASP-12b和WASP-39b的透射光谱反演，发现考虑修正后分子丰度增加，云层会抑制该效应。
2026-06-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Space Weather-driven Variations in Ly$α$ Absorption Signatures of Exoplanet Atmospheric Escape: MHD Simulations and the Case of AU Mic b
我们模拟了天文台b周围的空间环境和磁化恒星风与行星大气外流之间的相互作用，环境恒星风条件和日冕物质抛射（CME）条件。我们还计算了由于环境中的中性氢和逃逸的行星大气受这种相互作用的影响，合成的Ly $α$吸收。我们发现Ly的$α$吸收是高度可变的，由于高度变化的恒星风条件。在Ly $α$剖面中观察到强多普勒蓝移分量，这与在模拟本身中观察到的实际逃逸速度相矛盾。这一结果表明，强烈的多普勒蓝移可能归因于恒星风，而不是逃逸的中性大气，要么通过中性行星气体的平流，要么通过恒星风离子和行星中性分子之间的电荷交换产生快速中性流。事实上，我们的CME模拟表明，磁层物质从行星上强烈剥离，包括一些中性逃逸大气。我们的模拟显示，靠近的系外行星周围的压力并不比行星大气顶部的压力低多少，甚至可能更高。因此，中性大气以非常小的速度（$<15~km~s^{-1}$）流体动力地逃逸。此外，我们的模拟表明，磁流体处理是必不可少的，以正确地捕捉耦合磁化恒星风和逃逸的大气，尽管大气是中性的。在解释系外行星大气逃逸背景下的Ly $α$观测时，应考虑这种耦合。
2022-06-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
The MUSCLES Extension for Atmospheric Transmission Spectroscopy: Spectral energy distributions for 20 exoplanet host stars that JWST observed in Cycle 1
University of Colorado（科罗拉多大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Vanderbilt University（范德堡大学）；Hamburger Sternwarte（汉堡天文台）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Southwest Research Institute（西南研究院）
本文为JWST第一周期观测的20颗系外行星宿主恒星提供了光谱能量分布，分析了其紫外线辐射特征及大气逃逸可能性。
2026-01-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
The atmospheres of rocky exoplanets III. Using atmospheric spectra to constrain surface rock composition
本研究建立了岩石质系外行星大气光谱特征与地壳矿物成分的联系，通过自下而上的大气模型和理论凌星光谱，实现了仅凭光谱观测约束行星表面岩石成分。
2025-05-13 astro-ph.EP
The Impending Opacity Challenge in Exoplanet Atmospheric Characterization
随着新一代天文台在本十年内上线，表征系外行星大气的过程将需要重新发明。目前主要是在仪器方面，表征瓶颈将很快站在用于将光谱转换为大气特性的模型。我们的恒星和大气模型的局限性已经得到了强调。在这里，我们表明，目前用于解码系外行星光谱的不透明度模型的局限性传播到约0.5-1.0 dex的精度墙（即，3到10倍）的大气特性，这是一个数量级以上的精度目标由JWST周期1计划和所需的，例如，有意义的C/O比约束和生物特征识别。我们使用九种不同的不透明度模型进行敏感性分析，发现大多数的检索产生和谐的配合，由于补偿的形式>5 $σ$偏差的推导出的大气参数翻译在上述精度墙。我们提出了一个两层的方法来缓解这个问题，涉及一个新的检索程序和指导改进不透明的数据，其标准化和最佳传播。
2022-09-15 astro-ph.EP
EUV influences on exoplanet atmospheric stability and evolution
