Survival in the Neptune desert: LTT 9779 b kept its atmosphere thanks to an unusually X-ray faint host star
LTT 9779 b 之所以能在海王星沙漠中保留大气层，是因为其宿主恒星异常微弱的 X 射线辐射未能将其蒸发，这支持了光蒸发是形成海王星沙漠主因的观点。
2023-10-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
The warm Neptunes around HD 106315 have low stellar obliquities
我们提出了温暖的海王星HD 106315 c的温度通过一系列的光谱过境观测测量。HD 106315 c是一颗4.4地球热的海王星，围绕一颗中等旋转的晚F星旋转，周期为21.05天。HD 106315还拥有一个2.5 REarth的超级地球，轨道为9.55天。我们对麦哲伦/MIKE、HARPS和TRES观测到的四次凌日的多普勒层析分析发现，HD 106315 c位于低恒星质量轨道上，与主恒星的自旋轴在λ = -10 +3.6/-3.8度处对齐。我们建议，通过动态N体模拟，系统中的两颗行星必须是共面的，因此都很好地与主星对齐。HD 106315是第四个被测量到温度的暖海王星系统。所有温暖的海王星系统都被发现具有良好的几何排列，这与这些系统是在内部原行星盘中原位形成的解释一致，也与大多数开普勒多行星系统在低轨道上一致。HD 106315 c的凌日深度为1.02 mmag，是凌日光谱学中探测到的最小行星之一，我们将在TESS和下一代光谱仪的背景下讨论它的探测。
2018-06-29 astro-ph.EP
Compositional diversity in the atmospheres of hot Neptunes, with application to GJ 436b
海王星大小的太阳系外行星，轨道相对接近其宿主恒星-通常被称为“热海王星”-在已知的系外行星和行星候选人中很常见。与我们的天王星和海王星类似，星云气体的低效吸积预计会产生热海王星，其质量主要由比氢和氦重的元素组成。在10-10，000倍太阳能的高大气金属丰度下，热海王星将呈现出一个有趣的大气成分连续体，从更像海王星的H2为主的大气到更像金星的CO2为主的大气。我们探讨了预测的平衡和不平衡化学的通用热海王星，并发现，大气成分变化强烈的温度和散装大气性质，如金属含量和C/O比的函数。相对奇异的H2O，CO，CO2，甚至O2占主导地位的大气可能是热海王星。我们将我们的模型的情况下，GJ 436 b，我们发现，一个CO丰富，甲烷贫乏的气氛可以是一个非常高的大气金属丰度的自然后果。从我们的结果与斯皮策日食数据GJ 436 b的比较，我们得出结论，虽然从高金属丰度的前向模型的光谱拟合是不是很好，从纯检索方法获得的拟合，这些前向模型预测的大气成分是物理和化学上更合理。因此，高金属量的大气（数量级超过太阳）应该被认为是GJ 436 b和其他热海王星的可能性。
2013-06-21 astro-ph.EP
Mineral cloud formation above magma oceans in sub-Neptune atmospheres
本文模拟了亚海王星大气中由岩浆表面难熔物质释气驱动的矿物云形成，发现云结构受大气混合强度控制，并指出云通过热反馈和光谱效应在内部-表面-大气耦合系统中具有重要作用。
2025-08-20 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres III: Photochemistry and Thermochemistry in Thick Atmospheres on Super Earths and Mini Neptunes
一些超级地球和迷你海王星可能会有厚厚的大气层，而不是H2占主导地位。我们已经开发了一个光化学-热化学动力学传输模型，用于探索超级地球和迷你海王星上厚大气的组成，适用于H2为主的大气和非H2为主的大气。使用这个模型来研究厚大气的温度和元素丰度范围很广，我们把它们分为富氢大气，富水大气，富氧大气和富烃大气。我们发现，碳的形式是CO2，而不是CH 4或CO在H2贫水占主导地位的厚的气氛，并从氧贫富碳气氛中的轻元素的优选损失导致不饱和烃（C2 H2和C2 H4）的形成。我们应用我们的自洽大气模型来计算已知的过境低质量系外行星GJ 1214 b，HD 97658 b和55 Cnc e的光谱和诊断功能。对于GJ 1214 b类行星，我们发现：（1）C_2H_2在1.0和1.5微米的透射特征和C_2H_2和C_2H_4在9-14微米的热辐射特征是富烃大气的诊断特征;（2）探测到水蒸气特征和确认不存在甲烷特征将为大气以水为主提供足够的证据。总的来说，我们的模拟表明，在解释超级地球/迷你海王星的光谱时，必须考虑化学稳定性。水占主导地位的大气只存在于碳氧比远低于太阳比的情况下，这表明这种大气可能很罕见。
2014-01-05 astro-ph.EP
On the Temperature Profiles and Emission Spectra of Mini-Neptune Atmospheres
对围绕M矮星运行的迷你海王星的大气观测开始提供对它们化学和热性质的限制，同时也提供了关于它们内部和潜在表面的线索。由于它们相对较大的尺度高度和较大的行星-恒星对比度，迷你海王星目前是描述温带低质量系外行星的理想目标。了解迷你海王星的热结构和光谱外观对于了解其大气的各个方面非常重要，包括辐射/对流能量输送，内部的边界条件以及潜在的可居住性。在本研究中，我们探索这些方面的迷你海王星使用自洽模型的气氛。首先，我们探索的影响，辐射，内部通量，金属丰度，云和霾的大气温度廓线和热发射光谱的温带迷你海王星。特别是，我们调查这些属性的影响上的辐射对流边界和低层大气中的热力学条件，作为与内部和/或潜在的表面的接口。基于最近关于迷你海王星K2-18 b可居住性的建议，我们发现了一系列物理驱动的大气条件，这些条件允许在这些行星富含H_2的大气下存在液态水。我们发现，JWST/MIRI分光光度法的热辐射观测可以对温和的迷你海王星（如K2-18 b）的可居住性进行有用的限制，并对较温暖的行星（如GJ 3470 b）的化学和热性质提供更详细的限制。我们的研究结果支持了温带迷你海王星的潜力，如K2-18 b作为寻找可居住系外行星的有希望的候选者。
2020-09-23 astro-ph.EP
Atmosphere Origins for Exoplanet Sub-Neptunes
行星的2 $R_{\oplus}$ < $R$ < 3 $R_{\oplus}$和轨道周期$<$ 100 d是丰富的;这些亚海王星系外行星还没有得到很好的理解。例如，$Kepler$亚海王星可能有与其大气层接触的深层岩浆海洋，但对岩浆对大气层的影响知之甚少。在这里，我们使用一个基本模型来研究这种效应，假设挥发分在$T$ $\sim$ 3000 K时与岩浆平衡。对于我们的Fe-Mg-Si-O-H模型系统，我们发现岩浆与大气之间的化学反应和挥发分溶解到岩浆中都是重要的。因此，岩浆很重要。对于H，大多数摩尔进入岩浆，因此H $_2$吸积和H $_2$损失模型的质量目标比通常假设的更重。已知的岩浆氧化状态跨度可以产生半径相同但总挥发质量相差20倍的亚海王星。因此，行星半径是大气成分的代用指标，而不是挥发物总含量的代用指标。这种氧化还原多样性简并可以通过测量大气平均分子量来打破。我们强调星云气体对H $_2$的供应，但也考虑了固体来源的H $_2$ O。我们发现，添加H $_2$ O到Fe可能不能使足够的H $_2$来解释亚海王星半径，因为$>$ 10 $^3$ -km厚的脱气大气具有高的平均分子量。岩浆-大气平衡假说将大气H $_2$ O/H $_2$比值等观测值与岩浆FeO含量和行星形成过程联系起来。我们的模型的准确性是有限的，缺乏实验（实验室和/或数值），是特定于亚海王星;我们提倡这样…
