Simulated Direct Imaging Detection of Water Vapor For Exo-Earths
可居住的行星通常被定义为能够维持表面液态水的类地行星。因此，大气中的水蒸气可以成为可居住性的关键指标。因此，以适居性为主题的系外行星调查强调探测目标的水蒸气特征。最近研究了利用反射光对系外行星直接成像的各种概念飞行任务，包括HabEx和LUVOIR概念。在这里，重要的是要了解如何在反射光直接成像-再加上中等分辨率的光谱学-可以用来检测各种水蒸气量在类地行星大气。为了研究类地系外行星的水蒸气检测，我们在水蒸气柱质量的网格上生成反射光谱，并使用仪器模型来探索在可见光或近红外波长处进行光谱特征检测所需的积分时间。低分辨率的近红外光谱通常是最佳的检测水蒸气在大气中的类地系外行星时，使用反射光直接成像。这适用于干燥或寒冷的类地行星，其大气层中含有相对较少的水蒸气。大气中富含水蒸气，例如行星经历潮湿或失控的温室，可以在可见光波段有效地检测到水蒸气。了解系外行星的大小、温度和相对于宜居带的位置等细节有助于确定大气特征的适当波长范围。总的来说，对类地系外行星的水蒸气探测对于未来的直接成像任务来说是相当可行的。
2019-12-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exo-Earth/Super-Earth Yield of JWST plus a Starshade External Occulter
我们研究的科学可行性的成像任务，以找到外地球结合詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）与一个遮光罩外部掩星器下一组现实的天体物理假设。我们将系外地球定义为在太阳型恒星的宜居带（HZ）中运行的1到10个地球质量的行星。我们表明，对于依赖于单个图像来检测外地球的调查策略，大约有一半的外地球检测将是假警报。在这里，一个错误的警报是一个错误的识别行星作为一个系外地球。我们考虑两个调查策略，旨在减轻误报问题。首先是要求对每一个潜在的地外行星进行足够数量的探测以测量轨道。当轨道已知时，我们可以确定行星是否在宜居带。通过这种策略，我们发现，当η_Earth = 0.1，0.2和0.3时，发现的系外地球的数量平均为0.9，1.9和2.7。在这里，η_Earth是绕太阳型恒星运行的系外地球的频率。当η_Earth = 0.1时，有约40%的概率发现零个外地球。如果空间天体测量任务已经确定并测量了围绕附近恒星运行的行星的轨道和质量，则可以采用第二种策略。我们发现，与以前的空间为基础的天体测量，从60个附近的恒星的调查，JWST加上外部掩星可以获得轨道解决方案的大多数（70%至80%）的外地球绕这60颗恒星。在没有事先进行天体测量的情况下，系外地球的产额大约是JWST加掩星任务产额的五倍。在先前的天体测量中，对于η_Earth = 0.1的情况，成像任务将发现零个系外地球的概率降低到1%以下。
2010-11-18 astro-ph.EP
Effect of multiple scattering on the Transmission spectra and the Polarization phase curves for Earth-like Exoplanets
这是最合适的时间来描述类地系外行星，以检测地球以外的生物特征，因为这样的系外行星将是大预算的任务，如JWST，罗马太空望远镜，HabEx，LUVOIR，TMT，ELT等的主要目标。我们提供了模型的传输光谱的类地系外行星的多重散射的影响。为了这个目的，我们数值求解完整的多次散射辐射转移方程，而不是使用不包括由于散射的漫辐射的Beer-Bouguer-Lambert定律。我们的模型表明，这种漫透射辐射的影响可以是观测上显着的，特别是在云的存在。我们还计算了类地系外行星的反射光谱和偏振相位曲线，同时考虑无云和多云的大气。数值求解了三维矢量辐射转移方程组，通过选择合适的散射相位矩阵，并沿视线方向对圆盘受照部分的局部Stokes矢量进行积分，计算了圆盘积分偏振和圆盘积分偏振的相位曲线。我们提出了全球平均表面反射光谱和相位曲线的影响，因为这些行星的表面特征是已知的显着决定这些观测量的性质。光谱和相位曲线的协同观测将被证明是有用的，在提取更多的信息和减少退化的估计参数的类地系外行星。因此，我们的模型将在推动未来的观测中发挥关键作用。
2023-01-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exomoons & Exorings with the Habitable Worlds Observatory I: On the Detection of Earth-Moon Analog Shadows & Eclipses
本文研究宜居世界天文台对地月类似物互食事件的探测能力，发现10秒差距内可通过2-20次事件探测地月类似物，并指出近红外1.4微米水带有助于区分系外卫星信号与行星变率。
2024-05-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Habitable Exo-Moons
我们讨论了筛选大气层的可居住性的外卫星的可能性。我们专注于太阳系外巨行星（EGP）的类地卫星，它们在其宿主恒星的宜居带中运行。最近，开普勒任务或使用凌日持续时间观测的等效测光表明，在宜居带中EGP的外卫星可探测性是可行的。使用地球本身作为一个代理，我们显示的潜力和限制的光谱检测生物标志物的类地系外卫星，并讨论潮汐锁定这种潜在的栖息地的影响。外卫星的透射光谱是在不久的将来筛选它们的可居住性的一个独特的潜在工具。
2010-03-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Colors of extreme exo-Earth environments
对太阳系外行星的搜索已经发现了岩石行星和几个行星候选者，这些行星的最小质量与其宿主恒星宜居带中的岩石行星一致。一颗系外行星的低分辨率光谱，以彩色图的形式出现，很可能是直接探测情况下首先要测量的探测后数量之一。在本文中，我们探索了岩石系外行星上潜在的可检测表面特征，以及它们与地球上已知的极端微生物栖息地的联系和重要性。极端微生物为我们提供了地球上生命的最小已知环境极限。行星的颜色揭示了其性质的信息，特别是具有清晰大气层的岩石行星的表面特征。我们使用可见光波段的滤光光度法作为岩石系外行星表征的第一步，以优先考虑后续光谱学的目标。地球上的许多表面环境都有特征性的反射，并在可见光波段（0.4-0.9微米）占据不同的颜色空间，可以远程区分。这些可检测的表面特征可以与支持地球上极端微生物的极端生态位联系起来，并在地质微生物学和观测天文学之间提供联系。本文探讨了如何过滤光度学可以作为表征类地系外行星的有氧和厌氧大气的第一步，从而优先考虑搜索大气生物特征的目标。关键词：颜色-颜色，适居性，太阳系外类地行星，极端环境，极端微生物，反射率。
2015-07-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Pursuing Truth: Improving Retrievals on Mid-Infrared Exo-Earth Spectra with Physically Motivated Water Abundance Profiles and Cloud Models