单靠行星的有效地面温度不足以描述系外行星的大气层及其稳定性或演化。将恒星-行星系统作为一个整体来考虑是必要的，该系统的一个关键组成部分是光致电离恒星极紫外辐射（EUV; 100-912 nm）。EUV光子通过热和非热过程驱动大气质量损失，并且精确计算行星能量预算中的EUV能量沉积是必不可少的，特别是对于陆地宜居带行星和近距离气态行星。对系外行星的主星进行直接的极紫外观测将需要一个新的专门观测站。仅凭$\textit{EUVE}$卫星的档案观测、模型和理论，不足以准确描述大多数系外行星宿主恒星的EUV光谱，尤其是低质量恒星。
2019-03-13 astro-ph.EP
Probing the geological setting of exoplanets through atmospheric analysis: using Mars as a test case
本研究通过观测火星反射光，利用高分辨率光谱和LSD技术分析CO2信号，验证了通过系外行星大气信号强度变化探测其地质背景的可行性。
2025-10-10 astro-ph.EP
Interpreting the atmospheric composition of exoplanets: sensitivity to planet formation assumptions
根据系外行星的大气成分限制行星形成是系外行星界的一个基本目标。现有的研究通常试图限制大气丰度，或者分析给定的行星形成描述预测的丰度模式。然而，也有迫切需要开发的方法，研究如何将大气成分转化为行星形成的推论。在这项研究中，我们总结了最先进的行星形成模型的复杂性和不确定性，以及它们如何影响行星大气成分。我们介绍了一种方法，探讨了不同的形成模型的假设解释大气成分时的效果。我们将这个框架应用于直接成像的行星HR 8799e。根据它的大气成分，这颗行星可能在形成过程中发生了显著的迁移。我们表明，包括化学演化的原行星盘导致迁移的需要减少。此外，我们发现卵石吸积可以重现行星的组成，但我们的一些测试设置导致大气金属丰度过低，即使考虑到蒸发卵石可能会丰富磁盘气体。我们的结论是，对于一个给定的行星，从大气丰度到行星形成的确定性反演可能具有挑战性，但对不同形成模型的影响的定性理解是可能的，为新的研究开辟了途径。
2022-04-28 astro-ph.EP
Atmospheric Dynamics of Hot Exoplanets
过去十年来，对系外行星大气层的定性已经成熟，因为天文技术现在允许测量日冕、化学丰度、温度分布和地图、旋转周期，甚至风速。大气动力学设定密度、温度和速度的背景状态，这些状态决定或影响系外行星大气的光谱和时间外观。热的系外行星最适合这些表征技术;在本综述中，我们专注于高辐射，大型系外行星（“热彗星”），因为天文数据开始面临理论问题。总结了从天文观测中推断的基本大气量。我们通过解决一系列当前问题来回顾最先进的技术，并通过考虑一组单独的探索性问题来展望未来。达到下一个层次的理解将需要共同努力，为基准对象构建多方面，多波长的数据集。了解云是一个巨大的障碍，因为它们将简并引入光谱的解释中，而它们的性质和存在直接受到大气动力学的影响。用这些多方面的、多波长的数据集来对抗大气环流模型将有助于我们理解这些和其他退化。未来十年将见证下一代天文数据的理论和模拟的决定性对抗。
2014-10-10 astro-ph.EP
Atmospheric mass loss and evolution of short-period exoplanets: the examples of CoRoT-7b and Kepler-10b
短周期系外行星在演化过程中可能会失去包层质量，因为它们的宿主恒星强烈的XUV辐射会导致大气逃逸。建立了一个大气质量损失计算和行星热演化计算相结合的模型，模拟了行星的演化过程，并探讨了行星形成历史对行星演化的影响。热大气逃逸以及罗氏瓣溢出有助于质量损失。最大初始行星模型质量主要取决于恒星XUV光度的假设演化模型。我们将模型应用于CoRoT-7 b和Kepler-10 b，以探索这两颗行星的演化以及这些行星的最大初始质量。我们考虑了最近对CoRoT-7的X射线观测，探讨了不同XUV演化模型对行星初始质量的影响。我们的计算表明，这两个热的超级地球可能是木星质量气体行星的残留物。
2013-06-05 astro-ph.EP
Atmospheric circulation of brown dwarfs and directly imaged exoplanets driven by cloud radiative feedback: global and equatorial dynamics