2020-01-25 astro-ph.EP
Properties of Sub-Neptune Atmospheres: TOI-270 System
我们研究了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）探测和表征TOI-270系统中亚海王星系外行星大气层的潜力。亚海王星被认为更可能是水世界而不是气体矮星。我们使用三种大气成分模拟它们的大气-两个以氢为主的大气和一个以水为主的大气。然后，我们模拟这些大气的红外透射光谱的JWST仪器模式优化过境观测系外行星大气：NIRISS，NIRSpec和MIRI。然后，我们预测每个系外行星大气的可观测性。TOI-270 c和d是使用JWST透射光谱检测大气的优秀目标，仅需要使用NIRISS，NIRSpec和MIRI进行一次过境观测;对于清晰的富氢大气，可以获得更高的信噪比（SNR）。用NIRISS和NIRSpec进行少于3次的转变可能足以揭示分子特征。以水为主的大气层需要更多的凌日。在以水为主的大气中，水的光谱特征可以在2或3次凌日中用NIRISS探测到。我们发现，在多云的，富含H的大气中的光谱特征的检测不需要积分，只要那些所需的水为主的大气，这是一致的大气平均分子量的差异。TOI-270 c和d可能是JWST对亚海王星大气进行过境观测的主要目标。这些结果为观测者提供了有用的预测，他们可能会建议使用JWST来探测和表征TOI-270行星的大气层。
2020-04-26 astro-ph.EP
Magma ocean interactions can explain JWST observations of the sub-Neptune TOI-270 d
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy, University of Maryland（马里兰大学天文学系）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文学与天体物理学系）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学学会地球与行星实验室）
本研究通过建模揭示岩浆-大气相互作用可解释海王星类TOI-270 d大气中高分子含量，无需额外冰质物质积累。
2026-02-24 astro-ph.EP
The multi-planet system TOI-421 -- A warm Neptune and a super puffy mini-Neptune transiting a G9 V star in a visual binary
我们报告发现了一个温暖的海王星和一个热的亚海王星过境TOI-421（BD-14 1137，TIC 94986319），一个明亮的（V=9.9）G9矮星在一个视觉双星系统中观察到的TESS空间任务在部门5和6。我们进行了地面后续观测--包括LCOGT凌日测光、NIRC 2自适应光学成像以及FIES、CORALIE、HARPS、HIRES和PFS高精度多普勒测量--并证实了TESS团队宣布的16天凌日候选者的行星性质。我们发现了一个额外的径向速度信号，其周期为5天，这是由于系统中存在第二颗行星引起的，我们还发现它会经过它的主星。我们发现内部的迷你海王星TOI-421 b的轨道周期为Pb =5.19672 +- 0.00049天，质量为Mb = 7.17 +- 0.66 Mearth，半径为Rb = 2.68+0.19-0.18 Rearth，而外部的温暖海王星TOI-421 c，周期Pc =16.06819 ± 0.00035天，质量Mc = 16.42+1.06-1.04 Mearth，半径Rc = 5.09+0.16-0.15 Rearth，密度rho_c =0.685+0.080-0.072 g cm-3。这颗内行星（rho_b=2.05+0.52-0.41 g cm-3）的特征使其被归入超级膨胀的迷你海王星的有趣类别。TOI-421 b和TOI-421 c被发现非常适合于大气表…
2020-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
ALMA detection of sulfur dioxide and carbon monoxide in the atmosphere of Neptune
空间和地面观测表明，巨大的冰行星海王星的大气层中存在许多活动和不稳定性。利用高分辨率阿塔卡玛大毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的7波段观测资料，对SO_2转动发射线（SO $_{2}$）进行了光谱探测，其频率为$ν$ = 343.476 GHz，跃迁J=57 $_{15,43}$ $-$ 58 $_{14,44}$ .我们还重新检测一氧化碳（CO）的发射线在频率$ν$ = 345.795 GHz的过渡J=3 $-$ 2。用$\geq$ 4 $σ$探测了尼泊尔大气中SO、$_{2}$和CO的分子谱线，并具有统计学意义。SO $_{2}$的统计柱密度为N（SO $_{2}$）= 2.61 $\times$ 10 $^{15}$ cm $^{-2}$，旋转温度$T_{SO_{2}}$ = 50 K; CO的统计柱密度为N（CO）= 1.86 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-2}$，旋转温度$T_{CO}$ = 29 K。海王星大气中SO $_{2}$的典型混合比为1.24 $\times$ 10 $^{-10}$，CO为0.88 $\times$ 10 $^{-6}$。自1994年以来，海王星大气中的SO $_{2}$和CO气体可能是由于Shoemaker-Levy 9撞击木星行星而产生的。
2021-05-06 astro-ph.EP
Hubble PanCET: An extended upper atmosphere of neutral hydrogen around the warm Neptune GJ 3470 b
GJ 3470 b是一颗温暖的海王星，在蒸发沙漠的边缘穿过一颗M矮星。它提供了研究低质量，近距离系外行星如何在其宿主恒星的照射下演化的可能性。作为全色比较系外行星宝库（PanCET）计划的一部分，我们用哈勃太空望远镜（HST）观察了GJ 3470 b在莱曼α线上的三次凌日。在所有三个独立时期中检测到具有类似性质的吸收特征，在谱线的蓝翼中吸收深度为35 ± 7%，在红翼中为23 ± 5%。这些特征的可重复性，它们与行星凌日的相位，以及吸收气体的径向速度，使我们能够得出结论，在GJ 3470 b周围有一个扩展的中性氢高层大气。我们确定从我们的观测恒星辐射压力和XUV照射GJ 3470和使用它们进行数值模拟的高层大气的GJ 3470 b的蒸发系外行星（EVE）代码。这种不寻常的红移信号可以用稠密的中性氢层的阻尼翼来解释，这些中性氢层延伸到洛希瓣之外，并在行星运动的方向上被拉长。这种结构可能对应于膨胀的热层与恒星风碰撞形成的行星物质的冲击层。蓝移的特征可以很好地解释为中性氢原子以大约1 e10 g s-1的速率逃逸，这些氢原子被强烈的辐射压吹离恒星并迅速被光电离，导致比温暖的海王星GJ 436 b更小的外逸层。然而，GJ 3470 b较强的逃逸可能导致其在2 Gyr的寿命内损失了约4-35%的当前质量。
2018-12-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Possibilities for an Aerial Biosphere in Temperate Sub Neptune-Sized Exoplanet Atmospheres
