Surface Imaging of Proxima b and Other Exoplanets: Topography, Biosignatures, and Artificial Mega-Structures
看到海洋，大陆，准静态天气和系外行星的其他表面特征可能使我们能够探测和描述太阳系以外的生命。Proxima b行星位于恒星宜居带内，允许其表面有液态水，它可能与地球相似。然而，即使是计划中最大的望远镜也无法直接解析其表面特征。在这里，我们展示了一种反演技术，间接成像系外行星表面使用观察到的未解决的反射光变化的过程中的系外行星轨道和轴向旋转：系外行星表面成像（EPSI）。我们表明，反射光变曲线包含足够的信息来检测经度和纬度结构，并绘制系外行星表面特征。我们使用太阳系行星和卫星以及具有类地生命和人造巨型结构的模拟行星的例子来证明这一点。我们还描述了如何有可能推断行星和轨道几何光变曲线。特别是，我们展示了如何Proxima b的Rehendo地图可以成功地重建潮汐锁定，共振，解锁轴向和轨道旋转。这种在不同波长通带下获得的太阳能地图可以提供遥远系外行星的“摄影”视图。我们估计成功反演所需的信噪比，并分析Proxima b和其他附近系外行星的第一张表面图像所需的望远镜和探测器要求。
2017-11-01 astro-ph.EP
Habitable Climate Scenarios for Proxima Centauri b With a Dynamic Ocean
附近的系外行星Proxima Centauri b将是未来表征的主要目标，尽管它的水保留问题。海洋静止的气候模型表明，一个类似地球的Proxima b可以在相当温暖的温度下拥有一个小的地表液态水的向阳面区域，尽管它的星座很弱。我们提出了第一个三维气候模拟的Proxima b与动态海洋。我们发现，海洋覆盖的Proxima b可能有更广泛的表面液态水，但在更冷的温度比以前建议，由于海洋热传输和抑郁症的冰点盐度。温室气体浓度升高并不一定会产生更多的公海面积，因为可能会发生动态变化。对于一条通往高盐海洋的进化路径，Proxima b可能是一个由嗜盐生命主导的有人居住的，大部分开放的海洋行星。对于3：2自旋轨道共振的海洋行星，在中等偏心率下存在永久的热带水带。对Proxima Centauri b的模拟也可能是一个模型，用于研究行星的可居住性，这些行星从稍冷或温暖的恒星接收类似的星座，例如，在TRAPPIST-1、LHS 1140、GJ 273和GJ 3293系统中。
2017-09-07 astro-ph.EP
Magnetic properties of Proxima Centauri b analogues
在距离我们太阳最近的恒星Proxima Centauri周围发现一颗行星，代表了系外行星模型可测试性的巨大飞跃。与任何其他发现的系外行星不同，Proxima b的模型可以与近期的望远镜观测和遥远的未来现场测量进行对比。在本文中，我们的目标是预测的行星半径和磁性（发电机寿命和磁偶极矩）的Proxima b类似物（固体行星的质量为$\sim 1-3\,M_\oplus$，旋转周期数天和可居住的条件）。为此目的，我们建立了一个网格的行星模型与广泛的组成和质量。对于网格中的每个点，我们运行在\citet{Zuluaga2013}中开发的行星演化模型。我们的模型假设轨道偏心率小，潮汐加热可以忽略不计和地球一样的放射成因地幔元素丰度。我们设计了一种统计方法来估计所需的行星属性的后验分布，假设简单的先验分布的轨道倾角和散装组成。我们的模型预测Proxima b的质量为$1.3\leq M_{\rm p}\leq 2.3\,M_{\oplus}$，半径为$R_{\rm p}=1.4^{+0.3}_{-0.2}\,R_{\oplus}$。在我们的模拟中，大多数Proxima b类似物发展出持续$\geq$ 4 Gyr（宿主恒星的估计年龄）的内在发电机。如果还活着，Proxima b的发电机有一个偶极矩${\cal M}_{\rm dip}>0.32^{\times 2.3}_{÷2.9}{\cal …
2017-12-12 astro-ph.EP
Exploring the climate of Proxima B with the Met Office Unified Model