褐矮星和直接成像的系外行星展示了活跃的大气环流的观测证据，提出了关于驱动环流的机制，其基本性质和时间变化的关键问题。我们以前的工作证明了云辐射反馈驱动一个有力的大气环流使用本地模型，假设笛卡尔几何和常数科里奥利参数的关键作用。在这项研究中，我们探索的性质的全球动力学。我们表明，在模式底层相对较强的耗散下，中高纬度地区普遍存在水平各向同性涡旋，而在低纬度可观测层附近，大规模纬向传播波占主导地位。赤道波具有东向和西向相速度，并且具有几百m/s的典型速度的东向分量通常主导赤道时间变率。全球模拟的光变曲线显示出幅度从0.5%到几个百分点的变化，这取决于旋转周期和视角。模拟的光变曲线的时间演变是严重影响赤道波，显示波拍效应和差异的光变曲线周期性的内在旋转周期。云的垂直范围在赤道最大，随着纬度的增加，由于旋转的影响越来越大，云的垂直范围向极地减小。在较弱的底部耗散，强大和广泛的纬向急流发展和修改波传播和光变曲线的变化。我们的建模结果有助于解释令人费解的时间演变观察到的光变曲线，在IR比无线电波长的变化周期略短，和视角的变化幅度和IR颜色的依赖性。
2021-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exoplanet Interior Retrievals: core masses and metallicities from atmospheric abundances
提出基于最先进内部代码和贝叶斯框架的系外行星内部反演方法，利用质量、半径、平衡温度和大气金属丰度反演整体金属丰度和核质量，并应用于37颗JWST前巨行星样本。
2023-06-20 astro-ph.EP
A Review of Exoplanetary Biosignatures
我们回顾了该领域的系外行星的生物特征，主要集中在大气气相物种。由于缺乏类地行星大气的数据，一种常见的方法是从太阳系和早期地球的知识推断类地系外行星。因此，我们审查的主要过程（如大气光化学和传输）影响最常见的考虑物种（如O2，O3，N2O，CH4等）。在现代地球、早期地球、太阳系和类地系外行星的背景下。因此，我们认为这些物种在太阳系和更远的已知非生物来源。我们还讨论了与大气生物特征谱相关的可探测性问题，如谱带强度和独特性。最后，我们总结了当前航天局的路线图相关的生物特征科学在系外行星的背景下。
2017-10-11 astro-ph.EP
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
Signatures of impact-driven atmospheric loss in large ensembles of exoplanets
University of Florida（佛罗里达大学）；Vanderbilt University（范德堡大学）
本研究通过N体模拟比较撞击与光致蒸发驱动的大气逃逸，揭示了通过凌日多重性诊断大气逃逸机制的新途径。
2022-08-15 astro-ph.EP
Role of Planetary Radius on Atmospheric Escape of Rocky Exoplanets
本文通过三维磁流体动力学模拟发现，无磁岩质系外行星的大气离子逃逸率随行星半径呈非单调变化，并在约0.7倍地球半径处达到峰值，该结果可为未来系外行星大气观测提供指导。
2024-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Bridging the Atmospheric Circulations of Hot and Warm Giant Exoplanets
本文对潮汐锁定的热态与暖态巨系外行星KELT-11b和WASP-39b进行高分辨率大气流动模拟，发现尽管两者平衡温度不同但动力学状态相似，均呈现定性相似的大气环流模式，定量差异源于Rossby变形尺度不同。
2025-05-02 astro-ph.EP
A procedure for observing rocky exoplanets to maximize the likelihood that atmospheric oxygen will be a biosignature
在这里，我们提倡一种观测策略，以帮助优先考虑系外行星观测。它从更容易获得的观测数据开始，并根据避免氧气是假阳性甚至是不确定的生命特征的行星的可能性，对系外行星进行更困难的后续观测。我们发现，氧气是一个强大的生物特征，土地和地表水必须存在。没有陆地的系外行星的地球化学循环要慢得多，因此，虽然这些行星上可能存在光合作用的产氧生命，但它不能以与非生物速率（如光解）竞争的速率产生氧气。这些适合居住的行星，其生命将无法检测到，应该避免。