通过探测系外行星大气生物特征气体寻找生命迹象的工作正在取得进展。然而，只有少数岩石系外行星的大气层适合用计划中的下一代望远镜进行观测。为了拓宽前景，我们描述了一个空中的，液态水云为基础的生物圈在亚海王星大小的温带系外行星的大气层中的可能性，那些接收类似地球的辐射从他们的主恒星。已知有一颗这样的行星（K2- 18 b），其他候选者正在跟踪。亚海王星比岩石系外行星更常见，也更容易观测研究，因为它们的体积更大，密度更低，大气层或包层更大。然而，正如我们所知，海王星下缺乏任何固体表面，因此值得考虑它们的大气层是否能够支持空中生物圈。我们回顾，综合，并建立在现有的研究。被动的微生物类生命粒子必须在有液态水云的地区持续足够长的时间进行代谢、繁殖和传播，然后才能向下运输到较低的海拔，那里可能太热，任何种类的生命都无法生存。需要动力学研究来充实生命粒子停留时间的定量细节。子海王星需要成为具有不稳定小行星带的行星系的一部分，以便陨石物质提供营养，尽管生命也需要有效地重复使用和回收金属。生命的起源可能是最严峻的限制性挑战。不管不确定性如何，我们可以对寻找生物特征气体保持开放的态度，作为对亚海王星系外行星的一般观测研究的一部分。
2021-06-14 astro-ph.EP
HD 183579b: A Warm Sub-Neptune Transiting a Solar Twin Detected by TESS
我们报告了凌日系外行星调查卫星（TESS）提供的附近明亮（$V=8.75$等，$K=7.15$等）太阳双星HD 183579周围的凌日系外行星的发现和特征。主星位于$56.8\pm0.1$ pc远，半径为$R_{\ast}=0.97\pm0.02\ R_{\odot}$，质量为$M_{\ast}=1.03\pm0.05\ M_{\odot}$。我们确认行星的性质相结合的空间和地面为基础的测光，光谱学和成像。我们发现HD 183579 b（TOI-1055 b）在质量为$M_{p}=11.2\pm5.4\ M_{\oplus}$（$3σ$质量上限为$27.4\ M_{\oplus}$）的$17.47$日轨道上的半径为$R_{p}=3.53\pm0.13\ R_{\oplus}$。HD 183579 b是天空中第五亮的海王星下行星系统，使其成为未来研究内部结构和大气特性的绝佳目标。通过使用高分辨率和信噪比的HARPS光谱进行逐线差分分析，我们发现HD 183579加入了典型的太阳双星样品，没有统计学上显着的难熔元素耗尽。
2021-07-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
A new convection scheme for GCMs of temperate sub-Neptunes
本文提出一种可用于三维GCM的新质量通量对流方案，能刻画非稀薄及富氢背景大气中的对流差异，并在TRAPPIST-1e类地情形和K2-18b迷你海王星情形中得到验证。
2025-02-17 astro-ph.EP
POSEIDON II: The Anti-Aligned Orbit of the Warm Neptune TOI-1710 A b
Princeton University（普林斯顿大学）；Indiana University（印第安纳大学）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）；Schmidt Sciences（施密特科学）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）
利用NEID光谱仪观测Rossiter-McLaughlin效应，发现温暖海王星TOI-1710 A b的轨道与恒星自转方向相反，并通过动力学耦合解释其倾斜起源。
2026-06-02 astro-ph.EP
TOI-1728b: The Habitable-zone Planet Finder confirms a warm super Neptune orbiting an M dwarf host
我们确认TOI-1728 b的行星性质，使用地面测光，近红外多普勒测速仪和光谱学的组合与宜居带行星P1.TOI-1728是一个老的，不活跃的M0恒星与\teff{} $= 3980^{+31}_{-32}$ K，它的主机凌日超海王星在轨道周期的$\sim$ 3.49天。径向速度、TESS和地基凌日的联合拟合得到行星半径$5.05_{-0.17}^{+0.16}$ R $_{\oplus}$、质量$26.78_{-5.13}^{+5.43}$ M $_{\oplus}$和偏心率$0.057_{-0.039}^{+0.054}$。我们估计了恒星的性质，并在这颗行星过境期间执行了He 10830吸收的搜索，并声称零检测上限为1.1 $\%$，置信度为90%。在类似的气态行星GJ 3470 b的大气层中检测到了更深层次的He 10830 ~吸收。TOI-1728 b是最大的超级海王星-海王星和更大质量的气体巨行星之间的中间子类行星-在M矮星周围发现。由于其相对较大的质量和半径，TOI-1728代表了M矮星系外行星质量-半径图中的一个有价值的数据点，弥合了较轻的海王星大小的行星和较重的木星行星之间的差距。TOI-1728 b的体积密度很低，为$1.14_{-0.24}^{+0.26}$ g/cm $^3$，并且围绕着一颗明亮的主星（J $\sim 9.6$，V $\sim 12.4$）运行，…
2020-06-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical diversity of the atmospheres and interiors of sub-Neptunes: a case study of GJ 436 b
亚海王星的大气层预计将表现出相当大的化学多样性，超出了对巨型气体系外行星的预期。在目前的研究中，我们构建了自洽的辐射转移和平衡化学模型来探索这种化学多样性。我们使用GJ 436 b作为案例研究，进一步研究联合大气-内部模式。特别是，我们约束的内部和大气层的行星上可用的斯皮策测量的基础上的属性。虽然它是可能的，以适应发射光谱的GJ 436 b使用高金属丰度模型，我们证明，这样的气氛是不一致的物理上合理的内部结构。目前的情况仍然是，没有任何现有的研究可以充分适应4.5微米斯皮策二次日食测量，这可能是由化学不平衡引起的。最后，一个信息含量分析表明，发射和透射光谱限制在不同波长的碳氧比和金属丰度，但前者是不太容易受到来自高度富集金属的大气层的平坦光谱。随着最近推出的JWST，我们建议未来的分析发射和传输光谱的亚海王星行星进行自洽使用大气和内部结构模型。
2022-05-27 astro-ph.EP
Exploring atmospheres of hot mini-Neptunes and extrasolar giant planets orbiting different stars with application to HD 97658b, WASP-12b, CoRoT-2b, XO-1b and HD 189733b
我们计算了一个热的迷你海王星和巨型系外行星的大气网格，将天体物理学可观测参数-轨道距离和恒星类型-与预期的化学大气物种联系起来。该网格可应用于当前和未来的观测，以表征系外行星大气，并作为解释大气反演分析结果的参考。为了构建网格，我们开发了一个用于计算大气热结构的一维代码，并将其与包括不平衡化学（分子扩散，垂直混合和光化学）的光化学模型联系起来。我们比较了在不同半长轴（0.01 $\leq$ a $\leq$ 0.1 AU）上绕F，G，K和M星运行的行星的热剖面和大气成分。温度和紫外线通量影响大气中的化学物质。我们探索哪些影响是由于温度造成的，哪些影响是由于恒星特征造成的，并显示了每种情况下受影响最严重的物种。CH $_4$和H $_2$ O对紫外辐射通量最敏感，H取代H $_2$成为接收高紫外辐射通量的行星高层大气中最丰富的气体。CH $_4$在较冷的行星上更丰富。我们探索垂直混合，通知我们的模型和由此产生的光谱观测的简并。对于较低的压力，可观察到的物质，如H $_2$ O或CO $_2$，可以指示垂直混合的效率，混合比越大，混合越强。通过建立网格，测试结果的敏感性，并将我们的模型与已发表的结果进行比较，我们的论文提供了一种工具来估计观测结果。我们将我们的模型应用于WASP-12 b，CoRoT-2b，XO-1b，HD 189733 b和HD 97658 b。