本文研究垂直恒定水丰度和无云假设对系外地球光谱反演的影响，发现采用物理驱动的水廓线与云模型可显著改善LIFE观测下的行星半径、温压结构及关键分子丰度估计，并使CH₄生物标志物探测更可靠。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reflected spectroscopy of small exoplanets II: characterization of terrestrial exoplanets
能够进行高对比度成像的太空望远镜被认为是寻找类太阳恒星周围的类地行星并确定其潜在可居住性的途径。因此，量化反射光谱的能力是至关重要的，通过直接成像的类地系外行星，现有的工作集中在现代地球的行星类似物。在这里，我们超越了地球的类似物，并使用贝叶斯检索算法ExoReL $^\Re$，以确定我们可以从它们的反射光谱中了解到什么。认识到类地系外行星的潜在多样性，我们的重点是区分大气场景没有任何先验知识的主导气体。我们发现，虽然光学波段（$0.4-1.0\ μ$ m）的中等分辨率光谱可能足以表征现代地球模拟，但它可能会导致对类似太古代地球或具有CO $_2$主导大气的行星的错误解释。包括近红外波段（$1.0-1.8\ μ$ m）的观测可以防止这种误差，确定大气的主要成分（N $_2$、O $_2$或CO $_2$），并量化痕量气体（H $_2$ O、O $_3$和CH $_4$）。这些结果对确定未来系外行星直接成像任务的科学要求、设计波段带宽和观测方案具有参考价值。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Photometric Variability in Earthshine Observations
太阳系外行星是否与地球相似，将取决于对大气特征或表面不均匀性的探测。为了研究太阳系外的一颗原型类地行星，本文给出了地球的空间分辨光通量曲线。我们对地照光度变化的监测显示，由于从月球的视野中去除了镜面反射，地球散射光在600 nm左右的亮度每小时变化高达23%。这种变化伴随着光谱的变红，是印度洋和非洲东海岸之间大陆边界表面特性变化的结果。我们基于地照监测的结果表明，镜面反射应该提供一个有用的工具，通过光度观测确定太阳系外行星上是否存在液态水。
2009-04-06 astro-ph.EP
Prospecting for exo-Earths in multiple planet systems with a gas giant
在这项工作中，我们在目前已知的系外行星种群中寻找找到系外地球的最佳位置。虽然目前还不清楚木星是否对创造适合居住的地球发展的环境产生了有益或有害的影响，但我们专注于51个多行星系统，这些系统至少有一个类似木星的行星，并旨在确定哪些是托管系外地球的好候选者。我们进行了一系列的数值模拟，以确定动态稳定的区域的宜居带的多个系外行星系统能够容纳一个地球质量的行星。我们产生了一个候选名单的16个系统，可以在其宜居带，这样一个稳定的系外地球，并为其中诱导径向速度信号的一个假设的一个，两个或四个地球质量的行星在主恒星将可检测到的ESTERO光谱仪。我们发现，虽然与大质量行星最接近的宜居带的引力相互作用是至关重要的，在确定稳定性，多个行星之间的长期共振相互作用也可以有一个戏剧性的影响整体稳定的宜居带。
2018-09-11 astro-ph.EP
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE): III. Spectral resolution, wavelength range and sensitivity requirements based on atmospheric retrieval analyses of an exo-Earth
温带类地系外行星可能是常见的天体，但它们的发现和表征非常具有挑战性。正在研究克服这些挑战的优化空间飞行任务的概念。LIFE倡议侧重于开发天基中红外调零干涉仪，探测大量系外行星的热辐射。我们得出的信号噪声比（S/N），光谱分辨率（R），和波长的LIFE要求的第一个估计。使用地球孪生系外行星作为参考案例，我们量化如何以及行星/大气属性可以约束不同质量的MIR光谱。我们模拟的生命观测的地球双胞胎绕着一个G2 V恒星在10 pc的太阳与不同水平的exozodiacal尘埃排放。我们结合了一个无云的一维辐射传输模式和嵌套采样算法，从不同的波长覆盖范围，R，和S/N的输入光谱反演行星/大气的属性。我们发现，如果S/N $\geq$ 10（不确定度$\leq\pm1.0$ dex），H2O、CO2和O3是可检测的。我们发现上限N2 O（丰度$\leq10^{-3}$）。CO、N2和O2在所有情况下均不受约束。CH 4检测限为R $= 50$，S/N $=10$。我们进一步正确地确定了系外行星的半径（不确定度$\leq\pm10\%$），表面温度（不确定度$\leq\pm20$ K）和表面压力（不确定度$\leq\pm0.5$ dex）。采用当前的LIFE设计，达到规定的S/N所需的观测时间为$\sim7$周，孔径为4x 2米。我们得出结论，需要$4-18.5μ$ m的最小波长覆盖，R为50，S/…
2022-03-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Atmospheres of Transiting Earth-like Exoplanets Orbiting M Dwarfs with James Webb Space Telescope
最近在附近的几颗M矮星周围发现了一些过境的、可能适合地球居住的系外行星。这些世界代表了即将到来的美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的大气特征的重要目标。由于用于系外行星表征的可用时间有限，因此在试图探测围绕冷恒星运行的潜在类地世界的大气成分时，首先了解JWST的能力和局限性至关重要。在这里，我们探索耦合的气候化学大气模型的类地行星绕网格的M矮主机。使用新开发和验证的JWST仪器模型-JWST系外行星过境模拟器（JETS）-我们研究了各种相关仪器和观测模式的关键生物特征和可居住性指标气体物种的可检测性。考虑了光谱分辨探测情景以及特定物种的光谱影响在仪器/模式的整个范围内综合的情况，并强调了考虑在整个可观测光谱范围内获得的信息的重要性。当考虑到仪器/模式的整个光谱覆盖范围时，对于系统距离高达10-15 pc的无云类地世界，如果观测几十次凌日（或更少），就可以达到信噪比5的甲烷、二氧化碳、氧气和水的探测。当与以前的结果相比，气体物种检测所需的曝光时间取决于方法，以量化的光谱影响的物种，以及基本的光化学模型假设。因此，JWST对大气丰度的限制，即使只是上限，也有可能促进我们对陆地大气化学的理解。
2021-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Colors of a Second Earth: Estimating the fractional areas of ocean, land, and vegetation of Earth-like exoplanets