2018-01-22 astro-ph.EP
POSEIDON: A Multidimensional Atmospheric Retrieval Code for Exoplanet Spectra
本文介绍开源的 POSEIDON 辐射传输与贝叶斯大气反演 Python 软件包，支持多维系外行星光谱建模，并提供正演与反演教程。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Spin evolution of Earth-sized exoplanets, including atmospheric tides and core-mantle friction
质量在0.1 - 10 M地球之间的行星被认为拥有稠密的大气层。这些大气层在行星的自转演化中扮演着重要的角色，因为由主星驱动的热大气潮汐可能会抵消引力潮汐。在这项工作中，我们研究了地球大小的系外行星的长期自旋演化。我们推广了以前的工作，包括偏心轨道和双折射的影响。我们发现，在潮汐和核幔摩擦的影响下，行星的倾斜度演化为0或180度。这些行星的自转也会演化成数量非常有限的平衡构型。一般来说，这些平衡都与轨道平均运动不同步。热大气潮汐的作用对于地球大小的行星在其系统的宜居带中变得更加重要，因此当我们寻找其潜在的可居住性时，它们不能被忽视。
2014-08-04 astro-ph.EP
Tracing the Winds: A Uniform Interpretation of Helium Escape in Exoplanets from Archival Spectroscopic Observations
本研究利用p-winds模型统一分析档案氦三重态光谱数据，揭示系外行星大气逃逸受XUV通量与密度比控制，并约束光蒸发效率，为行星演化提供新见解。
2025-01-21 astro-ph.EP
A mirage of the cosmic shoreline: Venus-like clouds as a statistical false positive for exoplanet atmospheric erosion
JWST对类金星大气的近期研究有望推进我们对类地行星演化的认识。然而，对太阳系中金星的远程研究和正在进行的描述气态系外行星特征的努力都表明，高空气溶胶可能会限制对低层大气的观测研究，并可能使将系外行星识别为“类金星”变得具有挑战性。为了支持JWST外金星表征的实用方法，我们使用金星大气模型与七个TRAPPIST-1系外行星的自洽云形成来研究可以使用透射和发射光谱探测的大气深度。我们发现，JWST/MIRI LRS二次日食发射光谱在6 $μ$ m的不透明窗口可以探测至少一个数量级更深的压力比透射光谱，可能允许访问的两个热的最内层TRAPPIST-1行星的云下大气。此外，我们还发现了硫酸气溶胶的两个干扰效应，这可能对用透射光谱表征类地系外行星具有重要意义：（1）在产生观测光谱连续体时，云顶和固体表面之间存在模糊性;（2）云的形成区域沿半长轴高度下降，导致可观测云顶压力随恒星日照减少而增加。总之，这些影响可能会产生一种趋势，即在较低的恒星日照下观察到较厚的大气层-一个令人信服的大气逃逸假阳性和一个经验性的“宇宙海岸线”。然而，发展观测和理论技术来识别金星类系外行星，并将它们与恒星风吹世界区分开来，将使陆地比较行星学这一新兴领域取得进展。
2019-11-20 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation of Terrestrial Exoplanets
对其他恒星周围行星的研究始于对气态巨星的研究，但现在正在扩展到超级地球和类地行星的发现和表征。基于这一观测潮，我们探讨了类地系外行星大气环流的基本动力学原理，并讨论了类地系外行星大气环流与水文循环和全球尺度气候反馈的相互作用。类地系外行星占据了广泛的物理和动力学条件，其中只有一小部分尚未被详细探索。我们的方法是列出控制类地行星上大气环流的基本动力学原理--广义的--并展示它们如何为理解这些世界的大气行为提供基础。我们首先调查基本的大气动力学，包括地转的作用，斜压不稳定性，并在强旋转制度（“外热带”）和哈德利环流的作用，波调整的热结构，并在缓慢旋转制度（“热带”）的赤道超旋转的趋势。然后，我们调查水文循环的关键要素，包括控制降水，湿度和云量的因素。接下来，我们总结了环流影响全球平均气候的关键机制，从而影响行星的可居住性。特别是，我们讨论了失控的温室效应，过渡到雪球状态，大气崩溃，以及大气环流和CO2风化率之间的联系。最后，我们总结了未来这一新兴领域的关键问题和挑战。