我们提出了新发现的行星Proxima Centauri B的气候模拟结果，使用气象局统一模型（UM）进行。我们研究了“类地球”大气层和简化的氮气和微量二氧化碳大气层对Proxima Centauri B可能接收到的辐射的响应。此外，我们探索轨道偏心率的行星条件的影响，使用一系列的偏心率的观测约束。总的来说，我们的结果与以前的研究一致，表明Proxima Centauri B可能具有有利于液态水存在的地面温度。此外，我们已经扩大了参数制度，行星可能支持液态水更高的偏心率值（>= 0.1）和较低的入射通量（881.7 Wm-2）比以前的工作。这种增加的参数空间是因为行星对恒星通量变化的敏感性低，这是恒星光谱和轨道配置的结果。然而，我们也发现有趣的差异，从以前的模拟，如冷却器的平均地面温度的潮汐锁定的情况下。最后，我们已经产生了高分辨率的行星发射和反射光谱，并突出了对地球上复杂生命进化至关重要的气体（氧气，臭氧和二氧化碳）的特征。
2018-08-24 astro-ph.EP
Implications of tides for life on exoplanets
从比邻星和TRAPPIST-1的例子中可以明显看出，在低质量恒星的宜居带中，地球大小的行星是常见的。在这里，我们专注于这样的行星系，并认为他们的（海洋）潮汐可能会更加突出，由于更强的潮汐力。我们确定的条件下，潮汐可能会产生显着的积极影响的生物过程，包括非生物发生，生物节律，营养物质上涌和刺激光合作用。我们总结了我们的分析与识别大规模的藻类水华作为潜在的时间生物特征反射光变曲线，可以间接产生的结果，强大的潮汐力。
2018-07-23 astro-ph.EP
A radio technosignature search towards Proxima Centauri resulting in a signal-of-interest
探测地球以外的生命是一项持续的科学努力，具有深远的影响。其中一种方法被称为搜寻地外智慧生命（SETI），它试图找到工程信号（“技术信号”），表明地球以外存在具有技术能力的生命。在这里，我们报告了在~982 MHz的窄带信号的检测，记录在观测期间对Proxima Centauri与Parkes Murriyang射电望远镜。这个信号，“BLC 1”，具有与假设的技术特征大致一致的特征，是迄今为止最引人注目的候选者之一。BLC 1的分析--我们最终认为它是一种不寻常的但局部产生的干扰形式--在一篇配套论文中提供（Sheikh等人，2021年）。尽管如此，我们对Proxima Centauri的观测是有史以来对恒星目标进行的最敏感的无线电技术特征搜索。
2021-11-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.pop-ph
The habitability of Proxima Centauri b. I. Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present
Proxima b是一颗最小质量为1.3百万分之一的行星，轨道位于半人马座Proxima的宜居带（HZ）内，这是一颗非常低质量的活跃恒星，也是太阳最近的邻居。在这里，我们调查了一些相关的因素，Proxima b的潜在的可居住性和它的能力，以保持其表面上的液态水。我们通过估计行星当前的高能辐照度来设定阶段，并表明行星目前接收的EUV辐射是地球的30倍，X射线是地球的250倍。我们计算恒星光谱的时间演化，这是必不可少的模拟在比邻星b的一生中收到的通量。我们还表明，Proxima b的平行度可能为零，它的自旋是同步的或在3：2的自旋轨道共振，这取决于行星的偏心率和水平的三轴性。接下来，我们考虑Proxima b的水库存的演变。我们使用我们的光谱能量分布计算从行星的氢损失与改进的能量有限逃逸形式主义。尽管恒星活动水平很高，但我们发现Proxima b在形成后达到1亿至2亿赫兹之前，可能损失的氢少于地球海洋的价值。我们工作中最大的不确定性是初始水预算，它不受行星形成模型的约束。我们的结论是比邻星b是一个可行的候选宜居行星。
2016-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
The cosmic shoreline: the evidence that escape determines which planets have atmospheres, and what this may mean for Proxima Centauri b