通过散射光表征岩石系外行星的表面将是调查可居住系外行星上生命存在的一个重要挑战。我们提出了一个简单的重建方法，从光度变化，或颜色，第二个地球的不同表面类型的分数区域。我们使用经验数据为没有云的地球创建模拟光变曲线。然后将这些光变曲线拟合到由海洋、土壤、雪和植被4种表面类型组成的各向同性散射模型。在理想情况下，光度误差只是光子散粒噪声，我们能够相当好地再现这些组件的分数区域。我们甚至能够从地球上光合作用的独特特征中检测到植被的特征，即红边。在我们的重建方法中，由于大气的瑞利散射具有重要的影响，并且对于具有与我们地球相似的大气的类地系外行星，可以同时估计海洋和大气的存在。
2010-05-11 astro-ph.EP
Global Mapping of Surface Composition on an Exo-Earth Using Sparse Modeling
通过未来的直接成像从系外行星反射的光的时间序列可以提供关于行星表面的空间信息。我们应用稀疏建模的检索方法，解开的空间和光谱信息从多波段反射光变曲线称为自旋轨道解混。我们使用$\ell_1$ -范数和总方差范数作为表面分布的正则化项。将我们的技术应用到一个无云地球的玩具模型中，我们表明，我们的方法可以在没有行星表面先验知识的情况下推断稀疏和连续的表面分布以及未混合的光谱。我们还将该技术应用于DSCOVR/EPIC观测到的真实地球数据。我们确定了可以解释为云和海洋的代表性组件。此外，我们发现了两个类似于土地分布的组成部分。其中一个组件捕捉撒哈拉沙漠，另一个大致对应于植被，尽管它们的光谱仍然被云污染。稀疏建模显着提高了地理检索，特别是云，并导致更高的分辨率为其他组件相比，使用吉洪诺夫正则化的自旋轨道解混。
2022-04-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earthś Mass Variability
由于地球质量的变化而引起的地球扰动，作为天体引力和地球形状的额外原因。地球在绕太阳运行的过程中，从太空中摄取和收集物质，并将物质损失或弹射到太空中。全球海平面上升的根源并不局限于全球变暖和冰山，而太空是海平面上升的另一个重要根源。地球以未知的机制从太空中吸收水。在11月，即凌日远地点前两个月，地球质量变大，在2月，即凌日远地点后两个月，地球质量变小。
2014-02-12 astro-ph.EP physics.gen-ph
Global Mapping of an Exo-Earth using Sparse Modeling
我们开发了一种新的检索方案，从散射光变曲线获得系外行星的二维表面地图。在我们的方案中，L1范数和总平方变分，这是稀疏建模中使用的技术之一，相结合，采用找到最佳的地图。我们应用新的方法来模拟地球的散射光变曲线，并发现新的方法提供了一个更好的空间分辨率的重建地图比那些使用Tikhonov正则化。我们还将新方法应用于Fan等人（2019）在为期两年的DSCOVR/EPIC观测中获得的地球散射光变曲线。Tikhonov正则化的方法使我们能够解决北美，非洲，欧亚大陆和南极洲。除此之外，稀疏模型还识别了南美洲和澳大利亚，尽管可能由于极地观测权重较低而未能找到南极洲。此外，所提出的方法是能够检索地图从噪声注入光变曲线的一个假设的类地系外行星在5 pc的噪声水平预期从日冕图像从8米望远镜。我们发现，稀疏模型解决了澳大利亚，非洲-欧亚大陆，北美和南美使用2年的观测时间间隔为一个月。我们的研究表明，稀疏建模和每月1天或5天的多历元观测相结合，可用于确定未来的直接成像任务，如大型紫外/光学/红外探测器（LUVOIR）的地球模拟的主要特征。
2020-04-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Transits of Earth-Like Planets
类地系外行星的透射光谱是一种潜在的适居性筛选工具。凌日行星是当今理解太阳系外行星的“罗塞塔石”，因为它们提供了描述巨行星大气的可能性，并且一旦被探测到，应该可以获得类地系外行星大气中的生物标志物。使用地球本身作为一个代理，我们展示了过境技术的潜力和局限性，以检测地球类似的系外行星过境的生物标志物。我们量化的地球的横截面作为波长的函数，并显示每个大气物种，气溶胶，和瑞利散射的影响。云对这幅图像没有显著影响，因为气溶胶和瑞利损失造成的低层大气不透明度超过云损失。我们计算的光谱特征的最佳信噪比的主要日食光谱的类地系外行星周围的类日恒星和M星，在太空中的6.5米望远镜。我们发现，所有重要的光谱特征的信号噪声值的顺序上的单位或更少的每个过境-除了最近的恒星-使得它很难检测到这样的功能，在一个单一的过境，这意味着共同添加的许多过境将是必不可少的。
2009-04-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Multivariate Statistical Analysis of Exoplanet Habitability: Detection Bias and Earth Analog Identification
本研究对517颗系外行星进行多元统计分析，发现仅0.6%满足宜居标准，地球为统计离群值，并识别出开普勒-22b为地球类似体，证实探测偏差并量化类地行星的稀有性。
2025-06-22 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
Earth as an Exoplanet: A Two-dimensional Alien Map
从单点光变曲线中解析空间变化的系外行星特征对于确定类地行星是否具有影响可居住性的地质特征和/或气候系统至关重要。为了评估这种空间特征解决问题的可行性和要求，我们提出了一个分析的多波长单点光变曲线的地球，它扮演着代理系外行星的角色。在这里，在两年的时间内收集的~ 10，000 DSCOVR/EPIC帧在地球的磁盘上集成，以产生光谱相关的点源，并使用奇异值分解进行分析。我们发现，在两个主要的主成分（PC），第二PC包含的表面相关的功能的行星，而第一PC主要包括云的信息。我们提出了第一个二维（2D）的地球表面地图重建的光变曲线观测没有任何假设的光谱特性。这项研究是未来重建类地系外行星表面特征的基线。
2019-08-12 astro-ph.EP
Two nearby sub-Earth-sized exoplanet candidates in the GJ 436 system