2013-06-11 astro-ph.EP
Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-twin Exoplanet
该研究将地球视作系外行星，结合经验热光谱与LIFE噪声模拟观测并开展大气反演，评估其识别温态宜居及生命指示信号的能力。
2024-05-13 astro-ph.EP
Exoplanet Atmospheric Escape Observations with the Habitable Worlds Observatory
本文利用宜居世界观测站的紫外能力，通过凌星光谱法观测系外行星大气逃逸，以研究行星演化并识别类地行星，支持开发中高分辨率紫外光谱仪。
2025-07-08 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
The Precision of Mass Measurements Required for Robust Atmospheric Characterization of Transiting Exoplanets
TESS的两个主要科学目标是测量50颗小于4个地球半径的行星的质量，并发现高质量的大气特征目标。重要的是，这两个目标是通过量化质量约束的精度需要产生强大的行星大气特性。在这里，我们解决这个问题进行检索模拟JWST传输光谱的不确定性程度的行星的质量为代表的人口从地球到温暖的海王星热彗星的各种假设下。只有对于无云、低金属含量的气体巨星，我们才能仅从透射光谱推断系外行星的质量，准确率约为10%。对于低金属量的情况（<4xSolar），我们能够准确地限制大气特性，而无需事先知道行星的质量。对于所有其他情况（包括类地行星），大气性质只能以优于~ 50%的质量精度来推断。然而，在这个水平上，大气属性的后验分布的宽度由质量的不确定性决定。后验分布的宽度由光谱数据质量决定，精度约为20%。因此，作为经验法则，我们建议：初始大气特性的质量精度约为50%，更详细的大气分析的质量精度约为20%。
2019-09-30 astro-ph.EP
ExoGAN: Retrieving Exoplanetary Atmospheres Using Deep Convolutional Generative Adversarial Networks
系外行星的大气反演通常涉及计算密集型贝叶斯采样方法。大的参数空间和日益复杂的大气模型造成了计算瓶颈，迫使在统计采样精度和模型复杂性之间进行权衡。这对于即将到来的JWST和ARIEL观测尤其如此。我们介绍ExoGAN，即系外行星生成对抗网络，这是一种新的深度学习算法，能够使用无监督学习识别分子特征，大气痕量气体丰度和行星参数。一旦经过培训，ExoGAN可广泛应用于大量仪器和行星类型。ExoGAN检索比传统检索速度有了显著提高，既可用作最终大气分析，也可为后续检索提供事先约束。
2018-10-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Space Environment and Atmospheric Joule Heating of the Habitable Zone Exoplanet TOI700-d
本文利用一套恒星日冕和恒星风、行星磁层和行星电离层的数值模型，研究了地球大小的行星TOI~700~d附近的空间环境条件。我们使用缩小的恒星输入和放大的太阳输入来驱动我们的模拟，以获得两个独立的解决方案。我们发现，对于我们研究中使用的特定参数，行星附近的恒星风条件不是很极端--就恒星风冲压压力和行星际磁场强度而言，略强于地球附近。因此，假设行星与地球相似，TOI 700-d附近的空间环境对行星大气可能不会造成极大的危害。然而，我们强调，恒星输入参数和实际的行星参数是不受约束的，不同的参数可能会导致更大的影响TOI 700-d的大气。最后，我们将我们的结果与太阳系中的太阳风测量结果进行了比较，并强调适度的恒星风条件可能无法保证系外行星的大气滞留。
2020-05-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Aura-3D: A Three-dimensional Atmospheric Retrieval Framework for Exoplanet Transmission Spectra
