Melting and metallization of silica in the cores of gas giants, ice giants and super Earths
在气体巨星、冰巨星和现在发现的质量高达地球质量数倍的类地系外行星的核心所遇到的条件下，硅酸盐的物理状态和性质仍然是未知的。在这里，我们报告的二氧化硅，SiO $_2$，高达4 TPa和约20，000 K的性能的理论预测使用第一性原理分子动力学模拟的基础上密度泛函理论。对于在超级地球和冰巨人中发现的条件，我们表明，二氧化硅仍然是一个不良的电导体高达10兆巴，由于增加的Si-O协调与压力。对于木星和土星的核心，我们发现MgSiO $_3$硅酸盐不仅分解成MgO和SiO $_2$，如以前的研究所示，但这两个阶段可能已经分化，导致一个核心的液体SiO $_2$和固体（Mg，Fe）O。
2014-08-17 astro-ph.EP
Giant Outer Transiting Exoplanet Mass (GOT 'EM) Survey. IV. Long-term Doppler Spectroscopy for 11 Stars Thought to Host Cool Giant Exoplanets
针对凌星法灵敏度外边缘的冷巨型系外行星，本研究通过11个系统的长期多普勒光谱与凌星测光联合建模，对多颗长周期行星进行了精确质量测量或设定质量上限，并发现部分“已确认”行星并非行星。
2024-01-05 astro-ph.EP
Aerosol Composition of Hot Giant Exoplanets Dominated by Silicates and Hydrocarbon Hazes
气溶胶在不同温度、质量和年龄的系外行星的大气中很常见。这些气溶胶强烈影响了对系外行星透射、反射和发射光的观测，模糊了我们对系外行星热结构和组成的理解。了解主要的气溶胶成分将有助于解释系外行星的观测结果，并从理论上了解其大气层。已经提出了各种组合物，包括金属氧化物和硫化物、铁、铬、硫和烃。然而，这些物种对系外行星气溶胶不透明度的相对贡献是未知的。在这里，我们表明，在传输中观察到的巨型系外行星的气溶胶成分主要是由硅酸盐和碳氢化合物。通过约束气溶胶微物理模型与巨大的系外行星传输光谱的趋势，我们发现，硅酸盐占主导地位的气溶胶不透明度以上的行星平衡温度950 K由于低的成核能垒和高元素丰度，而碳氢化合物气溶胶占主导地位低于950 K由于甲烷丰度的增加。我们的结果是强大的行星重力和大气金属丰度的变化范围内的最巨大的过境系外行星。我们预测，在中红外线的凝聚硅酸盐的光谱特征是最突出的热（>1600 K），低重力（<10 m s $^{-2}$）对象。
2020-05-25 astro-ph.EP
Rocky core solubility in Jupiter and giant exoplanets
气体巨星被认为是由氢氦气体在岩石和冰的初始原核周围吸积而形成的。核心的岩石部分是否会在形成后溶解到液态氢氦层中，这个问题对行星的结构和演化有着重要的意义。在这里，我们使用从头计算研究岩石溶解度的流体氢，选择MgO作为行星岩石材料的代表性例子，并发现MgO是高度可溶于H的温度超过约10000 K，这意味着显着的岩石核心材料在木星和更大的系外行星的重新分配。
2011-11-27 astro-ph.EP
The fate of moons of close-in giant exoplanets
结果表明，近距离巨行星卫星的命运主要取决于行星在原行星盘中的迁移历史。当行星从雪线外向一个多天周期的轨道迁移时，随着行星的影响范围缩小，形成和形成的卫星变得不稳定。潮汐驱动的迁移比卫星的潮汐轨道演化更快。卫星最终会从靠近的系外行星周围被弹射出来，或者在恒星的潮汐影响它们的轨道之前被迫与它们相撞。如果卫星在靠近的系外行星周围被发现，它们不太可能是在原地形成的，相反，它们是在绕行星逆行的轨道上从原行星盘捕获的。
2010-07-15 astro-ph.EP
Information in the Reflected Light Spectra of Widely Separated Giant Exoplanets
巨大的系外行星距离母恒星超过1天文单位，其大气环境足够冷，可以形成水和/或氨云。我们已经开发了一个新的平衡云和反射光谱模型，ExoREL，广泛分离的巨大系外行星。该模型包括氨在液态水云滴中的溶解，这是首次研究系外行星的影响。在保持温度和云凝结之间的因果关系的同时，ExoREL简单而快速，可以有效地探索参数空间。使用该模型，我们发现，一个巨大的系外行星的甲烷和云顶压力的混合比，可以唯一地确定从一个单一的观察其反射光谱的波长小于1微米，如果它有一个云甲板深约0.3巴。该测量通过甲烷的弱带和强带实现，并且需要20的信噪比。云压力一旦导出，就提供了关于行星内部热通量的信息。重要的是，我们发现，对于一个低的，像天王星一样的内部热通量，行星可以有一个深液态水云，这将隔离氨，并防止氨云的形成，否则将是最上层的云层。这种新发现的现象导致云顶压力对内部热通量的强烈敏感性。因此，来自未来直接成像任务的反射光光谱学不仅测量大气丰度，而且还描述巨型系外行星的热演化特征。
2019-11-14 astro-ph.EP
Acceleration of Cooling of Ice Giants by Condensation in Early Atmospheres
行星目前的红外亮度部分来源于行星在形成过程中获得的吸积能量，因此对行星形成过程提供了重要的制约。一颗行星从热的初始状态冷却到现在的状态，通过大气层的辐射发射损失能量。因此，大气的性质影响行星的冷却速率。以前的巨行星冷却理论假设大气成分在整个进化过程中是不变的。然而，行星形成理论认为，在早期阶段，特别是冰巨星的大气层中富含重元素。这些重元素包括诸如水、氨和甲烷的可冷凝物质，预计这些物质对大气温度具有很大影响，并因此通过释放潜热而产生辐射。在这项研究中，我们研究了这种冷凝对行星排放通量的影响，并量化了对冷却时间尺度的影响。然后，我们证明了这些物种的潜热使大气保持高温，从而使排放通量在数十亿年内保持高位，从而加速了冰巨人的冷却。这揭示了一个长期存在的问题，即天王星比理论预测的要暗得多，尽管质量和半径相似，但亮度与海王星不同。此外，我们还发现，具有高度富集大气的年轻冰巨星在中红外线下比那些没有富集大气的冰巨星要亮得多。这为未来太阳系外冰巨星的直接成像提供了重要的意义。
2017-04-25 astro-ph.EP
Planetesimal Compositions in Exoplanet Systems