我们报告了对UCF-1.01的探测，这是一颗半径为地球（R_{\oplus}）0.66 +/- 0.04倍的强系外行星候选者。这颗次地球大小的行星以1.365862 +/-8x 10 ^{-6}天的周期穿过附近的M矮星GJ 436。我们还报告了一个0.65 +/- 0.06 R_{\oplus}系外行星候选者（标记为UCF-1.02）以不确定的周期绕同一颗恒星运行的证据。使用斯皮策太空望远镜，我们测量行星在其母星前面经过时的光线变暗，以评估它们的大小和轨道参数。如果得到确认，UCF-1.01和UCF-1.02将分别被称为GJ 436 c和GJ 436 d，并将成为开普勒视野之外的第一个多凌日行星系统的一部分。假设类地行星的密度为5.515 g/cm ^3，我们预测两个候选行星的质量相似（约为0.28地球质量，M_{\oplus}，2.6火星质量），表面重力约为0.65 g（g是地球上的重力）。UCF-1.01的平衡温度（T_{eq}，其中发射和吸收的辐射平衡为等效黑体）为860 K，使得该行星不太可能像地球上那样拥有生命。它的弱引力场和与主星的近距离意味着UCF-1.01不太可能保留其原始大气;然而，如果最近的撞击或潮汐加热将挥发物提供给表面，则可能存在瞬态大气。我们还介绍了GJ 436 b在二次日食期间的其他观测结果。3.6微米的光变曲线显示了恒星活动的迹象，使得可靠的二次日食测…
2012-07-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earth as an Exoplanet
地球是已知的唯一有生命存在的行星，因此，在太阳系以外寻找可居住和有人居住的行星通常集中在我们星球的类似物上。然而，地球的大气层和地表环境在过去45亿年中发生了巨大的变化。对我们星球的原位地质和地球化学建模研究相结合，提供了对环境的一瞥，虽然在技术上属于我们的地球，但似乎是外星世界。对于现代地球，地面设施，卫星和航天器的观测已经产生了丰富的数据，可用于在系外行星表征的背景下有效地观察我们的星球。然后，将行星和系外行星遥感技术应用于这些数据集，就能够开发探测其他世界上可居住性和生命特征的方法。此外，一系列模型已被用于模拟遥远地球的类外行星数据集，从而提供的见解往往是对现有观测的补充。了解地球可居住和有人居住的无数方式，再加上在遥远的地球上磨练的遥感方法，为识别其他行星系中潜在的生命环境提供了关键指南。
2019-10-16 astro-ph.EP
Magnetic Fields in Earth-like Exoplanets and Implications for Habitability around M-dwarfs
我们使用Olson & Christiansen（2006）标度律并假设其内部结构与地球相似，对类地系外行星的偶极磁矩进行了估计。我们发现，快速旋转的行星（其中科里奥利力占主导地位的核心对流）的偶极矩，可能高达约80倍的地球的磁矩，M_地球，至少部分的行星的寿命。对于非常缓慢旋转的行星（惯性力占主导地位），偶极磁矩仅达到~1.5 M_地球。将我们的计算应用于目前确认的岩石系外行星，我们发现CoRoT-7 b，Kepler-10 b和55 Cnc e分别可以维持高达~ 18，15和13 M_Earth的发电机。我们的结果还表明，岩石系外行星的磁矩不仅取决于它们的自转速率，而且还取决于它们的形成历史、热状态、年龄和成分，以及磁场的几何形状。这些结果适用于所有岩石行星，但对于M矮星宜居带中的系外行星的特殊情况具有重要意义。
2011-07-14 astro-ph.EP
The Mass-Radius Relation for 65 Exoplanets Smaller than 4 Earth Radii
我们研究了65颗轨道周期小于100天的小于4个地球半径的系外行星的质量和半径。我们计算的加权平均密度的行星箱的0.5地球半径，并确定在1.4地球半径的密度最大值为7.6克/立方厘米。半径达到R = 1.5地球半径的行星密度随着半径的增加而增加。在1.5个地球半径以上，行星密度随着半径的增加而迅速下降，这表明这些行星有很大一部分体积的挥发物覆盖在岩石核心上。包括太阳系的类地行星和半径小于1.5的系外行星，当R < 1.5时，我们发现ρ= 2.43 + 3.39（R/R_E）g cm^-3，这与岩石成分一致。对于半径在1.5到4倍地球半径之间的系外行星，我们发现M/M_E = 2.69（R/R_E）^0.93。在1.5和4个地球半径之间拟合的行星质量的RMS为4.3 M_E，约化χ^2 = 6.2。大的分散表明在给定半径的行星组成的多样性。成分的多样性可能是由于行星的体积（由它们的大氢/氦包层决定）包含不同质量或成分的岩石核心。
2014-02-15 astro-ph.EP
Spectra of Earth-like exoplanets with different rotation periods
本文通过大气环流模式和SBDART程序计算不同自转周期的类地行星光谱，发现自转周期引起的光谱差异与观测角度变化相当，并指出9.4-10微米臭氧波段对判断系外行星宜居性具有重要意义。
2025-09-23 astro-ph.EP
Earth Similarity Index and Habitability Studies of Exoplanets
对系外行星的研究一直是天文学家、行星科学家和天体生物学家的兴趣所在。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在寻找一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟，并寻找潜在的可居住性。地球相似性指数（ESI）的定义是寻找与地球的相似性，其范围从1（地球）到0（与地球完全不相似）。ESI可以用行星的四个物理参数来计算，即半径、密度、逃逸速度和地面温度。进入ESI表面的地面温度是一个不可观测的量，我们所知道的只是系外行星的平衡温度。我们已经建立了一个表面和平衡温度之间的关系，使用的数据，太阳系天体，以解决在确定地面温度的困难。从ESI分析中，我们发现了20颗ESI值高于0.8的类地系外行星，这是设定的阈值。我们还对类火星行星感兴趣，以寻找可能存在极端生命的行星。例如，甲烷特有的极端微生物生命形式代谢，为此引入了一种新的方法，称为火星相似性指数（MSI）。MSI被定义在1（现在的火星）和0（与现在的火星不同）之间，并使用与ESI相同的物理参数。介绍了另一种研究系外行星潜在可居住性的新方法--多参数柯布-道格拉斯函数。这并没有产生任何令人鼓舞的结果。
2018-06-07 astro-ph.EP
Impact of atmospheric refraction: How deeply can we probe exo-Earth's atmospheres during primary eclipse observations?
大多数用于预测或拟合系外行星透射光谱的模型并不包括大气折射的所有影响。也就是说，恒星相对于行星的角度大小可以限制在主食期间探测的最低高度或最高密度和压力，因为没有光线通过低于这个临界高度可以到达观察者。我们讨论了这种几何效应的折射所有系外行星，并制表的临界高度，密度和压力的系外行星与地球相同的1巴的N2/O2大气，作为一个函数的入射恒星通量（金星，地球，火星等）在大气层的顶部，和光谱型（O 5-M9）的主机。我们表明，这样一个可居住的系外地球可以探测到1巴的表面压力只有周围最冷的恒星。我们提出了0.4-5.0微米模型传输光谱地球的大气层视为过境系外行星，并显示大气折射如何修改传输光谱取决于主机恒星的光谱型。我们证明，折射是另一种现象，可以潜在地解释平坦的透射光谱在某些光谱区域。
2017-03-22 astro-ph.EP
TRAPPIST-1 d: Exo-Venus, Exo-Earth or Exo-Dead?