大气检索的系外行星传输光谱允许的昼夜终结者区域的组成和结构的限制。在过去，这种检索通常假设一维温度结构，足以解释现存的观测。然而，越来越多的数据质量预期从系外行星光谱与JWST激励多维大气检索的考虑。我们提出了AURA-3D，系外行星传输光谱的三维大气检索框架。AURA-3D包括一个前向模型，能够快速计算给定大气结构的三维几何结构中的透射谱，因此可以用于大气反演以及计算大气环流模型（GCM）的光谱。为了有效地探索空间的可能的三维温度结构的检索，我们开发了一个参数化的三维压力-温度分布，它可以准确地表示方位角平均温度结构的热木星GCM的范围。我们应用我们的检索框架模拟JWST观测热木星透射光谱，获得准确的估计昼夜温度变化的整个终结者以及化学物种的丰度。我们展示了一个例子的模型热木星透射光谱，传统的一维检索JWST质量的数据返回有偏见的丰度估计，而检索，包括昼夜温度梯度可以准确地检索到真正的丰度。我们的正演模型也有能力，包括不均匀的化学以及可变的云/雾。这个新的检索框架打开了领域，详细的多维大气特性使用传输光谱的系外行星在JWST时代。
2022-08-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reflected spectroscopy of small exoplanets I: determining the atmospheric composition of sub-Neptunes planets
从太空对相距甚远的系外行星直接成像将获得它们的反射光谱并测量它们的大气特性，小型和温带行星将成为下一代望远镜的重点。在这项工作中，我们使用我们的贝叶斯检索算法ExoReL $^{\Re}$，以确定对亚海王星行星的大气性质的约束，从观测与HabEx一样的望远镜。小行星和温带行星可能有一个非H $_2$主导的大气，因此，我们在我们的框架中引入了成分分析技术来探索散装大气化学成分没有任何先验知识。我们比较了该框架与平坦先验和新颖先验的性能，并报告了使用新颖先验集时的更好性能。我们发现，反演算法不仅可以识别大气中的主导气体，但也约束其他不太丰富的气体具有高的统计置信度，没有任何先验信息的组成。这里提出的结果表明，反射光谱可以表征具有不同大气成分的小型系外行星。今后系外行星直接成像实验的仪器设计和观测方案设计应采用贝叶斯框架。
2021-09-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Atmospheric Refraction Effects in the Kepler Sample
本文利用开普勒光变曲线分箱技术探测系外行星大气折射效应，发现周期-半径谷上方的行星存在折射证据，但光学薄H/He大气并不常见，可能因云霾衰减所致。
2025-07-02 astro-ph.EP
A test of the Dedalus software for exoplanet atmospheric dynamics
Kapteyn Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦研究所）；Martin A. Fisher School of Physics, Brandeis University（布兰代斯大学马丁·A·费舍尔物理学院）
本文测试了Dedalus3软件在系外行星大气动力学中的应用，通过喷流不稳定性测试和木星喷流演化分析，验证了其在行星流动研究中的有效性。
2026-03-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
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
Atmospheric Circulation and Thermal Phase-Curve Offset of Tidally and Non-Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
利用一个理想化的大气环流模式，我们研究了类地类地行星在各种轨道构型下的大气环流。我们放松的共同假设的行星被潮汐锁定，并期待在大气动力学的作用，可以在所观察到的热相位曲线时，亚恒星点是不稳定的。在缓慢旋转的行星中，移动的强迫可以在对流层上层引起强烈的喷流，无论是逆行还是逆行，对周日强迫的速度和方向都很敏感。我们发现，与以前的浅水模型实验相一致，热相位曲线偏移是敏感的亚恒星点移动的速度在行星表面。对于一颗轨道周期已知的行星，结果表明，观测到的热点可能位于亚恒星点的东边或西边，这取决于行星是否被潮汐锁定。
2018-07-16 astro-ph.EP