我们已经使用了最近的调查组成的系外行星的宿主恒星，以调查在这些系统的拱星星云的雪线以外形成的星子凝聚物质的预期组成。在主要的固体形成元素中，我们发现，对于太阳，C和O丰度（特别是C/O丰度比）对这些系统中形成的冰质星子的组成影响最大。计算使用自洽模型的冷凝顺序挥发性冰从星云气体后，难熔（硅酸盐和金属）相冷凝。由此产生的比例的耐火相和冰的星云温度结构和氧化还原条件的范围内计算。亚太阳能C/O系统中的微行星应该富含水冰，耐火材料的含量低于太阳质量，而在超太阳能C/O系统中，微行星应该有更高的耐火材料含量，在某些情况下几乎没有水冰。含碳的挥发性冰和笼形物也变得越来越重要，随着C/O的增加，这取决于假设的星云温度。星云外部早期凝聚物的这些成分变化对于这些系统中的柯伊伯带、巨行星的冰冷卫星以及巨行星大气中挥发物和重元素的富集（超过恒星值）具有重要意义。
2012-08-16 astro-ph.EP
Warm giant exoplanet characterisation: current state, challenges and outlook
本综述梳理了系外暖巨行星表征的研究现状，分析了演化模型推断行星整体组成的方法与理论不确定性，指出JWST、ARIEL的大气观测及PLATO的恒星年龄测定可降低组成推断简并性，强调巨行星理论对观测解读的关键作用。
2023-04-28 astro-ph.EP
A Recommendation Algorithm to Predict Giant Exoplanet Host Stars Using Stellar Elemental Abundances
恒星中某些元素的存在，以及其行星的存在，强烈影响着行星系的形成和演化。主恒星的铁含量与巨型系外行星的存在之间的正相关性已经得到证实;然而，其他元素在预测巨型行星出现方面的重要性却不那么确定，尽管它们在塑造行星内部结构方面发挥着核心作用。我们设计了一种机器学习算法，并将其应用于Hypatia目录（Hinkel et a. 2014年）分析已知宿主恒星的恒星丰度模式，以确定那些对识别潜在的巨型系外行星宿主恒星很重要的元素。我们分析了各种不同的元素组合，即挥发物，亲石，亲铁，和铁。我们发现，除了铁之外，氧，碳和钠的相对丰度是巨行星存在的有影响力的指标。我们通过分析具有已知巨行星的恒星来展示我们算法的预测能力，并发现它们的预测得分中值为75%。我们提出了一个列表，其中有350颗恒星目前还没有发现行星，它们有$\geq$ 90%的预测概率可能拥有一颗巨大的系外行星。我们研究了档案HARPS数据，发现HIP 62345，HIP 71803和HIP 10278主机长周期巨行星的同伴估计最小$M_p\sin(i)$值分别为3.7，6.8和8.5 M $_{J}$的显着趋势。我们预计，我们的发现将彻底改变未来的目标选择，元素在巨行星形成中的作用，以及巨行星内部结构模型的确定。
2019-06-18 astro-ph.EP
Ice Giants Revisited: Uranus and Neptune as Magma Ocean Worlds
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文通过观测数据拟合，提出天王星和海王星的内部结构由超临界富氢岩浆海洋和富氢包层组成，挑战了传统的“冰巨星”模型，并揭示了它们与亚海王星类气矮行星的连续性。
2026-09-07 astro-ph.EP
A Planetary Mass and Stellar Radius Relationship for Exoplanets Orbiting Red Giants
外行星质量与红巨星宿主恒星半径的散点图显示了一个有趣的积极趋势：较大的恒星拥有更多的大质量行星。这意味着恒星向红巨星的演化会影响系统中行星的质量。
2018-09-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
FU Orionis outbursts, preferential recondensation of water ice, and the formation of giant planets
冰，包括水冰，更喜欢重新凝聚到预先存在的核上，而不是从蒸汽云中自发形成颗粒。有趣的是，不同的潜在再凝结核在与原行星盘冻结相关联的温度下实际成核水冰的倾向非常不同。因此，如果盘中的一个区域被加热然后再冷却，则不应期望水蒸气均匀地再冻结在所有可用的颗粒上。相反，它将优先重新凝聚到最有利的晶粒上。当再冷却足够缓慢时，只有最有利的颗粒会使冰成核，使它们重新凝结成厚的冰幔。我们量化的条件，优先再冷凝迅速创建卵石大小的颗粒在原行星盘，并表明FU猎户座型爆发有适当的冷却速率，以推动卵石创建在一个带约5天文单位宽的静态霜线外约木星的轨道，土星的（约4至10 AU）。这些卵石可能具有适当的大小，以通过流动不稳定性进行星子形成，或通过卵石吸积促进星子的生长。我们认为，这种现象有助于形成气体巨星在我们自己的太阳系。
2016-11-04 astro-ph.EP
Scientific Return of Coronagraphic Exoplanet Imaging and Spectroscopy Using WFIRST
在这项研究中，我们探索和审查的科学潜力，系外行星特征的高对比度光学日冕WFIRST/AFTA。我们认为，异质性的光谱和行星/恒星通量比作为轨道距离，行星质量和组成的函数，预计巨大的系外行星的分离，从他们的原色访问WFIRST将提供独特的约束巨行星的大气，演化，气溶胶和云的属性，和一般的理论。这样的系外行星不仅仅是木星和土星的外推，而且很可能拥有丰富的各种行为。对太阳系附近各种各样的巨型系外行星的光谱、光度学和偏振测量，每一个本身和联合起来，都有可能揭示它们的气体巨行星化学、大气和形成的许多基本特征。这样的活动将丰富我们对这类行星的理解，甚至超过对我们自己的太阳系中的巨人进行详细探索的可能性，并将补充正在进行的红外线和日冕仪无法到达的近距离轨道上的系外行星研究。
2014-12-18 astro-ph.EP
Photochemical Production of CS2 in Temperate-to-Warm Gas Giant Exoplanet Atmospheres
University of Chicago（芝加哥大学）；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（卡内基科学机构）
通过一维光化学动力学传输模型，研究温带类木星行星TOI-6894 b中CS2的形成机制，发现CS2由CH4和H2S通过热化学和光化学耦合过程产生，S2光解驱动非平衡硫化学，且CS2丰度在500-700K峰值，为观测提供统一解释。
2026-09-01 astro-ph.EP
Could Jupiter or Saturn Have Ejected a Fifth Giant Planet?