本研究通过3D大气环流模型实验探讨TRAPPIST-1 d可能的大气状态，发现其在狭窄参数空间内可能位于宜居带，也可能是系外金星或系外死星，有助于区分不同类型的行星世界。
2025-01-31 astro-ph.EP
New models of reflection spectra for terrestrial exoplanets: Present and prebiotic Earth orbiting around stars of different spectral types
为了从未来观测到的光谱中识别出可居住的系外行星，我们提出了新的反射光谱模型和几何模型，用于在光谱型F，G，K和M恒星的可宜居带内运行的现代和前生物（3.9 Ga）类地系外行星。我们计算出行星的各种大气和表面成分。作为潜在生物特征和温室因子的分子被纳入我们的模型大气中。固体和液体物质的各种组合，如海洋，海岸，由树木，草，沙子或岩石组成的土地，决定了行星的表面覆盖度。还提供了一组九颗潜在宜居行星的几何反射光谱和模型反射光谱，包括Proxima Centauri b，TRAPPIST-1d，Kepler-1649 c和Teegarden的Star-b。我们采用的不透明度数据来自使用开源软件包外传输，并采用不同的大气温度-压力的配置文件，这取决于类地系外行星的属性。通过数值求解多次散射辐射转移方程，建立了模型反射光谱。我们通过与其他研究者发表的模型进行比较，验证了我们的模型在一些特定情况下的反射光谱。我们证明，前生物类地系外行星和目前的类地系外行星，其大气中的温室气体量增加，在光学散射更多的星光。我们还提出了现代和前生物类地系外行星与多云和无云的大气的透射光谱。
2023-03-01 astro-ph.EP
Scaling the Earth: A Sensitivity Analysis of Terrestrial Exoplanetary Interior Models
系外行星的结构和组成是行星可居住性的第一级控制因素。我们探讨了大体积类地行星的组成和内部结构的哪些方面影响了系外行星的主要观测值：它的质量和半径。我们将这些扰动应用于地球，我们最了解的星球。使用矿物物理工具包BurnMan自洽计算质量半径模型，我们发现，核心半径，存在轻元素的核心和上地幔组成的低压硅酸盐在给定的半径，其中没有一个包括在当前的质量半径模型的最终计算质量的影响最大。我们扩展了这些结果，提供了一个自洽的网格组成以及结构约束的地球质量半径模型，用于量化系外行星是“类地行星”的可能性。“我们进一步将这个网格应用于开普勒-36 b，发现它只有20%的可能性与地球的Si/Fe = 0.9类似，而地球的Si/Fe = 1，太阳的Si/Fe = 1.19。
2016-01-07 astro-ph.EP
Not Earth-like Yet Temperate? More Generic Climate Feedback Configurations Still Allow Temperate Climates in Habitable Zone Exo-Earth Candidates
Lunar and Planetary Laboratory, The University of Arizona（月球与行星实验室，亚利桑那大学）；Steward Observatory, The University of Arizona（斯图尔德天文台，亚利桑那大学）；James C. Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（詹姆斯·C·怀扬特光学科学学院，亚利桑那大学）
研究探讨了额外气候反馈对宜居带外星候选体温和气候的影响，发现强反馈会缩小经典宜居带范围，但负反馈不会降低温和气候行星的概率。
2026-02-10 astro-ph.EP
Is the Pale Blue Dot unique? Optimized photometric bands for identifying Earth-like exoplanets
下一代地面和太空望远镜将拍摄附近恒星周围的宜居行星。越来越多的文献描述了如何用光谱学来描述这类行星的特征，但很少考虑行星颜色的有用性。在这里，我们研究是否可以使用紫外可见到近红外波长宽带测光（350-1000 nm）来识别潜在的类地系外行星。具体来说，我们计算最佳的光度箱，用于识别系外地球，并将其与包括太阳系物体和模型系外行星在内的不适合居住的行星区分开来。一些假想的系外行星--特别是有着厚厚大气层的冰冷的类地行星--的颜色与地球相似，因为光谱中蓝色区域的瑞利散射。然而，地球反射光谱的细微特征似乎是独一无二的。特别是，地球的反射光谱具有“U形”，不像我们所有假设的不适合居住的行星。这种形状部分是生物成因的，因为富含氧气的氧化空气对阳光是透明的，允许突出的瑞利散射，而臭氧吸收可见光，形成“U”的底部。这种独特性是否具有实际效用取决于观测噪声。如果观测是光子限制的或由天体物理源（黄道光或不完全星光抑制）主导，那么使用宽带可见波长测光来识别地球孪生子与获得详细光谱相比几乎没有实际优势。然而，如果观察是由暗电流，然后优化测光可以大大有助于初步表征。我们还计算了确定太阳系外太古宙地球的最佳光度箱，并发现太古宙地球是更难以明确地确定比现代地球的孪生兄弟。
2016-01-29 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
The Super-Earth Opportunity - Search for Habitable Exoplanets in the 2020s
最近在太阳系之外发现了种类惊人的行星，这极大地扩展了寻找可居住世界的空间。开普勒系外行星调查显示，我们星际邻居中的大多数行星都比地球大，比海王星小。这些行星被统称为超级地球和迷你海王星，其中一些行星可能有条件支持液态水海洋，从而支持类似地球的生物，尽管在许多方面与我们自己的星球不同。除了它们的数量丰富之外，超级地球相对较大，因此比真正的地球双胞胎更容易被发现。因此，超级地球代表了一个独特的强大机会，可以在2020 - 2030年及以后发现和探索一系列迷人且可能适合居住的行星。
2019-03-12 astro-ph.EP
Variability of Water and Oxygen Absorption Bands in the Disk-Integrated Spectra of the Earth
我们研究的主要大气吸收功能的变化，在磁盘集成的地球光谱与未来的应用，地球类似物的想法，集中在昼夜时间尺度。我们首先分析EPOXI任务提供的地球观测数据，发现H2O和O2波段吸收深度的5-20%的分数变化，这两种分子在观测范围内具有主要特征。通过与地球观测卫星云图资料的相关分析，发现它们的变化模式主要是由于云量分布不均匀造成的。为了定量地解释观测到的变化，我们考虑一个简单的不透明云模型，该模型假设云层完全阻挡云层以下大气的光谱影响，相当于假设入射光在云顶水平完全散射。该模型是相当成功的，并再现EPOXI数据从像素级EOS云/水蒸气数据。H2O和O2波段日变化模式的差异归因于这些分子物种在大气中的不同垂直和水平分布。在地球上，大气水蒸气的不均匀分布是由于其与行星表面上的液相和固相H2O的交换在与大气混合时间相比短的时间尺度上存在。如果在地球类似物的光谱中检测到这种变化模式的差异，它将提供关于其大气层不均匀成分的信息。
2012-12-27 astro-ph.EP