太阳系的行星按照日射量（$I$）和逃逸速度（$v_{\mathrm{esc}}$）排列时，可以整齐地分为有大气层的和没有大气层的两类。分界线是$I \propto v_{\mathrm{esc}}^4$。有报道的质量和半径的系外行星被证明是与太阳系趋势的外推相反的，形成了一条隐喻性的宇宙海岸线，将所有行星团结在一起。$I \propto v_{\mathrm{esc}}^4$关系可能涉及热逃逸。因此，我们解决的流体动力热逃逸模型的一般行为，从冥王星到高辐射太阳系外巨行星（EGPs）。能量有限的逃逸更难测试，因为大量的XUV辐射主要是年轻恒星的特征，因此需要使用代理和幂律外推到历史XUV通量（$I_{\mathrm{xuv}}$）。能量有限的海岸线应按比例缩放为$I_{\mathrm{xuv}} \propto v_{\mathrm{esc}}^3\sqrtρ$，这与明显的$I_{\mathrm{xuv}} \propto v_{\mathrm{esc}}^4$关系明显不同。能量限制逃逸提供了良好的定量协议的高度辐照EGPs。扩散限制逃逸意味着没有一颗行星能以H $_2$的形式失去超过1%的质量。撞击侵蚀，在某种程度上，撞击速度$v_{\mathrm{imp}}$可以估计为系外行星，适合$v_{\mathrm{imp}} \approx 4\,-\,5\, v_{\mathrm{es…
2017-07-13 astro-ph.EP
Detecting Proxima b's atmosphere with JWST targeting CO2 at 15 micron using a high-pass spectral filtering technique
系外行星Proxima b将是未来几十年寻找地外生命的重要实验室。在这里，我们讨论了在15 μ m处使用光谱滤波技术与中红外仪器（MIRI）的中分辨率摄谱仪（MRS）模式的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的二氧化碳探测的前景。在优合点时，预计这颗行星与恒星的对比度高达100 ppm。在R=1790-2640的光谱分辨率下，在13.2-15.8 um（3B）波段内可以看到大约100个光谱CO2特征，这些特征可以结合起来，根据大气温度结构和CO2丰度，将行星大气信号提高3-4倍。如果大气条件有利（假设有类似地球的大气），通过这种新的互相关技术的应用，可以在JWST观测的几天内检测到二氧化碳。然而，这只有在仪器光谱响应和恒星光谱都能被确定到相邻光谱通道之间<= 1 e-4的相对精度时才能实现。绝对流量校准是不需要的，该方法是不敏感的主机星的强宽带变化。要精确校准主星的光谱特征，只有在作为参考的次合期间对系统进行深入观测才能实现。MIRI MRS的高通滤波器光谱技术可以在温暖的彗星、海王星和超级地球上进行测试，其行星/恒星对比度比Proxima系统高得多。
2017-08-24 astro-ph.EP
How to Characterize Habitable Worlds and Signs of Life
对围绕其他恒星运行的系外行星的探测彻底改变了我们对宇宙的看法。初步结果表明，它充满了迷人的岩石行星多样性，包括那些在宜居带。即使是离我们最近的恒星，比邻星，也在它的宜居带中拥有一颗小行星，比邻星b。有了下一代望远镜，我们将能够窥视岩石行星的大气层，并瞥见其他世界。使用我们自己的星球及其广泛的生物群作为罗塞塔石碑，我们探索如何在星际距离上探测系外行星的可居住性和生命迹象。目前的望远镜还没有强大到足以描述可居住的系外行星，但已经建造的下一代望远镜将有能力描述附近的可居住世界。关于是什么使行星成为栖息地以及如何探测生命迹象的讨论很活跃。这篇评论将展示最新的结果，如何识别和描述这些可居住世界的挑战，以及不久的将来望远镜将如何彻底改变该领域。在人类历史上，我们第一次开发出了探测潜在宜居世界的技术。发现数以千计的系外行星已经把比较行星学的领域带到了太阳系之外。
2019-11-11 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
How far are Extraterrestrial Life and Intelligence after Kepler ?