气体原行星盘消散后早期太阳系动力学演化的模型在重建巨行星目前的轨道结构方面取得了广泛的成功。从统计学上讲，一些最成功的动力学演化模拟最初包括一个假设的第五颗巨行星，冰巨星质量，在早期太阳系的不稳定阶段被一颗气体巨星喷射出来。我们调查冰巨人喷射事件的可能性，无论是木星或土星通过目前的轨道所施加的限制，其广泛的分离定期卫星木卫四和土卫八分别。我们表明，行星的遭遇，足以弹出一个冰巨人，往往提供过多的扰动的轨道木卫四和土卫八很难调和的行星弹射事件与当前的轨道卫星。定量地，我们计算的可能性，调和一个经常木星卫星轨道与木卫四的当前轨道后，冰巨星喷射木星的~ 42%，并得出结论，这样一个大的可能性支持的假设，第五个巨行星的存在。对土卫八的类似计算表明，土星喷射出一颗冰巨星并使克罗尼安卫星轨道与土卫八轨道相一致（可能性约为1%）要困难得多，尽管土卫八在其不寻常的轨道上形成的不确定性使这一结果的解释变得复杂。
2015-09-17 astro-ph.EP
A self-consistent cloud model for brown dwarfs and young giant exoplanets: comparison with photometric and spectroscopic observations
我们为褐矮星和年轻的巨型系外行星开发了一个简单的，物理的和自洽的云模型。我们比较了不同的云粒子大小的参数化，无论是固定粒子半径，或固定的混合效率（参数fsed）或估计粒子半径从简单的微观物理。云方案与简单的微观物理似乎是最好的parametrisation成功地再现观测到的光度和光谱的棕矮星和年轻的巨大的系外行星。特别是，它再现了L-T转换，由于硅酸盐和铁云在可见光/近红外光球下的凝结。它还再现了低重力物体观测到的红化现象，这是由于低重力时云的光学深度增加。此外，我们发现云的温室效应改变了化学平衡，增加了在高温下稳定的物种的丰度。这种效应应该大大有助于甲烷丰度在L-T过渡的强烈变化，并在年轻的系外行星上观察到的甲烷耗尽。最后，我们预测了一个连续的棕矮星和系外行星的存在，绝对J星等=15-18和J-K色=0-3，由于L-T转变与重力的演变。因此，这种自洽的模式提供了一个总体框架，以了解云的影响，似乎非常适合大气反演。
2017-11-30 astro-ph.EP
Most High-density Exoplanets Are Unlikely to Be Remnant Giant-planet Cores
本文重新审视裸核心假说，通过行星内部模型和能量受限的大气逃逸分析发现，巨型行星核心在早期演化中熔融，大气层丢失后半径反弹有限，从而否定了所有高密度系外行星均为裸核心的观点，指出大多数高密度系外行星不太可能是巨型行星的残余核心。
2024-10-16 astro-ph.EP
Detectability of Planetesimal Impacts on Giant Exoplanets
在1994年苏梅克-列维9号彗星事件期间，可以用木星作为代理来测量对成像的系外行星的微行星撞击的可探测性。通过对有和没有撞击点的整个行星通量进行积分，揭示了2 - 4微米波长的撞击效应。木星的近红外反射光谱主要由甲烷不透明度所控制，包括2.3微米的深带。撞击后，通常会被木星大气中大量甲烷吸收的阳光被撞击产生的彗星物质反射。结果，在2.3微米处，这颗行星通常具有低反射率，它大幅变亮，并保持明亮至少一个月。
2015-09-09 astro-ph.EP
Exoplanet Chemistry
我们太阳系中的类地行星和气态巨行星可能代表了其他恒星周围行星的一些原型;系外行星是因为大多数恒星的元素丰度与我们的太阳相似。太阳系的行星至少代表了四种化学行星类型，这取决于形成它们的阶段：由岩石（金属加硅酸盐）构成的类地行星，由岩石和冰构成的冥王星行星，由岩石和冰构成的海王星巨行星，氢和氦含量低，以及由岩石和冰构成的木星气体巨行星，氢和氦含量接近太阳。行星的组成与行星吸积盘中的化学分馏有关。描述了这些分馏的化学示踪剂。许多已知的系外行星都是气体巨行星，质量可达几个亿亿万倍，它们的大气化学性质与褐矮星相当。在靠近其宿主恒星的轨道上的系外行星可能类似于热棕矮星（L-矮星）。行星从其宿主接收的辐射较少，可能比富含甲烷的T型矮星更多。描述了这些高温和低温气体巨行星中氧化物、金属、硫化物和盐凝结形成的云层及其化学示踪物。
2010-05-07 astro-ph.EP
Ammonia, Water Clouds and Methane Abundances of Giant Exoplanets and Opportunities for Super-Earth Exoplanets
未来的直接成像系外行星任务，如WFIRST/AFTA、Exo-C和Exo-S，将测量系外行星在可见光波段的反射率。要观测的系外行星将位于比地球离太阳更远的地方。这些“寒冷”的系外行星具有有利于水和/或氨云形成的大气环境，就像太阳系中的木星一样。我们研究了直接成像系外行星任务的科学回报，重点是系外行星的大气成分。首先，该研究表明，一颗巨大系外行星在600 - 1000 nm处的低分辨率（R=70）反射光谱，对于20的中等信噪比，将允许测量最上层云层的压力和甲烷的混合比，如果最上层云层位于0.6 - 1.5巴的压力水平。进一步提高信噪比，可以将云台压力的测量范围提高到0.2 - 4巴。甲烷的强吸收带和弱吸收带允许云和气体的同时测量;当最上层的云甲板位于比0.2的压力水平浅时，弱带被静音，并且云甲板压力和甲烷的混合比不能从单个反射光谱中区分出来。其次，未来的直接成像系外行星任务可能会探测到一些超级地球系外行星的宽带反射率。如果有以H2O为主的大气层，直接成像的超级地球很可能有比1 E-3酒吧浅的水云。这些行星上非常高的云层会使除了H2O之外的大多数气体吸收特征变得静音，并且这些行星会在颜色-颜色图中占据一个有限的相空间。
2014-12-24 astro-ph.EP
Towards a new era in giant exoplanet characterisation