Observability of hydrogen-rich exospheres in Earth-like exoplanets
小行星周围存在一个扩展的中性氢外逸层，可以作为其低层大气中存在水的证据，但迄今为止，这种特征尚未在岩石系外行星中被安全地检测到。可以使用莱曼- $α$线的凌日光谱观测行星外逸层，这主要受到线芯中星际介质吸收的限制，以及使用低轨道空间望远镜时来自地日冕的气辉污染。我们的目标是评估中性氢外逸层的类地行星过境附近的M矮星使用莱曼- $α$光谱的可探测性，并提供必要的策略，为未来的观测提供信息。在高层大气中的空间分布提供了一个经验模型的地日冕，我们假设的速度分布的基础上辐射压力的主要驱动程序在塑造外逸层。我们计算在恒星莱曼- $α$线，而在运输中的过量吸收，并使用现实的估计所涉及的观测的不确定性，以确定信号的可观测性。我们发现，在莱曼- $α$的外逸层的类地系外行星过境M矮星半径在0.1和0.6 R之间的信号$_\odot$产生50和600 ppm之间的过量吸收。恒星的Lyman- $α$通量由于星际介质的吸收而随距离呈指数衰减，这是恒星可观测性的主要限制。其他限制与恒星径向速度和仪器设置有关。在距离$\sim$ 15 pc的M矮星中，使用LUVOIR/LUMOS可以观察到Lyman-$α$的过量吸收.对噪声注入数据的分析表明，有可能在20次凌日内探测到一颗类地行星的外逸层。
2018-12-05 astro-ph.EP
Colors of a Second Earth II: Effects of Clouds on Photometric Characterization of Earth-like Exoplanets
作为未来直接成像的类地系外行星的调查的试验台，我们提出了从EPOXI航天器获得的多波段昼夜光变曲线的地球表面成分的恢复。我们发现，海洋，土壤和植被的存在和纵向分布合理地再现拟合所观察到的颜色变化与一个简化的模型组成的先验已知的海洋，土壤，植被，雪和云的光谱。利用辐射转移程序模拟了大气（包括云）对地表散射光的影响。还确定了未来观测系外行星所需的噪声水平。我们的模型依赖的方法使我们能够推断出存在的主要元素的行星（在地球，云和海洋的情况下）与观测具有S/N $\gtrsim 10$在大多数情况下，如果S/N $\gtrsim 20$的高置信度。此外，S/N $\gtrsim 100$使我们能够以一种相当独立于模型的方式检测海洋和云以外的成分的存在。我们的反演过程中产生的云覆盖的退化也被量化。虽然与无云的情况相比，云层覆盖显着稀释了颜色变化的幅度，但颜色变化的模式仍然存在。因此，即使对于云层覆盖与地球相似的系外行星，通过光变曲线拟合研究表面特征的可能性仍然存在。
2011-06-30 astro-ph.EP
Vaporization of the Earth: Application to Exoplanet Atmospheres
目前，大约有36颗已知的超级地球（M < 10 MEarth），其中8颗是适合大气跟踪观测的凌日行星。一些行星在靠近其宿主恒星的轨道上暴露在极端温度下，例如，CoRot-7 b，所有这些行星的平衡温度都比地球高得多。这些行星可以通过（部分）蒸发其地壳和/或地幔硅酸盐来形成大气。我们研究了这种加热系统的化学平衡组成从500 - 4000 K和总压力从10-6到10+2巴。在很宽的温度和压力范围内，主要气体是H2O和CO2，在高温和低压下，主要气体是Na、K、O2、SiO和O。我们讨论了富含SiO2的气体（即，长英质）硅酸盐（如地球的陆壳）和富含MgO，FeO的（即，镁铁质）硅酸盐，如块状硅酸盐地球。计算结果将有助于规划类地系外行星大气的光谱研究。
2012-05-15 astro-ph.EP
Variability in the super-Earth 55 Cnc e
近年来，在观测巨型系外行星的大气特征方面取得了相当大的进展，但由于观测小型行星的重大挑战，岩石系外行星的过程在很大程度上仍然未知。许多观测超级地球（质量为1-10个地球质量的系外行星）光谱的努力迄今为止只揭示了无特征的光谱。在本文中，我们报告了一个4- $σ$检测的变化，在白昼侧的热辐射从过境的超级地球55巨蟹座e。在八次日食期间，对这颗行星进行的中红外线专门天基监测显示，2012年至2013年期间，其白昼大气层的热辐射变化了3.7倍。变化的幅度和趋势不能用星点的潜在影响或在观测的短时间内大气中的局部热或成分变化来解释。大规模的表面活动的可能性，由于强烈的潮汐相互作用可能类似于木卫一，或存在的拱星/环行星际物质似乎是合理的，并激励未来的长期监测的行星。
2015-11-20 astro-ph.EP
Evolution of Earth-like extended exospheres orbiting solar-like stars
最近对地球外逸层的观测显示，存在着一种扩展的类氢成分，其范围可能超过40个行星半径。在类似地球的系外行星周围探测到类似的扩展系外球体，可以揭示可居住性方面的关键事实。这些稀薄的氢包层的存在非常依赖于行星环境，由来自主恒星的电离辐射和等离子体风主导。辐射和快速风粒子覆盖了行星大气的最上层，尤其是对围绕活跃的年轻恒星运行的行星而言。在这些行星的外逸层中产生的离子的生存受到磁化恒星风的作用，特别是对于非磁化的天体。为了解决这些恒星行星的相互作用，我们已经进行了数值2.5D的理想MHD模拟使用PLUTO代码来研究动态演化的稀薄，富含氢，地球一样的扩展外太空的非磁化行星，在不同的恒星演化阶段：从一个非常年轻的，太阳一样的恒星的0.1 Gyr的5.0 Gyr的恒星。对于每一个恒星行星配置，我们表明，扩展类地氢外逸层的形态是强烈依赖于入射恒星风和产生的离子存在于这些气体包层，表明类地外逸层的电离成分是迅速席卷年轻恒星的恒星风，导致大弓激波形成后恒星年龄。
2023-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Photometric Variability of the Disk Integrated Infrared Emission of the Earth
我们提出了一个全球综合的中红外辐射通量的地球卫星测量数据的基础上进行分析。我们已经研究了地球热辐射的光度年度，季节和旋转变化，以确定哪些属性可以从点状信号推断。我们发现，时间序列的分析，使我们能够确定的24小时旋转周期的行星观测几何形状，由于大的温暖和寒冷的地区，确定与地理特征，连续出现在观察者的行星视图。然而，全球尺度气象学的影响可以有效地掩盖旋转一次几天。我们还发现，轨道时间序列表现出季节性调制，其幅度强烈依赖于纬度的观察者，但弱的黄道经度。由于昼面和夜面的亮温没有系统差异，因此地球在红外波段的位相变化可以忽略不计。最后，我们还得出结论，一个空间不可分辨的地月系统的相位变化是由月球信号。
2012-05-19 astro-ph.EP
Polarized Signatures of a Habitable World: Comparing Models of an Exoplanet Earth with Visible and Near-infrared Earthshine Spectra