2013-11-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Fractal Aggregate Aerosols in the Virga Cloud Code II: Exploring the Effects of Key Cloud Parameters in Warm Neptune, Hot Jupiter and Brown Dwarf Atmospheres
School of Physics, HH Wills Physics Laboratory（物理学院，HH威尔斯物理实验室）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Arizona（亚利桑那大学）
研究探讨了不同云参数对温暖海王星、热木星和棕矮星大气光谱的影响，揭示了粒子形态对传输和发射光谱的关键作用。
2025-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
The metal-poor atmosphere of a Neptune/Sub-Neptune planet progenitor
研究通过V1298 Tau b的透射光谱发现其拥有低金属度原始大气和水蒸气吸收，质量与密度极低，挑战核吸积理论并支持卵石吸积原位形成。
2023-12-28 astro-ph.EP
1D photochemical model of the ionosphere and the stratosphere of Neptune
海王星仍然是一个神秘的世界，值得进一步探索，是未来行星任务的一个高度优先目标，以便更好地了解冰巨行星的形成和演变。为了研究海王星大气中碳氢化合物和氧物种的起源和演化，我们建立了一个耦合的离子中性一维光化学模式。最新的化学方案来自土卫六大气层的化学方案，该方案与卡西尼-CIRS对氧物种和主要碳氢化合物的观测结果非常一致。我们得到的主要结果如下：离子-中性化学耦合在海王星大气中产生相对高丰度的芳烃（特别是苯）。我们的模型结果与观测结果吻合良好（考虑模型的不确定性）。大气层中有两个电离层峰值，分别位于10 $^{-5}$ mbar和10 $^{-3}$ mbar左右的压力水平之上。海王星上层大气中的氧物质的流入对许多离子的浓度有影响。我们表明，在海王星的大气中的原位探测将提供非常有趣的限制，特别是关于氧物种的起源和离子化学的贡献的光化学模型。对高层大气化学的精确描述对于更好地了解这颗行星的内部组成和形成过程至关重要。
2020-11-16 astro-ph.EP
Condensation-inhibited convection in hydrogen-rich atmospheres: Stability against double-diffusive processes and thermal profiles for Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune
在大气中，云凝结区的特征是相关凝结物质的丰度有很强的垂直梯度。在地球上，由于N $_2$比水蒸气重，因此只有释放出的潜热才对对流产生显著影响，因此平均分子量的梯度对动力学的影响相对较小。相反，在氢占主导地位的大气中（例如巨行星），所有冷凝物质都比背景气体重得多。如果特定物种的富集超过临界阈值，这可以稳定云层附近的大气层，防止对流。这就提出了两个问题。在这样一个稳定的层中，是什么在传输能量？巨行星的热分布会受到什么影响？为了回答这些问题，我们首先进行了一个线性分析的对流和双扩散不稳定性的可冷凝介质中显示，有效的冷凝可以抑制双扩散对流。这表明，一个稳定的辐射层可以在云凝结水平附近形成，导致深层大气温度的升高。然后，我们研究了最丰富的物种-水--与稳态大气模式的凝结的影响。与标准模型相比，在关键化学示踪剂的淬火深度处，温度升高可达数百度。总的来说，这种效应可能对我们理解巨行星大气的动力学和化学状态，对它们未来的观测（例如朱诺）以及它们的内部演化有许多影响。
2016-10-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
TOI-421 b: A Hot Sub-Neptune with a Haze-Free, Low Mean Molecular Weight Atmosphere
本文利用JWST透射光谱研究热亚海王星TOI-421 b，发现其大气无霾且平均分子量低，与太阳金属丰度一致，并支持高温亚海王星因缺甲烷而不形成碳氢霾的观点。
2025-01-02 astro-ph.EP
Laboratory Simulations of Haze Formation in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes: Particle Color and Size Distribution
超级地球和迷你海王星是约3500颗已确认的系外行星中最丰富的行星类型，预计将呈现出各种各样的大气成分。最近超级地球和迷你海王星的透射光谱已经证明了系外行星在其大气层的高海拔处有薄雾/云层的可能性。然而，这些粒子在系外行星大气中的组成、尺寸分布和光学性质却知之甚少。在这里，我们介绍了在一系列行星大气条件下光化学雾霾形成的实验室研究结果，以及对产生的雾霾颗粒颜色和尺寸的观察结果。我们发现，大气温度和金属含量强烈影响颗粒的颜色和大小，从而改变颗粒的光学性质（例如，吸收率、散射等）;在更大的范围内，这会影响系外行星的大气和地面温度，以及它们潜在的可居住性。我们的研究结果提供了对烟雾形成和颗粒特性的限制，这些限制可以作为系外行星大气建模的关键输入，并指导未来使用凌日系外行星勘测卫星（TESS），詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外勘测望远镜（WFIRST）对超级地球和迷你海王星的观测。
2018-03-05 astro-ph.EP
High Metallicity and Non-equilibrium Chemistry in the Dayside Atmosphere of hot-Neptune GJ 436b
我们提出了一个详细的分析，热海王星GJ~ 436 b的昼侧大气，根据最近的斯皮策观测。我们报告的统计约束的热和化学性质的行星大气，研究各种分子物种之间的相关性，并讨论方案的平衡和非平衡化学在GJ 436 b。我们用一维逐线辐射转移程序模拟大气，参数化了分子丰度和温度结构。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗方法探索了10^6个模型的模型参数空间。我们的研究结果包括以前的研究结果，表明甲烷的缺乏，过剩的CO和CO2，和H2O的略有不足，相比，与太阳能金属丰度的平衡化学。各物种的浓度高度相关。我们的最佳拟合和最合理的约束条件要求CH 4混合比为1.0E-7至1.0E-6，CO >= 1.0E-3，CO2 ~ 1.0E-6至1.0E-4，H2O <= 1.0E-4;较高的CH 4需要更高的CO和CO2。基于平衡和非平衡化学的计算，我们发现观测到的丰度可以用高金属丰度（~ 10倍太阳）和Kzz ~ 10^6 - 10^7 cm ^2/s的垂直混合的组合来解释。推断的金属丰度比已知与太阳金属丰度一致的宿主恒星的金属丰度更高。我们的限制排除了GJ 436 b的昼侧逆温。我们强调，在这项工作中报告的限制，关键取决于在两个斯皮策通道在3.6微米和4.5微米的观察。未来用温暖的斯皮策和詹姆斯韦伯太空望远镜进行的观测对于改善目前对GJ 436 b昼侧大气中碳物种丰度的限制将是极其重要的。