本研究指出结合Plato的恒星年龄测量与Ariel及JWST的大气观测，可将巨型系外行星整体金属丰度不确定性降低数倍，从而精确推断其成分。
2023-05-24 astro-ph.EP
From gas to ice giants: A unified mechanism for equatorial jets
本研究提出对流驱动柱状结构的分岔机制，统一解释了气态巨行星的东向超旋转与冰巨行星的西向亚旋转赤道急流，并揭示了其波性质与动量平衡的共性。
2025-10-09 astro-ph.EP
A Search for Exoplanets around Northern Circumpolar Stars. IV. Six Planet Candidates to the K Giants, HD 44385, HD 97619, HD 106574, HD 118904, HD 164428, and HD 202432
我们报告的发现长周期径向速度（RV）的变化，在六个中等质量的K巨星使用精确的RV测量。这些发现是在保贤山光学天文台进行的北拱极星周围系外行星搜索（SENS）调查的一部分。RV变化的性质进行了研究，通过寻找光度和线形变化。我们可以找到没有变化与RV周期在这些数量和结论RV变化最有可能是由于看不见的亚恒星的同伴。这六颗恒星的轨道解产生的轨道周期在418-1065天之间，最小质量在1.9-8.5兆焦耳之间。这些性质在中等质量恒星周围的行星上是典型的。到目前为止，我们的SENS调查已经确认了大约8%的行星出现率，当调查完成时，它将提供关于巨恒星周围行星的更好统计数据。
2018-08-03 astro-ph.EP
Magnetic Scaling Laws for the Atmospheres of Hot Giant Exoplanets
我们提出了热巨系外行星大气中平流、辐射、磁阻力和欧姆耗散的标度律。在弱热电离极限下，欧姆耗散随行星平衡温度（T_eq >~ 1000 K）的增加比太阳辐射功率的增加快，最终达到太阳辐射功率的~ 1%，这可能足以使热彗星的半径膨胀。在较高的T_eq值仍然，磁阻力迅速制动大气风，这降低了相关的欧姆耗散功率。例如，当行星磁场强度B= 10 G时，基准标度律表明，在T_eq ~ 1300-2000 K的平衡温度范围内，欧姆耗散超过太阳辐射功率的1%，在T_eq ~ 1600 K处有一个峰值。在行星热光球层的磁拖曳风的证据可能会出现在减少纵向偏移的昼侧红外热点的形式。这表明热点偏移量和半径膨胀程度之间可能存在一种因果关系，以一种可观测的方式将热巨型系外行星的大气和内部性质联系起来。虽然提供了一个有用的框架，探索磁场的情况下，标度律也揭示了强大的参数依赖性，特别是相对于未知的行星磁场强度。
2011-11-12 astro-ph.EP
Deciphering the Origin of the Regular Satellites of Gaseous Giants - Iapetus: the Rosetta Ice-Moon
在这里，我们表明，Iapetus可以用来区分卫星形成模型。它的吸积历史可以理解为一个由两部分组成的气态亚星云，有一个相对致密的内部区域，以及一个延伸到不规则卫星位置的尾部，就像Mosqueira和Estrada的SEMM模型（2003 a，b）一样。在巨大的行星形成之后，木星和土星的供给区中的微行星受到动力学激发，并经历碰撞级联。穿过气体环行星盘的星子碎片的烧蚀和捕获提供了足够的碰撞碎石来解释木星和土星常规卫星的质量预算。这个过程可能导致岩石/冰分馏，前提是盘交叉者的人口组成是不均匀的，从而为外部太阳星云物体和那些在巨行星的子星云中吸积的物体之间的显著成分差异提供了自然的解释。因此，我们的模型导致增强的冰含量的土卫八，并在较小程度上木卫三，泰坦和木卫四，并占（非随机）组成的这些大，低孔隙度的木星和土星的外部定期卫星。（节略）
2009-10-28 astro-ph.EP
A survey of sodium absorption in ten giant exoplanets with high-resolution transmission spectroscopy
碱金属钠（Na）是巨大系外行星上层大气中最常见的化学物质之一。在这项工作中，我们进行了一个均匀的调查，钠在不同的样品中的10个高度辐射的巨型系外行星使用高分辨率透射光谱。我们的样本包括9颗行星，之前有Na探测到，还有一颗新探测到。我们确认以前的检测，并评估多种方法从高分辨率的透射光谱获得钠线属性。均匀测量的钠线深度被用来约束大气高度（$H_{\text{Na}}$）相对于行星半径（$R_{\text{p}}$）。我们评估的经验趋势描述的相对大气高度（$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$）作为行星平衡温度（$T_{\text{eq}}$）和表面重力（$g$）的函数，其中$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$下降指数与$ξ\propto gT_{\text{eq}}$，接近一个常数在大$ξ$。我们还报告了整个样品中的钠D2/D1线比，并发现7个目标的线比与1一致。最后，我们测量净蓝移偏移的钠吸收线从他们的休息帧波长的所有十个行星，对应的昼夜风速为几公里秒$^{-1}$。这表明，广泛的系外行星样本具有共同的控制大气动力学的潜在过程。我们的研究突出了一个有希望的途径，使用高分辨率透射光谱学来进一步了解大气特性如何在不同的系外行星样本中变化。
2022-07-04 astro-ph.EP
Exploration of the Ice Giant Systems: A White Paper for NASA's Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032
冰巨星是太阳系中唯一未被探索的行星。我们目前对这些系统的了解，挑战了我们对行星、环、卫星和磁层如何形成和演化的理解。我们断言，在2023-2032年的十年里，一个带有大气探测器的冰巨人旗舰任务应该是一个优先事项。