在JWST，超大望远镜和LUVOIR时代，我们希望描述一些潜在的宜居类地系外行星。然而，这些世界的特征在很大程度上取决于理论模型的准确性。验证这些模型对行星的观测与已知的属性将是关键的未来定性的类地系外行星。由于偏振测量对大气层的微观和宏观物理特性十分敏感，它将是一个重要的工具，与传统的仅通量观测相结合，将提高确定类地行星特征的能力。在本文中，我们基准两个不同的偏振启用辐射传输代码对彼此和独特的线性光谱偏振观测的地照，覆盖波长从$\sim$ 0.4到$\sim$ 2.3 $μ$ m。我们发现，虽然从两个代码的结果一般同意对方，有一个相位之间的依赖关系比较模型。此外，根据我们目前的假设，两个代码的模型低估了地照的偏振水平。我们还报告了一个有趣的差异，我们的模型和观察到的1.27 $μ$ m $O_2$功能在earthshine，并提供了一个分析潜在的方法匹配此功能。我们的研究结果表明，只有获得1.27 $μ$ m $O_2$功能加上缺乏观测的$O_2$ A和B波段可能会导致错误的描述地球一样的大气。提供这些评估对帮助社区寻找太阳系以外的生命至关重要。
2023-01-13 astro-ph.EP
A new method to correct for host star variability in multi-epoch observations of exoplanet transmission spectra
由于恒星光球层的不均匀性，围绕活跃恒星运行的系外行星的透射光谱会受到波长依赖效应的影响。WASP-19 b是一颗超热木星（T $_{eq}$ $\sim$ 2100 K），是一颗这样的强烈辐射气体巨星，围绕着一颗活跃的太阳型恒星运行。我们目前的光学（520-900 nm）透射光谱的WASP-19 b获得八个时代使用双子座多目标光谱仪（GMOS）的双子座南望远镜。我们应用我们最近开发的高斯过程回归为基础的方法来模拟过境光曲线系统学，并提取在每个时代的透射光谱。我们发现，WASP-19 b的透射光谱的影响，在个别时期的恒星变化。我们报告的相对斜率和偏移量的频谱在所有时期之间观察到的关系。这种关系与前向传输模型的预测是一致的，前向传输模型解释了先前为WASP-19测量的未被遮蔽的恒星斑点和光斑的影响。我们引入了一种新的方法来纠正这种恒星的变化效应，在每个时代通过使用所观察到的相关性之间的传输光谱斜率和偏移。我们比较我们的恒星变异校正GMOS传输光谱与以前的矛盾MOS测量WASP-19 b，并试图调和它们。我们还测量了WASP-19的TESS测光宽带恒星变率的幅度和时间尺度，我们发现这与GMOS光谱和地基宽带测光长期监测中观察到的效果是一致的。我们的研究结果最终警告结合多历元光学传输光谱的系外行星绕活跃的恒星之前，纠正每个时代的恒星变异。
2022-07-04 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Observing exoplanets from the planet Earth: how our revolution around the Sun affects the detection of 1-year periods
我们分析了轨道周期接近1年的系外行星的选定样本，以研究光谱窗口对数据的影响，这些数据受到地球绕太阳运动造成的1周期/年混叠的影响。我们指出了几种情况，在这些情况下，进一步的观测努力将大大提高轨道解的可靠性。
2017-10-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Towards Extremely Precise Radial Velocities: I. Simulated Solar Spectra for Testing Exoplanet Detection Algorithms
最近和即将推出的稳定光谱仪正在推动多普勒光谱学的前沿，以检测和表征低质量行星。这些仪器的规格是如此令人印象深刻，以至于恒星的固有变化预计会限制它们对大多数目标恒星的多普勒精度（Fischer et al. 2016）。为了充分发挥它们的潜力，天文学家必须开发新的策略来区分真实的多普勒频移和恒星的内在变化。由于恒星黑子、光斑和其他与旋转相关的变化，恒星的变化特别令人担忧，因为恒星的旋转周期通常包括在潜在的行星轨道周期范围内。为了通过多普勒行星调查稳健地探测和准确地描述低质量行星的特征，系外行星界必须开发能够联合建模行星扰动和恒星固有变化的统计模型。为了实现这一目标，本文介绍了用SOAP 2.0（arXiv：1409.3594）创建的极高分辨率的太阳光谱的模拟，其中包括多个不断变化的恒星斑点。我们预计这组数据将有助于未来的研究开发，测试和比较统计方法测量物理径向速度之间的污染恒星的变化。
2020-04-30 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Impact of a moon on the evolution of a planet's obliquity: a non-resonant case
我们调查如何变化的的一个假设的外地球的倾斜度（轴向倾斜）是由一个卫星的存在下，一个外月球的影响。也就是说，我们分析和数值研究如何的范围内的太阳系外，地球和系外行星的变化，如果一个系外月球被添加到一个系统，包括太阳，系外地球。我们说，如果外月球的影响是稳定的，那么在加入外月球后，撞击的范围会减小，而如果随着外月球加入系统，范围会增加，那么我们称之为不稳定的影响。这个问题被认为是在一个一般的设置。假设外地球是刚性的，轴对称的，几乎是球形的，最大和最小的主惯性矩之间的差异是一个小参数的问题。假设天体的轨道是准周期的，我们应用时间平均来研究与各自周期相比较大的地球外自转。假设非共振频率。我们确定了一类系统，我们证明了分析的影响外月球是稳定的，一类是不稳定的。我们还研究了如何在一个特定的系统，包括一个恒星和两个行星的影响数值上改变的几何形状的外月球和第二颗行星的轨道和初始的轨道。
2021-01-09 astro-ph.EP
Variability due to climate and chemistry in observations of oxygenated Earth-analogue exoplanets
大氧化事件（英语：Great Oxidation Event）是地球大气中氧气（O $_2$）浓度从现在大气水平（PAL）的$\sim 10^{-5}$倍增加到接近现代水平的时期，标志着24亿年前元古代地质时代的开始。利用WACCM 6地球系统模式，模拟了O $_2$混合比为0.1%~ 150%PAL的类地系外行星大气。使用这些模拟，我们计算的反射/发射光谱在多个轨道上使用行星光谱发生器。我们强调观察者的角度，反射，化学和云如何影响模拟观测。我们表明，年际气候变化，以及短期变化，由于云，可以观察到在我们的模拟大气与望远镜的概念，如LUVOIR或HabEx。年变率和季节变率可以改变行星的反射通量（包括O $_2$和H $_2$ O等关键光谱特征的反射通量），对于相同的轨道相位，分别高达5倍和20倍。这种变异性最好用高通量冠状动脉造影术观察。例如，HabEx（4 m）带遮光罩的性能比LUVOIR B（6 m）型望远镜高两倍。某些光谱特征的变异性和信噪比与大气O $_2$浓度呈非线性关系。这是由温度和化学柱深度的变化，以及一般增加的液体和冰云含量的大气与O $_2$浓度为$<$ 1% PAL。
2022-09-15 astro-ph.EP
Climate bistability of Earth-like exoplanets