2011-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Resolving the flat-spectrum conundrum: clumpy aerosol distributions in sub-Neptune atmospheres
Imperial College London（帝国理工学院）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究通过分析亚 Neptune行星TOI-776c的传输光谱，发现浓密气溶胶分布能解释其平坦光谱与低金属度大气层之间的矛盾。
2025-11-24 astro-ph.EP
The upper atmospheres of Uranus and Neptune
我们回顾了目前对天王星和海王星上层大气的理解，并探讨了即将到来的研究这些令人兴奋的行星的机会。冰巨星是太阳系中最不为人所知的行星，仅分别在1986年和1989年被一艘航天器访问过。高层大气在将大气与磁场中的力和过程联系起来方面起着关键作用。例如，极光电流系统可以驱动带电粒子进入大气层，通过焦耳加热的方式加热它。对H $_3^+$的地面观测提供了对高层大气内发生的物理特性和过程的有力的远程诊断，并为天王星提供了丰富的数据集。这些观测跨越了近三十年，揭示了高层大气在1992年至2018年期间以每年约8 K的速度持续冷却，从$\sim$ 750 K到$\sim$ 500 K。这种趋势的原因尚不清楚，但可能与由于倾斜和偏移磁场导致的焦耳加热率的季节性变化有关，或者可能与碳氢化合物垂直分布的变化有关。H $_3^+$尚未在海王星被发现，但这一发现为即将到来的设施，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和下一代30米望远镜提供了唾手可得的成果。探测海王星的H $_3^+$将使自1989年以来首次对其高层大气进行表征。为了充分了解冰巨星，我们需要专门的轨道任务，就像卡西尼号探测土星一样。只有将对磁场的现场观测与在轨遥感相结合，我们才能完整地了解能量如何在大气和磁场之间移动。
2020-09-04 astro-ph.EP
The effect of Lyman $α$ radiation on mini-Neptune atmospheres around M stars: application to GJ 436b
围绕M星运行的迷你海王星是已知系外行星中数量不断增加的一部分。它们中的一些非常靠近它们的主恒星，接收大量的紫外线辐射。许多M星在H I Lyman $α$谱线（Ly $α$）发出强烈的色球层辐射，位于1215.67 nm，是最明亮的远紫外发射谱线。我们发现，进入的Ly $α$通量的影响可以显着改变的微型海王星的大气的光化学。我们以GJ 436 b为例，考虑其大气成分的不同金属丰度。对于太阳成分，H $_2$ O-混合比由于Ly $α$辐射而显示出最大的变化。H $_2$ O吸收大部分辐射，从而屏蔽CH $_4$，其解离主要由其他远紫外波长（$\sim1300$）的辐射驱动。H $_2$ O的光解作用也会影响大气中的其他物质，包括H、H $_2$、CO $_2$、CO、OH和O。对于金属丰度高的大气，H $_2$ O-和CO $_2$ -混合比变化最大，从而屏蔽CH $_4$。直接测量主恒星的紫外线通量对于了解系外行星大气中的光化学非常重要。这是至关重要的，特别是在1到10个$^{-6}$条之间的区域，这是产生大多数可观测光谱特征的大气部分。
2014-10-08 astro-ph.EP
Haze Production in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes: Insights from the Lab
许多太阳系的大气层都有气溶胶，包括土卫六和冥王星特有的有机烟雾。烟雾颗粒显著影响大气温度结构，并且可以向世界的表面提供有机材料，从而影响其可居住性。对系外行星大气层的观测表明存在气溶胶，特别是在较冷（<800 K），较小（<0.3倍木星质量）的系外行星。目前还不清楚使系外行星大气的光谱特征消失的气溶胶是冷凝云还是光化学烟雾，这很难仅从理论上预测。我们在这里提出的第一个实验室烟雾模拟实验的大气成分预计超级地球和迷你海王星。我们探索了从300到600 K的温度和一系列大气金属含量（100倍、1000倍、10000倍太阳能）;所有的模拟大气都产生了粒子，（300和400 K）1000倍太阳金属丰度（“H2O主导”，富含CH 4）实验显示出比我们的标准Titan模拟更高的霾产生速率（约10 mg/hr，而Titan为7.4 mg/hr）。然而，粒子的产生速率变化很大，测量的速率低至0.04毫克/小时（100倍太阳金属丰度，600 K）。在这里，我们表明，我们应该期待一些，但不是全部，超级地球和迷你海王星的大气层拥有厚厚的光化学产生的阴霾。
2018-01-19 astro-ph.EP
Helium Depletion in Escaping Atmospheres of Sub-Neptunes: A Signature of Primary-to-Secondary Transition
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Stanford University（斯坦福大学）
研究通过模拟大气逃逸和脱气过程，揭示短周期亚 Neptune 星系中氦耗尽与原生到次生大气过渡的关系。
2025-11-19 astro-ph.EP
Water Vapour Absorption in the Clear Atmosphere of an exo-Neptune
到目前为止，透射光谱学已经在木星大小的系外行星中检测到原子和分子吸收，但是在过境期间测量较小（海王星大小）行星大气中分子吸收的密集努力只显示了无特征的光谱。由此得出的结论是，大多数小而温暖的行星在其大气层中进化以维持高平均分子量，不透明的云或散射的薄雾，模糊了我们观察这些大气层组成的能力。在这里，我们报告的观察HAT-P-11b（~4地球半径）从光学到红外的透射光谱。我们在1.4微米波长处检测到水蒸气吸收。水吸收的幅度（约为百万分之250）表明行星大气在~1毫巴以下主要是清洁的，并且足够富含氢以显示大尺度高度。该光谱表明行星大气的重元素丰度上限约为太阳的700倍。这与行星形成的核心吸积理论非常一致，在该理论中，气体巨行星通过直接将原行星星云中富含氢的气体吸积到一个巨大的岩石或冰的核心上来获得它们的大气层。
2014-09-29 astro-ph.EP
Rayleigh Scattering in the Atmosphere of the Warm Exo-Neptune GJ 3470b
GJ 3470 b是一颗温暖的海王星大小的行星，它正穿过一颗M矮星。像其他少数已经获得透射光谱的小型系外行星一样，GJ 3470 b在近红外和中红外波段表现出平坦的光谱。最近，在其大气中探测到瑞利散射的尝试性报道。这个信号表现为观测到的行星半径随着可见光波长的减小而增加。我们着手验证这一探测结果，并利用LCOGT网络和柯伊伯望远镜在四个不同的波段（Sloan g '，Sloan i'，Harris B和Harris V）观察了这颗行星的几次凌日。我们的分析揭示了一个强大的瑞利散射斜率，从而证实了以前的结果。这使得GJ 3470 b成为已知最小的具有瑞利散射检测的系外行星。我们发现，最合理的情况是氢/氦为主的大气层覆盖的云，模糊的红外线和薄雾，从而引起可见光散射的吸收功能。我们的研究结果表明，即使使用米级望远镜，也可以从地面进行系外行星大气特征描述。
2015-11-17 astro-ph.EP
The atmospheric chemistry of the warm Neptune GJ 3470b: influence of metallicity and temperature on the CH4/CO ratio