2020-07-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
The fate of planetary cores in giant and ice-giant planets
我们使用{ \sl \textup{ab initio} }分子动力学模拟来计算三个潜在核心组分的高压熔化温度。行星轨道是通过在一个三层模型中求解流体静力学方程得到的，该模型经过调整以重现测量到的引力矩。最近开发的{ \sl \textup{ab initio} }状态方程用于包层和芯。我们发现，太阳系的巨行星和冰巨行星的核心是不同的，因为每个物体所遇到的压力-温度条件对应于相图的不同区域。对于木星和土星，结果是兼容的扩散核心和混合的显着部分的金属元素的信封，导致对流和/或双扩散制度。我们还发现，在这些行星的整个生命周期中，它们的固体核心在性质和大小上都有所不同。这两颗巨行星的固体核心并不是原始的，而是随着行星冷却而成核和生长。我们估计，木星的固体核心是3 Gyr，土星是1.5 Gyr。天王星和海王星的情况不那么极端，它们的核心只是部分熔化。为了模拟木星，巨行星和系外行星的内部结构的时间演化，它们的光度，以及潮汐效应在它们生命周期中的演化，核心应该被认为是结晶和生长的，而不是逐渐混合到包层中，因为它的成分是可溶的。
2019-10-01 astro-ph.EP
An extended hydrogen envelope of the extremely hot giant exoplanet KELT-9b
巨大的系外行星在靠近它们的主星的轨道上运行，由于它们接受了巨大的恒星辐射，因此温度很高。极端的能量输入导致大气膨胀和中性氢的逃逸。在热的巨行星中，一个特别有趣的例子是KELT-9 b--一颗系外行星，它的轨道非常接近一颗早期的A型恒星，在迄今为止已知的所有系外行星中温度最高（日侧约4600 K）。这样一颗独特行星的大气成分和动力学一直是未知的。在这里，我们报告了第一次检测到的扩展热氢气氛周围KELT-9 b。探测是通过测量凌日过程中的氢原子吸收来实现的，巴尔末Hα线异常强烈，主要是由于来自恒星的高水平极紫外辐射。我们探测到Hα吸收的显著波长偏移，这主要归因于行星轨道运动。所获得的透射光谱具有显著的线对比度（在Hα线中心处的1.15%额外吸收）。观测结果表明，Hα线中心的有效半径约为行星半径的1.64倍，表明该行星有一个很大程度上扩展的氢包层，接近洛希瓣（1.91 Rplanet）的大小，可能正在经历剧烈的大气逃逸。
2018-07-02 astro-ph.EP
The longevity of water ice on Ganymedes and Europas around migrated giant planets
太阳系中的气体巨行星都有一个由冰冷的卫星组成的随从，我们预计巨大的系外行星也会有类似的卫星系统。如果一颗类似木星的行星向它的母星迁移，围绕它运行的冰冷卫星就会蒸发，形成大气层和可能的可居住的表面海洋。在这里，我们研究了表面冰和可能的海洋在流体动力学消失之前会持续多久。卫星的流体动力损失率在很大程度上取决于可用于吸收的恒星通量，随着巨行星和冰冷的卫星迁移到更靠近恒星的位置，恒星通量会增加。在某个行星-恒星距离上，入射到冰冷卫星上的恒星通量变得如此之大，以至于它们进入失控的温室状态。这种失控的温室状态迅速将所有可用的地表水以蒸汽的形式转移到大气中，在那里它很容易从小卫星上丢失。然而，对于像木卫三这样大小的冰卫星，我们发现表面水（冰或液体）可以在失控的温室轨道距离之外无限期地存在。相比之下，欧罗巴大小的较小卫星上的表面水只会在距离类太阳恒星1.49至0.74天文单位的时间尺度上持续存在，如果冰融化，邦德的半径为0.2和0.8，那么较低的半径就会变得相关。因此，小卫星可能会失去它们的冰壳，这将在它们的主行星周围产生一个H原子环，在未来的观测中可能会被探测到。
2017-04-05 astro-ph.EP
Exoplanets around G-K Giants
G巨星和K巨星是一类径向速度变星。这种变化的一个原因是行星的同伴，这是在恒星光谱的时间序列中表示的。自2004年起，这些可见光范围内的光谱是由高分辨率Coudé échelle摄谱仪获得的，该摄谱仪安装在图林格Landessternwarte Tautenburg（TLS）的2米望远镜上，用于62颗非常明亮的K巨星的北部样本。在南部，用拉西拉3.6米望远镜上的HARPS观测到了大约300颗G和K巨星。TLS样本包含至少11颗恒星（18%），这些恒星显示出低振幅，长周期RV变化，最有可能是由于行星。行星频率的这一百分比得到了HARPS研究的初步结果的证实。此外，TLS的调查似乎表明，巨行星并不青睐富含金属的恒星，它们的质量更大，周期也比太阳型主恒星周围的行星更长。
2011-02-02 astro-ph.EP
Climatic Effects of Ocean Salinity on M Dwarf Exoplanets
本文利用ROCKE-3D模型模拟海洋盐度对G型恒星与M矮星行星气候的影响，发现M矮星行星的海冰响应更线性且升温较弱，高盐度仅适度增强其抗雪球冰期能力。
2024-08-08 astro-ph.EP
Exoplanets Around Red Giants: Distribution and Habitability
本文基于NASA Exoplanet Archive数据研究了红巨星周围系外行星的分布与宜居性，更新了行星质量与恒星半径的幂律关系，发现10颗位于乐观宜居带、5颗位于保守宜居带的行星，并展望了未来探测前景。
2023-07-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Search for Exoplanets around Northern Circumpolar Stars V. Three likely planetary companions to the giant stars HD 19615, HD 150010, and HD 174205