在大约5亿年前，我们的星球很可能经历了暂时的雪球状，大陆和海冰覆盖了它的大部分表面。这表明地球气候具有潜在的双稳态，对于相同的外部强迫，至少可以有两种不同的（统计）平衡态（即，太阳辐射）。在这里，我们探讨了在类地系外行星中发现行星气候的可能性，并考虑了通过改变半长轨道轴（因此，接收到的恒星辐射），偏心率和偏心率以及大气压力获得的行星气候的性质。为了实现这一目标，我们使用类地行星地面温度模型（ESTM），一维能量平衡模型的扩展，提供了一个数值上有效的气候估计参数敏感性研究和长期的气候模拟。在验证ESTM能够再现地球气候双稳性之后，我们确定了检测到气候双稳性的参数空间范围。目前工作的一个有趣结果是，支持气候双稳态的行星条件与维持行星表面复杂多细胞生命所需的条件非常相似。对这一结果的解释值得进一步研究，因为它与系外行星系统中生命的潜在分布有关。
2019-12-11 astro-ph.EP
Spectral and Temporal Variability of Earth Observed in Polarization
我们提出了一套全面的分光偏振观测Earthshine的FORS 2在VLT获得的相位角从50度到135度（太阳-地球-月球角），覆盖的光谱范围从430 nm到920 nm。在BVRI通带的偏振度，差分偏振植被指数，和O2 A偏振带的等效宽度约760 nm的偏振度的绝对误差约为0.1%的确定。地球反射偏振光谱的影响，由月球表面上的后向散射引入的去偏振进行了校正，引入系统误差的偏振度的百分之一的顺序。不同的观察场景，如在Earthshine中观察大西洋或太平洋一侧，会产生统计上不同的相位曲线。O_2A带偏振定义的等效宽度在-5nm ~+2nm范围内变化。差分极化植被指数的引入，揭示了一个更大的植被信号，为那些观看的风景，包含较大的分数植被表面积。我们证实了观测到的相关性与理论模型从文献中，并得出结论，植被红边（VRE）是一个强大的和敏感的签名，在偏振光谱的行星地球。行星地球在连续谱和O2 A波段的总体偏振行为可以用现有的模型来解释。生物特征，如O2 A带和VRE可在Earthshine偏振中检测到，具有高度的显著性和灵敏度。深入了解地球的时间和光谱变化需要改进地球生物圈的模型，作为解释未来类地系外行星可能检测到的极化生物特征的先决条件。
2018-11-29 astro-ph.EP
Mapping Earth Analogs from Photometric Variability: Spin-Orbit Tomography for Planets in Inclined Orbits
Kawahara & Fujii（2011）提出了一种年散射光变曲线反演技术--自旋轨道层析成像（SOT），该技术可以根据圆盘积分散射光的年变化绘制二维的星间图，并以一颗行星为例进行了演示。我们将其扩展到适用于一般的几何配置，包括像地球在倾斜轨道的低密度行星。我们模拟了倾斜轨道上的地球在三个光度波段（0.4-0.5um，0.6-0.7um和0.8-0.9um）的光变曲线，并表明，云，雪和大陆的分布与SOT的援助下检索。我们还证明了SOT通过将其应用到一个直立的地球，潮汐锁定的地球，和地球类似物与古代大陆的配置。反演是模型无关的，在这个意义上，我们不假设特定的非线性模型映射时的表面，因此适用于任何类型的不均匀性原则。这种方法可以潜在地作为一种独特的工具来调查地球类似物的外生境/外气候。
2012-08-08 astro-ph.EP
Dynamical Effects on the Habitable Zone for Earth-like Exomoons
随着太阳系外卫星（系外卫星）在地平线上的探测，重要的是要考虑它们的可居住性。如果我们考虑星周宜居带（HZ，通常用行星半长轴和轨道偏心率来描述），我们可以问：“类地系外卫星的HZ与类地系外行星的HZ有何不同？“我们首次使用一维纬度能量平衡模型来解决这个问题。该模型将一颗类似地球的系外卫星置于围绕木星质量行星的轨道上，而木星质量行星又围绕一颗类似太阳的恒星运行。外卫星的地面温度是在恒星日照、大气冷却、热扩散、日食和潮汐加热等作用下演化的。我们使用这个模型进行两个独立的调查。在第一个，四个测试案例中运行，详细调查的依赖性外月球气候的轨道方向，轨道倾角，和恒星日食的频率由主行星。我们发现，月球轨道是逆行的行星轨道表现出更大的气候变化比逆行轨道，全球平均温度约0.1 K温暖，由于日食的几何形状。如果日食相对于大气热惯性时间尺度变得频繁，气候振荡就会变得非常小。在第二次调查中，我们进行了广泛的参数研究，多次运行模型，以研究由行星半长轴和偏心率，月球半长轴和偏心率组成的四维空间中的exomoon的可居住性。我们发现，零月球偏心率，频繁的日食使月球保持在高行星偏心率的地区的可居住性，但潮汐加热严重限制在高月球偏心率的极限可居住性，使宜居带的月球半长轴的敏感功能。
2013-04-16 astro-ph.EP
Reconstructing the photometric light curves of Earth as a planet along its history
通过利用基于卫星的云的分布的估计，我们已经研究了地球的大尺度云量的行为，根据纬度和表面类型（冰，水，植被和沙漠）。这些经验关系在这里被用来重建可能的云分布的历史时代的地球的历史，如晚白垩世（90 Ma前），晚三叠世（230 Ma前），密西西比（340 Ma前），晚寒武纪（500 Ma前），当陆块分布不同于今天的。有了这些信息，我们就能够模拟出这颗行星在这些时期的全球综合光度变化。我们发现，我们的简单模型再现了观测到的云分布和现代地球的云变率。此外，该模型表明，地球的光度变化在过去的时代可能要大得多。这种增强的光度变化可以改善难以确定的旋转周期和确定遥远行星的大陆陆块的机会。
2011-11-22 astro-ph.EP
Planet Earth in reflected and polarized light: II. Refining contrast estimates for rocky exoplanets with ELT and HWO
本研究通过3D辐射传输模拟精化邻近岩石系外行星的反射光与偏振光对比度估计，发现简化模型高估对比度两倍，建议采用分数偏振测量以更好表征地球类似行星。
2025-06-04 astro-ph.EP
The Vegetation Red Edge Biosignature Through Time on Earth and Exoplanets
陆地植被在近红外波段的高反射率，即植被红边（VRE），经常被引用为系外行星表面植被的光谱生物特征。VRE仅是对当今地球的圆盘集成观测的反射率的百分之几的变化。在这里，我们表明，地球的VRE的强度在过去5亿年的陆地植物进化中有所增加，并可能随着太阳光度的增加和地球变暖而继续增加，直到植被覆盖减少，或者地球的大气层变得不透明。早期的植物，如苔藓和地钱，在5亿至4亿年前在陆地上占主导地位，产生较弱的VRE，大约是现代植被的一半。我们将探讨如何在陆地植物的变化，以及地质变化，如冰覆盖在冰河时代和间冰期，通过地球的地质过去影响VRE的可探测性。我们的研究结果表明，VRE在地球上陆地植物的进化历史中有所不同，如果更热的气候条件占主导地位，那么未来可能会继续变化，从而促进植被的传播。我们的研究结果表明，更古老、更热的类地行星是寻找VRE特征的好目标。此外，热的系外行星和干燥的有水的系外行星可能是成功探测植被生物特征的最佳目标。除了强烈的红色边缘，这些行星上较低的云分数和低水平的大气水蒸气可以使其更容易检测到表面特征。
2018-09-24 astro-ph.EP