目前的观测技术能够探测一些巨型系外行星的大气层，并获得有关其大气成分的一些线索。然而，从观测中得出的化学成分并没有得到充分的了解，例如CH 4/CO丰度比的情况，这一比例的推断往往与化学模型的预测不同。最近，温暖的海王星GJ 3470 b被发现，由于它距离我们很近，过境深度很高，因此它是一个非常有希望的候选者，可以对其大气进行后续表征。我们研究GJ 3470 b的大气成分，以便与该行星的当前观测结果进行比较，为未来的观测做准备，同时也作为一个典型的案例研究，以了解温暖（亚）海王星的化学成分。这种大气层的金属丰度完全不确定，可能高达太阳的100倍。我们探索未知参数的空间，以预测可能的大气成分的范围。在探索的参数空间内，我们发现，在大多数情况下，甲烷是主要的含碳物种。然而，我们发现，在某些情况下，典型的高金属丰度与足够高的温度的CH 4/CO丰度比可以变得低于1，建议由其他温暖的（亚）海王星，如GJ 1214 b和GJ 436 b的一些多波长光度观测。至于GJ 3470 b的发射光谱，红外波长处的亮度温度可能在400和800 K之间变化，这取决于热分布和金属丰度。与高温分布相结合，相对于太阳能组成，重元素的显著富集系数为100，可以改变碳平衡，有利于一氧化碳，牺牲CH 4。然而，目前对这颗行星的观测还不能确定哪种模型更准确。
2013-12-18 astro-ph.EP
The Limits of the Primitive Equations of Dynamics for Warm, Slowly Rotating Small Neptunes and Super Earths
我们提出了显着的差异，在模拟大气流动温暖，潮汐锁定的小海王星和超级地球（基于名义GJ 1214 b）时，解决简化的，常用的，原始的动力学方程或完整的纳维-斯托克斯方程。在同一个模型中，使用几乎相同的数值设置进行的模拟之间的主导的超旋转纬向射流是显着不同的。这种差异是由于所谓的“浅流体”和传统近似法的崩溃而产生的，当旋转速度减慢时，这种近似法就会崩溃，昼夜温度对比就会增加。模拟求解完整和简化方程之间的纬向平流的变化导致大气热量再分配的显着差异，改变了大气中最热部分的位置以及昼夜之间的温度对比。对大气化学的影响，因此，观测需要研究一个模型，包括一个更详细的处理辐射转移和化学。小海王星和超级地球是非常丰富和重要的，潜在的桥梁的结构特性（质量，半径，组成）的陆地和气体巨行星。我们的研究结果表明，在解释这些行星的原始运动方程模型的输出时，需要小心。
2018-12-06 astro-ph.EP
New constraints on the planetary system around the young active star AU Mic. Two transiting warm Neptunes near mean-motion resonance
AU Mic是一颗年轻、活跃的恒星，最近发现了它的凌日行星。我们报告我们的分析，它的TESS数据，在那里我们模拟了天龙座类型的准周期旋转调制的恒星黑子同时耀斑活动和行星凌日。我们测量了耀斑的发生率为6.35耀斑每天的耀斑振幅的范围内的恒星流量的$0.06\% < f_{\rm max} < 1.5\%$。我们采用贝叶斯MCMC分析来模拟AU Mic b的五次凌日，改进了对行星参数的约束。行星半径为$4.07\pm0.17$ ~R $_{\oplus}$，平均密度为$1.4\pm0.4$ ~g~cm $^{-3}$，证实它是一颗海王星大小的中等膨胀行星。虽然之前在TESS数据中报告了可能由第二颗行星引起的单一特征，但我们报告了在2020年7月的新TESS观测中检测到的另外两个类似凌日的事件。这是该系统中存在第二颗行星（AU Mic c）的重要证据。我们分析了它的三次凌日，得到了它的轨道周期为$18.859019\pm0.000016$ ~d，行星半径为$3.24\pm0.16$ ~R $_{\oplus}$，这将它定义为一颗温暖的海王星大小的行星，预计质量在2.2~M $_{\oplus}$ ~ $< M_{\rm c} < $ 25.0~M $_{\oplus}$之间。系统中的两颗行星处于近9：4的平均运动共振状态。我们表明，这种配置是动态稳定的，应该产生过境时序变化（TTV）。我…
2021-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
TESS delivers its first Earth-sized planet and a warm sub-Neptune
系外行星科学的未来是光明的，正如TESS再次证明了迄今为止发现的最长时间确认的行星。我们在此介绍HD 21749b（TOI 186.01），一个在36天轨道上围绕明亮（V = 8.1）附近（16 pc）K4.5矮星的亚海王星。TESS测量HD 21749 b为2.61 $^{+0.17}_{-0.16}$ $R_{\oplus}$，结合档案和后续精确径向速度数据，将行星质量定为$22.7^{+2.2}_{-1.9}$ $M_{\oplus}$。HD 21749 b符合TESS 1级科学要求，即提供50颗小于4 $R_{\oplus}$的凌日行星。此外，我们还报告了TESS发现的第一颗地球大小（$R_p = 0.892^{+0.064}_{-0.058} R_{\oplus}$）行星HD 21749 c（TOI 186.02）。HD21749系统是多行星系统中行星组成和结构比较研究的主要目标。
2019-04-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
The SOPHIE search for northern extrasolar planets XV. A Warm Neptune around the M-dwarf Gl378
我们提出了一个温暖的海王星轨道的M-矮星G1378的检测，使用径向速度测量获得的SOPHIE摄谱仪在天文台上普罗旺斯。这颗恒星是在索菲系外行星联盟的子项目中观测到的，该项目致力于寻找M矮星周围的行星。Gl 378是一颗M1恒星，距离14.96 pc。发现的这颗行星名为Gl 378 b，最小质量为13.02 $\rm M_{Earth}$，轨道周期为3.82天，位于热海王星沙漠的下边界。作为M矮星周围为数不多的此类行星之一，Gl 378 b为这些近距离行星的演化历史提供了重要线索。特别地，0.1的偏心率可能指向高偏心率偏移。这颗行星也可能由于辐射而失去了部分外壳。
2019-02-15 astro-ph.EP
Superabundance of Exoplanet Sub-Neptunes Explained by Fugacity Crisis
半径为2-3 $R_\bigoplus$的凌日行星比更大的行星要多得多。我们认为，这种下降是如此突然，因为在$R$ $\sim$ 3 $R_\bigoplus$，大气层的基础压力足够高，大气很容易溶解成岩浆，这种隔离作为一个强大的刹车进一步增长。这个想法的可行性证明了使用一个简单的模型。我们的研究结果支持广泛的岩浆-大气平衡亚海王星，亚海王星的形成和大气化学的许多影响。
2019-12-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
A Mirage or an Oasis? Water Vapor in the Atmosphere of the Warm Neptune TOI-674 b