目的。我们报告的检测长周期径向速度（RV）的变化，在三个巨星，HD 19615，HD 150010和HD 174205，使用精确的RV测量。方法.这些探测是在Bohyunsan光学天文台（BOAO）进行的北拱极星（SENS）调查的一部分。RV变化的性质进行了研究，通过分析光度和线形的变化。我们没有发现这些数量的RV周期的变化，并得出结论，RV的变化很可能是由行星的同伴。结果这三颗恒星的轨道解分别给出了402 d、562 d和582 d的轨道周期，以及8.5 MJ、2.4 MJ和4.2 MJ的最小质量。这些质量和周期对于中等质量恒星周围的行星来说是典型的，尽管一些不明确的解释和最近的研究可能会对一些行星的信念提出质疑。尽管如此，SENS计划仍有助于我们了解中等质量恒星周围的巨行星。
2021-11-17 astro-ph.EP
Solar System Ice Giants: Exoplanets in our Backyard
本文阐述研究太阳系冰巨星及其磁场、磁层与极光对未来遥感理解海王星大小系外行星的关键价值。
2018-04-10 astro-ph.EP
Experimental Investigation of the Photochemical Production of Hydrocarbons in Warm Gas Giant Exoplanet Atmospheres
本研究通过实验证明光化学在暖气体巨行星大气中显著促进碳氢化合物生成，发现乙烷为主要产物，与模型预测的乙炔主导相矛盾，并揭示了温度依赖的效率变化，强调实验与模型结合的必要性。
2023-10-17 astro-ph.EP
Next-Generation Improvements in Giant Exoplanet Evolutionary and Structural Models
Princeton University（普林斯顿大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文通过改进巨行星演化模型的物理过程，如方程 of state、氦雨和对流处理，以提高对行星结构和观测属性的解释一致性。
2026-01-28 astro-ph.EP
The Formation of Uranus and Neptune in Solid-Rich Feeding Zones: Connecting Chemistry and Dynamics
行星形成的核心吸积理论至少有两个基本问题来解释天王星和海王星的起源：（1）跨土星太阳星云的动力学时间很长，核心的增长可能需要超过1500万年，（2）当核心达到10个地球质量时，失控的气体吸积开始发生，这就需要在冰巨人核心达到临界质量时突然停止气体吸积。这两个问题都可以通过允许冰巨星在富含固体的供给区形成后向外迁移来解决，这些供给区的星子表面密度远高于最小质量的太阳星云。我们使用Nice模型（Gomes et al. 2005; Morbidelli et al. 2005; Tsiganis et al. 2005）的初始半长轴分布，对Dodson-Robinson et al.（2009）的富固体盘中天王星和海王星的形成进行了新的模拟，其中一个冰巨星在12 AU形成，另一个在15 AU形成。最里面的冰巨星在380万~ 400万年后达到现在的质量，最外面的冰巨星在530万~ 600万年后达到现在的质量，与以前的一维模拟相比，时间缩短了很多（例如Pollack et al. 1996）。核心质量保持亚临界状态，消除了突然停止气体吸积的需要。我们计算的碳质量分数为22%，与Podolak等人（1995）和Marley等人（1995）的冰巨星内部模型非常一致。基于形成冰巨星的微行星含有>10%质量分数的甲烷冰的要求，我们可以拒绝任何最初将天王星和海王星置于土星轨道内的太阳系形成模型。我们…
2009-11-19 astro-ph.EP
Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (HEARTS) - II. A broadened sodium feature on the ultra-hot giant WASP-76b
高分辨率光谱学是从地面探测系外行星大气的有力工具。钠D线的截面很大，特别适合于在这种情况下研究大气的上层。我们报告的结果从心脏，光谱调查的系外行星大气，进行比较研究的热气巨星，以确定恒星辐射的影响。在该系列的第二个装置中，我们重点介绍了超热巨型WASP-76 b上中性钠的检测。我们使用ESO 3.6米望远镜的HARPS高分辨率摄谱仪观测了行星的三次凌日，并收集了175个WASP-76的光谱。我们反复探测行星大气中中性钠的吸收特征（$0.371\pm0.034\%$ ; $10.75 σ$在$0.75$窄带中）。钠谱线具有半高宽为$27.6\pm2.8$ km·s $^{-1}$的高斯分布。这比HARPS的谱线扩展函数（$2.7$ km s $^{-1}$）宽得多。我们推测，观测到的增宽可以追溯到这颗超高温气体巨星的高层大气的超旋转。
2019-01-30 astro-ph.EP
Deep radiative zones affect giant planet cooling and internal structure: Implications for exoplanet characterisation
University of Zürich（苏黎世大学）
研究探讨了深层辐射区对巨行星冷却、半径演变及内部结构特征化的影响，发现辐射窗口可加速冷却并改变金属丰度推断。
2026-08-18 astro-ph.EP
An Exomoon Survey of 70 Cool Giant Exoplanets and the New Candidate Kepler-1708 b-i