开普勒任务表明，所有恒星中的很大一部分可能有一颗地球大小的可居住行星。一个戏剧性的支持是最近探测到的Proxima Centauri b。使用德雷克方程一样的形式主义，我推导出一个方程的丰富的生物行星作为一个功能的相对温和的不确定性，在天文数据和（但未知）的概率生物生命的进化，FB。我认为，Fb可能是估计未来的光谱观测系外行星的生物标志物。因此，如果Fb不是很小，那么在距离地球约10光年的范围内可能会有一颗生物行星。扩展这种分析先进的生活，我推导出表达式的距离推定文明的两个额外的德雷克参数-进化的文明，Fc的概率，其平均寿命。假设德雷克参数（Fb~Fc~1）是“乐观的”值，广播持续时间为几千年，那么SETI探测到的最近文明的可能距离为几千光年。最后计算了目前和未来的射电望远镜如Arecibo和SKA探测智能信号的距离和概率，以及它如何约束德雷克参数。
2016-12-12 astro-ph.EP
Physical constraints on the likelihood of life on exoplanets
系外行星学中最基本的问题之一是确定一个给定的行星是否适合居住。我们通过考虑关键的物理特征，如温度对生态和进化过程的作用，以及通过流体动力学逃逸和恒星风蚀造成的大气损失，来估计行星宜居倾向的相对可能性。从我们的分析中，我们表明，地球大小的系外行星在M矮星周围的宜居带似乎显示出相对于地球更低的宜居前景，由于更高的入射紫外线通量和更近的距离到主恒星。我们通过专门计算最近发现的系外行星Proxima b和TRAPPIST-1 e（支持生命）的可能性来说明我们的结果，我们发现它们比地球小几个数量级。
2017-07-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detectability Simulations of a NIR Surface Biosignature on Proxima Centauri b with Future Space Observatories
本研究模拟未来空间望远镜LUVOIR系列及HWO对半人马座比邻星b上1μm吸收的近红外表面生物印记的可探测性，发现1-4%以上覆盖率即可探测，15pc内系外行星也有探测可能。
2024-09-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric characterization of Proxima b by coupling the Sphere high-contrast imager to the Espresso spectrograph
上下文温和的地球质量行星Proxima b是距离地球最近的系外行星，可能是我们在太阳系外寻找生命的最佳机会。目的。我们的目标是直接探测Proxima b，并通过空间分辨行星并获得高分辨率反射光谱来表征其大气层。方法.我们建议开发SPHERE高对比度成像仪和新的ESTERO光谱仪之间的耦合接口，两者都安装在ESO VLT。比邻星b和它的主星之间的角距为37质量，需要使用8.2米的望远镜使用可见光波长来空间分辨这颗行星。据估计，Proxima b的行星与恒星的反射光对比度约为10^-7，单用SPHERE探测它极具挑战性。然而，将SPHERE的~10^3-10^4对比度增强与ESTERO的高光谱分辨率相结合，可以揭示行星的光谱特征，并将它们与恒星的光谱特征分开。结果我们发现，对SPHERE和ESTERO进行重大但现实的升级将使对行星的5-sigma检测成为可能，并在20-40个望远镜时间的夜晚测量其真实质量和质量，假设类似地球的大气成分。此外，还可以探测627、686和760 nm处的O2谱带，717 nm处的水蒸气谱带和715 nm处的甲烷谱带。特别是，3.6西格玛探测O2可以在大约60个夜晚的望远镜时间。考虑到该行星的最佳可观测性条件，这些观测需要在3年内进行。结论. Proxima b的存在和SPHERE-ESSENO的协同作用代表了在不久的将来探测系外行星生物特征的独特机会。这也…
2017-01-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
No snowball on habitable tidally locked planets
TRAPPIST-1，Proxima Centauri和LHS 1140系统是未来对潜在居住行星进行后续观测的最令人兴奋的前景。所有的轨道都在M星附近，并且可能被潮汐锁定在1：1的自旋轨道状态，这促使人们考虑潮汐锁定可能对行星可居住性的影响。在地球上，全球冰川期（雪球）可能对可居住性和遥远的生命迹象（生物特征）至关重要，因为它们与生命复杂性和大气氧浓度的增加有关。在本文中，我们研究了雪球分叉（突然发生的全球冰川）潮汐锁定行星使用的能量平衡模式和中等复杂度的全球气候模式。我们表明，潮汐锁定的行星是不可能表现出一个雪球分叉作为一个直接的结果，他们收到的太阳辐射的空间格局。相反，它们将平稳地从部分冰覆盖过渡到完全冰覆盖，然后再返回。这项工作的一个主要意义是，具有活性碳循环的潮汐锁定行星不应该以雪球状态被发现。此外，这项工作意味着，潮汐锁定的行星附近的外缘的宜居带与低CO2释气通量将平衡与一个小的unglaciated亚恒星区域，而不是循环之间的温暖和雪球状态。需要做更多的工作来确定缺乏雪球分叉可能会如何影响潮汐锁定行星上的生命发展。