我们报告的观测最近发现的温暖的海王星TOI-674 b（5.25 \rearth{}，23.6 \mearth{}）与哈勃太空望远镜的宽视场相机3仪器。TOI-674 b位于海王星沙漠，这是一个在短轨道周期内观测到的海王星大小的系外行星。沙漠中的行星被认为由于光蒸发质量损失或轨道迁移而具有复杂的演化历史，因此识别其大气层的成分对于了解其起源至关重要。我们用G141棱镜获得了行星大气的近红外透射光谱。在提取、去趋势和拟合光谱光变曲线以测量行星的透射光谱之后，我们使用petitRADTRANS大气光谱合成代码对行星的大气进行检索，以确定存在哪些吸收剂。这些结果表明，由于在2.9 $σ$（贝叶斯因子= 15.8）处的水蒸气，在1.4 $μ$ m处的吸收增加的中等证据，以及在2.2 $σ$（贝叶斯因子= 4.0）处存在云的弱证据。TOI-674 b是进一步研究的强有力候选者，以完善水丰度，这是我们的数据限制很差。我们还结合了新的TESS短节奏光学测光，以及斯皮策/IRAC数据，并重新调整了行星的过境参数。我们发现这颗行星有以下凌日参数：$R_p/R_* = 0.1135\pm0.0006$、$T_0 = 2458544.523792\pm0.000452$ BJD和$P = 1.977198\pm0.00007$ d。这些测量完善了行星半径的估计，并改善了未来对这个非常有趣的温暖海王星的过…
2022-08-24 astro-ph.EP
Monosilane Worlds: Sub-Neptunes with Atmospheres Shaped by Reduced Magma Oceans
本文提出考虑H₂O溶解进入岩浆洋后，单硅烷可在具有无FeO还原岩浆洋的亚海王星大气中持续存在，并通过一维大气化学模型揭示其摩尔分数可达0.1–10%，为未来探测还原岩浆洋岩石核心提供依据。
2025-05-06 astro-ph.EP
HD 56414 b: A Warm Neptune Transiting an A-type Star
我们报告了TESS数据中的发现和HD 56414 b（又名HD 56414 b）的验证。TOI-1228 b），一颗海王星大小（$R_{\rm p} = 3.71 \pm 0.20\, R_\oplus$）的行星，轨道周期为29天，在TESS南连续视区凌日一颗年轻（年龄= $420 \pm 140$ Myr）的A型恒星。HD 56414是最热的恒星（$T_{\rm eff} = 8500 \pm 150 \, {\rm K}$）之一，拥有一颗已知的亚类木行星。HD 56414 b位于行星半径-热辐射通量空间中炎热的海王星沙漠的边界，这表明该行星可能正在经历质量损失。为了探索这一点，我们采用了光蒸发模型，采用了高近紫外连续辐射的A型恒星。我们发现，如果行星的质量是$\ge 8 \, M_\oplus$，那么在A型恒星典型的1-Gyr主序星寿命内，行星可以保留大部分的大气。我们的模型还预测，质量为$< 14 \, M_\oplus$的海王星大小的行星在1 Gyr以上容易受到总大气剥离的影响，这暗示了以前在FGKM型恒星周围观察到的热海王星沙漠可能延伸到A型恒星。
2022-08-12 astro-ph.EP
The Role of Intrinsic Temperature and Vertical Mixing in Characterizing Sub-Neptune Atmospheres
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Southeastern Universities Research Association（东南部大学研究协会）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）；University of Washington（华盛顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文通过探索固有温度与垂直混合参数的全面范围，揭示其对类海王星大气成分的影响，以更准确地表征其大气结构。
2026-01-26 astro-ph.EP
Can Carbon Fractionation Provide Evidence for Aerial Biospheres in the Atmospheres of Temperate Sub-Neptunes?
对其他星球生命迹象的搜寻主要集中在类地行星上。然而，最近的研究认为，生命可能存在于温带亚海王星的大气中。在这里，我们评估二氧化碳同位素作为空中生命证据的有用性。碳同位素特别重要，因为代谢过程优先使用较轻的$^{12}$ C而不是$^{13}$ C。原则上，即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将能够光谱解析CO $_{2}$的$^{12}$ C和$^{13}$ C同位素，但不能解析CO和CH $_{4}$。我们模拟了观测CO $_{2}$同位素在H $_{2}$为主的大气中我们最近的（$< 40$ pc），温带（平衡温度为250-350 K）次海王星与M矮宿主星。我们发现$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$是可区分的，如果大气层是H $_{2}$为主的几个百分点的CO $_{2}$的最理想的目标与地球一样的组成的两个最丰富的同位素，$^{12}$ CO $_{2}$和$^{13}$ CO $_{2}$。由于类海王星的金属丰度为100 $\times$太阳能，C/O为0.55，我们无法在温带次海王星的大气中区分$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$。如果大气成分基本上遵循金属丰度标度，则在H $_{2}$占主导地位的大气中，CO $_{2}$的浓度将过低，无法区分CO $_{2}$同位素与JWST。相比之下，在较高…
2022-05-12 astro-ph.EP
Sub-Neptunes as Soot Factories: Deep Atmosphere Hydrocarbon Formation and Quenching as the Origin of Sub-Neptune Aerosol Trends
The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Maryland（马里兰大学）
研究通过构建最全面的碳反应网络，揭示了深大气中碳氢化合物形成与淬灭机制，解释了亚 Neptune 气溶胶趋势的化学起源。
2026-05-02 astro-ph.EP
Investigating potential causes for high inferred intrinsic temperatures of warm transiting Neptune and Sub-Neptune planets
University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam（波茨坦莱布尼茨天体物理研究所）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；The Open University of Israel（以色列开放大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Carnegie Institution for Science（卡内基科学学会）
本研究探讨温暖凌星海王星及亚海王星行星高推断内部温度的三种可能原因，发现潮汐加热和硅酸盐雨出不太可能，而云凝结可降低温度但仍高于预测，未来需结合热辐射和甲烷丰度测量以区分。
2026-09-29 astro-ph.EP
The SPACE Program. I. The featureless spectrum of HD 86226 c challenges sub-Neptune atmosphere trends
本研究通过HST数据表征了炽热亚海王星HD 86226 c，发现其透射光谱无特征，排除了无云太阳金属丰度大气，表明该行星可能具有高金属丰度大气或非典型云层，挑战了已有的亚海王星气溶胶趋势。
2025-08-13 astro-ph.EP
Characterising Atmospheres of Cloudy Temperate Mini-Neptunes with JWST