系外卫星代表了我们努力理解太阳系外行星系的一个关键的缺失拼图。为了解决这一不足，我们在这里描述了开普勒发现的70个凉爽，巨大的过境系外行星候选人的系外卫星调查。我们只确定了一个通过了一系列审查测试的具有类似月球信号的天体：开普勒-1708 b。我们发现开普勒-1708 b是一颗经过统计验证的小行星，它围绕着一颗类似太阳的静止恒星运行，距离约为1.6天文单位。外系卫星候选者Kepler-1708 b-i的信号是4.8-sigma效应，并且在不同的仪器去趋势方法中是持久的，通过注入恢复具有1%的假阳性概率。开普勒-1708 b-i的半径约为2.6地球半径，位于一个近似共面的轨道上，距离其1.6天文单位大小的宿主约12行星半径。未来的观察将是必要的，以验证或拒绝候选人。
2022-01-12 astro-ph.EP
The discoveries of WASP-91b, WASP-105b and WASP-107b: two warm Jupiters and a planet in the transition region between ice giants and gas giants
我们报告三个凌日系外行星的发现。WASP-91 b是一颗温暖的木星（1.34 $M_{\rm Jup}$，1.03 $R_{\rm Jup}$），围绕一颗富含金属的K3恒星运行2.8天。WASP-105 b是一颗温暖的木星（1.8 $M_{\rm Jup}$，0.96 $R_{\rm Jup}$），围绕一颗富含金属的K2恒星运行7.9天。WASP-107 b是一颗温暖的超海王星/次土星（0.12 $M_{\rm Jup}$，0.94 $R_{\rm Jup}$），环绕太阳金属丰度为K6的恒星运行，周期为5.7天。考虑到巨行星似乎更常见于高金属量的恒星和更大质量的恒星周围，值得注意的是，宿主都是富含金属的晚型恒星。由于WASP-105 b和WASP-107 b的轨道分离都处于弱潮汐状态，因此测量行星轨道轴与恒星自旋轴之间的对齐可能有助于我们理解短周期巨行星的向内迁移。WASP-107 b的质量（2.2 $M_{\rm Nep}$，0.40 $M_{\rm Sat}$）使它处于太阳系的冰巨星和气体巨星之间的过渡区。它的半径为0.94 $R_{\rm Jup}$，表明它是一个低质量的气体巨星，主要成分是H/He。因此，这颗行星设定了行星质量的下限为2.2 $M_{\rm Nep}$，超过这个下限，大的气体包层可以被原行星吸积并保留下来，从而成为气体巨星。我们可能会发现WASP-107 b…
2018-02-08 astro-ph.EP
Observational constraints on the formation and evolution of Neptune-class exoplanets
在系外行星中，小规模的人口构成了主要的一个，具有各种各样的性质和成分，从岩石到气体为主的信封。虽然其中很大一部分的质量和半径与海王星相似或更小，但没有一个与我们的冰巨星在轨道周期和绝缘方面具有共同的特性。这些系外行星属于多行星系统，其中行星在AU的前十分之一范围内紧密排列，并且经常受到来自其主恒星的强烈辐射。它们的形成过程、随后的演化和命运仍然存在争议，并引发了行星形成模型的新发展。本文回顾了这个扩展样本的行星半径之间的$\sim$ 1.6和4.0 $_\oplus$的特点和性质。尽管我们仍然缺乏真正的海王星/天王星类似物，但这些系外行星为我们提供了关键的观测约束，使我们的冰巨星的形成能够被置于一个比我们的太阳系的唯一例子更普遍的框架中。
2021-01-20 astro-ph.EP
Planet Mass and Metallicity: The Exoplanets and Solar System Connection
该研究探讨巨行星质量与金属丰度的关系，提出结合外层包层与体密度金属丰度推断的方法，以揭示行星内部金属分层，为未来JWST和Ariel观测提供理论框架。
2024-09-20 astro-ph.EP
Warm Saturns: On the Nature of Rings around Extrasolar Planets that Reside Inside the Ice Line
我们讨论了可能存在于太阳系外行星周围的光环的性质。根据太阳系中气体巨星周围环的一般性质，我们推断出位于冰线内的系外行星周围环的可能性质。由于它们靠近它们的主恒星，围绕这些系外行星的环必须主要由岩石材料组成。然而，我们发现，尽管与冰相比，岩石的密度更高，但大多数观测到的太阳系外行星具有可靠的半径测量，具有足够大的罗氏半径来支持环。对于目前已知的凌日系外行星，坡印廷-罗伯逊阻力在$10^8$年的时间跨度内不会显著改变单个环粒子的动力学，只要它们的尺寸超过1 m。此外，我们表明，显着较小的环粒子可以存在于光学厚环，我们发现典型的环寿命范围从几倍$10^6$到几倍$10^9$年。最有趣的是，我们发现许多环可能具有非平凡的拉普拉斯平面，这是由于系外行星靠近其宿主恒星而导致的轨道四极效应增加，从而限制了环观测中太阳系外行星的$J_2$。这是特别令人兴奋的，因为行星的$J_2$揭示了其内部结构的信息。此外，从扭曲的环测量系外行星的扁率和它的$J_2$，将共同限制它的自转周期。根据我们已经推导出的太阳系外行星环的约束条件，我们预计，环探测的最佳候选者将来自开普勒航天器对半长轴为$\sim 0.1$ AU或更大的太阳系外行星的过境观测。
2011-04-19 astro-ph.EP
The Exchange of Mass and Angular Momentum in the Impact Event of Ice Giant Planets: Implications for the origin of Uranus
天王星有一个倾斜的旋转轴，这被认为是由巨大的撞击造成的。一般来说，撞击事件还会改变内部成分分布并驱动行星的质量喷射，这可能提供卫星的起源。以往的天王星撞击模拟研究主要考察了撞击产生的角动量和喷出的质量分布。然而，没有研究改变热结构和组成结构的初始条件的效果。在本文中，我们执行的天王星大小的冰巨星的撞击事件的水核心包围的氢信封使用两种不同的方法的平滑粒子流体动力学模拟。我们发现高熵目标比低熵目标更有效地丢失其包络。然而，较高熵目标比较低熵目标获得更多角动量，因为较高熵目标具有更多扩展包络。我们讨论了角动量传输的效率和喷射质量的量，并找到一个简单的分析模型，大致再现数值模拟的结果。我们建议的范围内的可能的初始条件的巨大的影响原天王星，再现了目前的旋转倾斜的天王星，并充分提供了卫星系统的总角动量，可以创建从巨大的影响碎片。