2017-07-14 astro-ph.EP
The impact of Ozone on Earth-like exoplanet climate dynamics: the case of Proxima Centauri b
本研究利用耦合气候化学模型和动力学系统理论，探讨了交互式臭氧对 Proxima Centauri b 大气温度、风速及复合动力学的影响，发现其显著改变了该类地系外行星的化学与气候动力学。
2024-04-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Ozone chemistry on tidally locked M dwarf planets
我们使用英国气象局统一模型来探索潮汐锁定M矮行星的潜力，名义上比邻星b由其宿主恒星的静止版本照射，以维持大气臭氧层。我们假设一个平板状的海洋表层，和一个类似地球的氮和氧的大气层，以及微量的臭氧和水蒸气。我们描述臭氧化学使用查普曼机制和氢氧化物（HO $_x$，描述的OH和HO $_2$）催化循环的总和。我们发现，比邻星辐射足够的紫外线能量来初始化查普曼机制。其结果是形成了一个薄而稳定的臭氧层，在25公里处的峰值为百万分之0.75。大气臭氧的准稳态分布是由入射恒星辐射驱动的光解和大气传输决定的。臭氧的摩尔分数最小的是在最低的15公里的大气层中的亚恒星点和最大的夜侧环流。在15公里以上，臭氧分布主要由环绕地球的赤道急流控制。夜面臭氧分布主要由两个气旋性罗斯比环流，导致局部臭氧热点。在昼侧，大气寿命取决于HO $_x$催化循环和沉积到表面，而夜侧的寿命则是由于化学作用而比大气迁移的时间尺度长得多。表面紫外线值在星下点达到峰值，其值为0.01 W/m $^2$，受到上覆大气臭氧层的屏蔽，但更重要的是受到水蒸气云的屏蔽。
2019-12-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Biofluorescent Worlds II. Biological fluorescence induced by stellar UV flares, a new temporal biosignature
我们寻找生命迹象的第一个目标是围绕附近的M恒星运行，例如Proxima Centauri，Ross-128，LHS-1140和TRAPPIST-1系统中的行星。未来的地面发现，以及来自TESS任务的发现，将提供更多的近距离目标。然而，年轻的M星往往非常活跃，经常燃烧，导致HZ行星表面的紫外线通量对生物有害。生命（例如生活在地下或水下）使用的常见紫外线防护方法将使生物圈更难被探测到。然而，光保护生物荧光，“上移”紫外线到更长，更安全的波长，可以增加生物圈的可探测性。在这里，我们在可见光谱中的特定波长的间歇性发射所造成的生物荧光模型作为一个新的时间生物签名的行星周围活跃的M星。我们利用普通珊瑚荧光色素和蛋白质的吸收和发射特性，为这样一个系统中的类地行星创建模型光谱和颜色，考虑不同的表面特征，大气吸收和云层覆盖。我们发现，对于一个无云的行星生物荧光可能会引起亮度的暂时变化，这是显着高于单独的反射通量，造成高达两个数量级的变化，行星-恒星对比度相比，非荧光状态，如果表面完全覆盖着一个高效的荧光生物圈。因此，紫外线耀斑引起的生物荧光提出了以前未探索的可能性，一个新的时间生物签名，可以检测到的仪器，如那些计划用于极大的望远镜，并可能揭示隐藏的生物圈。
2019-08-12 astro-ph.EP
Impact of Stellar Superflares on Planetary Habitability
除了常规因素外，来自行星宿主恒星的系外行星空间天气事件所产生的高能辐射在促进或破坏可居住性的条件中也可发挥关键作用。本文首次提出了恒星耀斑对可居住性因子影响的定量评价体系，重点研究了恒星质子事件对可居住性因子的影响。我们从恒星的星斑大小推导出最大耀斑能量，并研究了耀斑相关电离辐射对一些具有良好特征的类地系外行星的CO $_2$，H $_2$，N $_2$ +O $_2$ -富大气的影响。我们基于粒子和重离子传输代码系统[PHITS]的模拟表明，在每个系外行星的地面大气压力（1巴）的情况下，每个行星的估计地面剂量不会超过复杂（多细胞）生命持续存在的临界剂量，即使是Proxima Centauri b，Ross-128 b和TRAPPIST-1 e的行星表面。然而，当我们考虑到这些主星可能产生的最大耀斑的影响时，在TRAPPIST-1 e和Ross-128 b的地球最低大气层深度，估计剂量达到致命水平。来自活跃恒星的大量日冕XUV辐射导致近距离系外行星的大气逃逸率很高，这表明大气层深度可能比地球上的要小得多。在大气层厚度为地球1/10的情况下，包括Proxima Centauri b和TRAPPIST-1 e在内的近距离行星的辐射剂量达到接近致命的剂量水平，其主恒星每年发生耀斑的频率。
2019-06-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