即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）承诺在使用凌日光谱学研究温和的迷你海王星大气方面发生一代人的转变。然而，高海拔云的威胁，阻碍他们的大气特性的静音光谱特征。在这项研究中，我们系统地调查JWST仪器配置的特点多云的小海王星大气，评估仪器选择和波长覆盖的重要性，重点是近红外光谱仪和NIRSpec。我们认为两个温和的迷你海王星附近的M矮星，K2-18 b和TOI-732 c，平衡温度低于400 K，作为案例研究和评估使用不同的仪器配置，每个仪器一个过境的意见。我们发现，他们的JWST透射光谱与适度的观测时间和足够的波长覆盖范围可以提供精确的丰度限制的关键分子H2O，CH 4和NH3，即使在显着高海拔的云的存在下。最佳约束条件是通过组合所有三个高分辨率NIRSpec光栅（G140 H + G235 H + G395 H）获得的，这些光栅共同跨越~1-5 $μ$ m范围。使用这种三仪器配置进行的单次凌日观测允许对K2-18 b和TOI-732 c的云顶压力分别进行精确的丰度限制，分别低至3 mbar和0.1 mbar，假设标称太阳金属丰度为10倍。约束因工具组合而异。我们发现，NIRSpec G235 H + G395 H是最佳的双仪器配置，而NIRISS或NIRSpec G235 H是最佳的单仪器观测。如果没有高空云层，即使是单仪器观测也可以为这些行星提供良好的丰度限制。我们的研究…
2022-05-03 astro-ph.EP
Information content of JWST-NIRSPEC transmission spectra of warm Neptunes
温暖的海王星为了解大气层外化学提供了丰富的机会。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的即将到来，有必要阐明望远镜时间投资与科学收益之间的平衡。我们使用随机森林的监督机器学习方法对来自各种NIRSpec模式的透射光谱的11参数模型进行信息内容分析。三个最蓝的中等分辨率NIRSpec模式（0.7 - 1.27微米，0.97 - 1.84微米，1.66 - 3.07微米）对CO的存在不敏感。最红的中等分辨率模式（2.87 - 5.10微米）对我们模型中假设的所有分子都很敏感：CO，CO2，CH 4，C2 H2，H2O，HCN和NH3。它有效地与三个最蓝的模式竞争云丰度和颗粒大小的信息编码。在除温度和氨丰度外的每个参数的推断上，它也与低分辨率棱镜模式（0.6 - 5.3微米）竞争。我们建议天文学家使用最红的中等分辨率NIRSpec模式来研究800-1200 K温暖海王星的大气化学;其相应的高分辨率对应物提供了递减的回报。我们将我们的研究结果与以前的JWST信息内容分析进行比较，这些分析有利于蓝色订单，并建议如果这种假设不适用，对化学平衡的依赖可能会导致有偏见的结果。提出了一种简单的、与压力无关的、基于测量H2O、CO和CO2丰度的化学不平衡诊断方法。
2020-05-07 astro-ph.EP
Impact of Clouds on the Atmosphere-Mantle Interface of Sub-Neptunes
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系）；NASA Ames Research Center（NASA艾姆斯研究中心）；SETI Institute（SETI研究所）
使用PICASO 1D气候模型耦合内部结构和岩浆-大气化学框架，量化云如何改变亚海王星的大气和内部结构，发现云会导致深层加热和浅层冷却，并显著改变界面组成。
2026-05-26 astro-ph.EP
Non-detection of Helium in the Upper Atmospheres of Three Sub-Neptune Exoplanets
我们提出了在三个亚海王星大小的行星的上层大气中寻找氦，以调查这些无处不在的物体的起源。低密度行星中氦的检测将成为原行星星云吸积初级大气存在的强有力证据，因为预计岩石行星的次级大气中不会存在大量氦。我们使用Keck+NIRSPEC获得了行星GJ1214b，GJ9827d和HD97658b围绕10，833 Ang He三重态特征的高分辨率凌日光谱。我们没有检测到任何行星的氦吸收，尽管达到了高水平的灵敏度。我们通过比较一维模型的网格与数据，使用未检测来设定行星热层温度和大气损失率的限制。我们还进行了内部结构和大气损失的耦合计算，这表明行星的大部分大气（风）相对于其原始组成来说，氦的含量最多会适度增加（耗尽）。我们对GJ1214 b和GJ9827 d的氦三重态的探测不足，与这些行星目前质量损失模型的预测高度不一致。需要更高的信噪比数据来检测HD97658b预测的氦特征。我们确定的不确定性，在EUV通量的宿主恒星和缺乏详细的质量损失模型，专门为冷却和金属增强的大气作为我们的结果的解释的主要限制。最终，我们的研究结果表明，亚海王星行星的上层大气与气体巨行星的大气有着根本的不同。
2020-10-05 astro-ph.EP
Strong fractionation of deuterium and helium in sub-Neptune atmospheres along the radius valley
研究使用 IsoFATE 模型模拟亚海王星大气逃逸中的氘和氦分馏，发现分馏机制和质量保留依赖性可为探究半径谷起源、行星表面压力及区分行星类型提供新策略。
2024-04-26 astro-ph.EP
The D/H ratio in the atmospheres of Uranus and Neptune from Herschel PACS observations
本文分析了Herschel-PACS对天王星和海王星大气中转动R（0）和R（1）HD线的测量结果，以获得两颗行星更精确的D/H比。D/H比的推导还包括红外空间天文台（ISO）上的短波光谱仪先前对R（2）线的测量。讨论了三个转动跃迁的谱线信息，并将其应用于辐射转移计算。所有三条线的最佳同时拟合只需要与天王星的斯皮策温度廓线有一个微小的偏离，与海王星的旅行者温度廓线的偏离限制在2K以内（都在对流层顶附近）。天王星和海王星的D/H比值非常相似，分别为（4.4 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$和（4.1 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$。虽然氘富集在两个大气相比，原太阳值得到证实，它被发现是较低的相比，以前的分析。使用Podolak et al.（1995），Helled et al.（2011）和Nettelmann et al.（2013）的内部模型，并假设在行星历史中大气和内部发生完全混合，我们推导出天王星原行星冰的D/H介于（5.75--7.0）$\times10^{-5}$之间，海王星介于（5.1--7.7）$\times10^{-5}$之间。相反，采用彗星的D/H为（15-30）$\times10^{-5}$之间的原行星冰，我们限制两颗行星的内部模型有一个冰的质量分数为14- 32%，即这两颗行星是岩石为主。
2013-01-24 astro-ph.EP
Spectrally resolved helium absorption from the extended atmosphere of a warm Neptune-mass exoplanet
恒星加热导致靠近的系外行星的大气层膨胀和逃逸。这些扩展的大气很难观测，因为它们的主要光谱特征--紫外波长的中性氢--被星际介质强烈吸收。我们报告的近红外三重中性氦在过境温暖的海王星质量系外行星HAT-P-11b使用地基，高分辨率观测检测。氦特征在两次独立的凌日中是可重复的，平均吸收深度为1.08+/-0.05%。通过对该行星上层大气的3D模拟来解释吸收光谱，表明它延伸到5个行星半径之外，具有大尺度的高度和氦质量损失率< 3x10^5 g/s。吸收的净蓝移可能是由高空风以3 km/s的速度从白天向黑夜流动造成的。
2018-12-05 astro-ph.EP