2018-11-13 astro-ph.EP
Probing the Physical Properties of Directly Imaged Gas Giant Exoplanets Through Polarization
越来越清楚的是，到目前为止拍摄到的年轻的、自发光的太阳系外巨行星的大气层都是尘土飞扬的。有尘埃大气的行星在近红外线可能会表现出可检测到的线性偏振，就像在一些L型矮星上观察到的那样。在热辐射场中产生偏振所需的不对称性可能来自于旋转引起的扁率或表面不均匀性，例如部分混浊。虽然目前还不可能预测某一行星上的大气动力学会在多大程度上产生足以产生净非零圆盘积分极化的表面不均匀性，但可以估计旋转引起的扁率的贡献。使用自洽的，空间均匀的大气模型和多重散射偏振形式主义这类系外行星，我们表明，偏振的顺序为1%可能会出现由于旋转引起的扁率的行星。多云行星的偏振度应该在行星在近红外最亮的波长处达到峰值。如果表面不均匀性存在并起重要作用，则观察到的极化可能甚至更高。来自自发光气态巨行星的偏振辐射，如果被探测到，将提供一个额外的工具来描述这些年轻行星的特征，并提供一种限制其表面重力和质量的新方法。
2011-07-14 astro-ph.EP
Massive Satellites of Close-In Gas Giant Exoplanets
我们研究的轨道，潮汐加热和质量损失的卫星周围的接近气体巨型系外行星。重点是可能通过其过境特征观测到的大型卫星。我们认为，即使是地球大小的卫星周围的热彗星可能是免疫破坏的轨道衰变;检测到这样一个巨大的卫星将强烈限制潮汐耗散的理论在气体巨星，在某种程度上补充轨道圆化。恒星的引力导致了卫星轨道的显著的周期性偏心率。由此产生的潮汐加热率，每单位质量，远远超过木卫一的和主导的放射性加热到合理的卫星潮汐$Q$的行星轨道周期的几个月。在大约一周的行星轨道周期内，潮汐加热可以完全融化卫星。最后，我们计算上限的卫星质量损失率，由于从表面的热蒸发，有效的，如果卫星的大气层是薄的，蒸汽压可以忽略不计。利用这个上限，我们发现，虽然轨道周期小于几天的热彗星周围的岩石卫星可以显着蒸发在其寿命，可探测的卫星遭受可忽略不计的质量损失在较长的轨道周期。
2009-09-03 astro-ph.EP
The California Legacy Survey II. Occurrence of Giant Planets Beyond the Ice line
我们使用高精度的径向速度测量FGKM恒星，以确定巨行星的发生作为一个功能的轨道分离跨度0.03-30 AU。巨行星在1-10天文单位的轨道上比在这个范围内或外的轨道上更普遍。行星出现在$\sim$ 1天文单位的增加了$\sim$ 4倍，这在统计上是非常显著的。在更大的轨道距离上，巨行星发生率的下降比发生率平坦或增加的模型更受欢迎。我们测量了每100颗恒星中半长轴为2-8天文单位的$14.1^{+2.0}_{-1.8}$巨行星和每100颗恒星中8-32天文单位的$8.9^{+3.0}_{-2.4}$巨行星，随着轨道分离的增加，巨行星的出现率下降，这在$\sim$ 2 $σ$水平上是显著的。我们发现，亚类木行星（0.1-1木星质量）的出现率也增加了1-10 AU的轨道。这表明，较低质量的行星可能具有共同的形成或迁移机制，这些机制推动了木星对应物在水冰线附近的流行率增加。我们对冷气体巨星存在的测量与直接成像巡天和引力透镜巡天的最新结果一致，尽管不同的恒星样本。我们证实了以前的发现，巨行星的发生与恒星质量和金属丰度增加。
2021-05-26 astro-ph.EP
Formation of Water-rich Giant Planet Satellites at Decretion Disk Ice Lines
研究在解体盘冰线处形成富含水的巨行星卫星，通过模拟冰线处的蒸气和冰积累，解释了三个卫星的组成特征。
2026-02-24 astro-ph.EP
Can metal-rich worlds form by giant impacts?
通过结合轨道动力学和撞击物理学，研究表明超级地球间的巨大撞击不足以解释高密度系外行星的观测大小和丰度，大多数高密度系外行星并非富金属的巨大撞击残余物。
2024-08-27 astro-ph.EP
Giant Outer Transiting Exoplanet Mass (GOT 'EM) Survey. I. Confirmation of an Eccentric, Cool Jupiter With an Interior Earth-sized Planet Orbiting Kepler-1514
尽管发现系外行星的凌日方法严重偏向于短轨道周期，但已知轨道周期大于100天的凌日系外行星的样本不多。长期的径向速度（RV）调查是确认这些信号的关键，并为从其宿主恒星接受中等至低辐射的行星产生一组行星质量和密度。在这里，我们进行RV观测开普勒-1514从凯克我望远镜使用高分辨率中阶梯光谱仪。从这些数据中，我们测量了统计学验证的巨型（$1.108\pm0.023$ $R_{\rm J}$）系外行星开普勒1514 b的质量，其轨道周期为218天，为$5.28\pm0.22$ $M_{\rm J}$。这颗冷（$\sim$ 390 K）巨行星的体积密度为$4.82^{+0.26}_{-0.25}$ g cm $^{-3}$，与由电子简并压力支撑的核心一致。我们还从RV和凌日观测中推断出$0.401^{+0.013}_{-0.014}$的轨道偏心率，这与行星-行星散射和盘腔迁移模型是一致的。开普勒-1514系统包含一个地球大小的开普勒感兴趣的物体，轨道为10.5天，我们在统计上验证了假阳性的情况，包括那些涉及邻近恒星的情况。主恒星的亮度（$V$ =11.8）和开普勒-1514 b的长周期、低辐射和高密度相结合，使该系统成为一组罕见的已知系外行星系统之一，也是一个可以继续研究的系统。
2021-01-09 astro-ph.EP
