Sulfur Hazes in Giant Exoplanet Atmospheres: Impacts on Reflected Light Spectra
最近的研究表明，由于H $_{2}$ S的光解作用，一些巨型系外行星的大气中可能会出现硫雾。我们调查的影响，这样的阴霾会对系外行星的几何光谱，以及它如何可能会影响WFIRST，计划美国宇航局太空望远镜的直接成像结果。对于温和的（250 K $<$ T $_{\rm eq}$ $<$ 700 K）木星-质量的行星，H $_{2}$ S的光化学破坏导致在100和0.1毫巴之间产生1 ppmv的\seight的$\sim$，如果足够冷，将冷凝形成薄雾。名义烟雾质量被发现大大改变了行星的几何散射光谱：而一个明确的大气是黑暗的波长在0.5和1 $μ$ m之间，由于分子吸收，增加了硫烟雾提高散射有$\sim$ 0.7。由0.4 $μ$ m的薄雾短波长引起的强吸收导致散射度$<$ 0.1，这与在晴朗大气中由瑞利散射产生的高散射度形成对比。因此，地球的颜色从蓝色变成橙色。硫雾的存在掩盖了甲烷和水的分子特征，从而使大气成分的表征复杂化。WFIRST探测这种烟雾是可能的，尽管区分硫烟雾和任何其他高反射的高空散射体需要0.4 $μ$ m的观测距离，这超出了WFIRST目前的设计。
2017-02-25 astro-ph.EP
A Temperature Trend for Clouds and Hazes in Exoplanets Atmospheres
用哈勃太空望远镜（HST）在近红外波段（1.1-1.65 $μ$ m）观测到的系外行星大气的透射光谱经常显示出云和雾的某种组合的证据。确定系外行星云和霾的系统趋势对于了解大气成分和温度结构可能很重要。在这里，我们报告的光谱调制的分析使用一个大的，统一处理的样本HST/WFC 3过境光谱从62个系外行星。光谱检索包括检测和表示大气成分偏离热化学平衡的能力。通过使用这个独特的目录和测量阻尼的光谱调制相比，严格清晰的大气，我们确定了两个人口。一种是在很宽的温度范围内完全无云/霾，而另一种被称为"部分云/霾“，遵循从大约500 K的多云/霾到$\sim$ 1500 K的晴朗的趋势。我们还发现，部分透明的气溶胶成分是经常存在的，它通常是垂直分布在整个大气柱。我们的研究结果还表明，虽然云和薄雾在系外行星大气中很常见，但大多数行星都有一定程度的可检测光谱调制。此外，在我们的目录中揭示的云和霾在1460.86 K $^{+316}_{-405}$最小化的经验趋势对于模拟大规模凌日系外行星调查的性能具有预测效用，例如Ariel任务计划。这一趋势也可以用于在未来JWST观测的背景下对给定源的光谱调制进行基于概率的预测。未来的观测，包括光学和/或更广泛的光谱覆盖范围，可能有助于进一步量化这里报告的趋势。
2022-11-11 astro-ph.EP
Sulfur-driven Haze Formation in Warm CO2-rich Exoplanet Atmospheres
含硫气体对太阳系中行星大气的光化学有着重要影响，并被认为是系外行星大气的重要组成部分。然而，由于缺乏相关条件下硫物质的化学动力学信息，对系外行星背景下的硫光化学知之甚少。在这里，我们研究的光化学作用的硫化氢（H2S）在温暖的富含CO2的系外行星大气（800 K）进行实验室模拟。我们发现，H2S在光化学中起着重要的作用，即使在大气中的浓度相对较低（1.6%）。它参与气相和固相化学，导致其他含硫气体产物（CH 3SH/SO、C2 H4 S/OCS、SO2/S2和CS2）的形成，并导致固体混浊颗粒产生和组成复杂性的增加。我们的研究表明，我们可能会期望更厚的薄雾与小颗粒尺寸（20至140纳米）的温暖的富含CO2的系外行星大气中含有H2S。
2020-04-06 astro-ph.EP
Theoretical transmission spectra of exoplanet atmospheres with hydrocarbon haze: Effect of creation, growth, and settling of haze particles. I. Model description and first results
最近，系外行星大气的性质已经通过多波长凌日观测受到限制，该观测测量了行星在其宿主恒星前方的凌日期间恒星亮度的明显下降（称为凌日深度）。到目前为止，在不同波长下测量的过境深度（称为透射光谱）有些不同：有些在可见光中显示出陡峭的光谱斜率特征，有些在近红外中包含无特征的光谱，有些在气体物质的辐射吸收中显示出明显的特征。这些事实表明，大气层中存在薄雾，特别是温暖的，相对低密度的超级地球和迷你海王星。以前的研究，解决了理论建模的透射光谱的氢为主的大气与霾使用一些假设的分布和大小的霾粒子。在这项研究中，我们模拟大气化学，通过模拟碳氢化合物烟雾颗粒的产生，生长和沉降直接推导出烟雾颗粒的空间和尺寸分布，并开发近距离温暖（$\sim$ 500 K）系外行星的紫外线照射，太阳丰度大气的透射光谱模型。我们发现，雾霾在大气中的分布比以前假设的要广泛得多，并且由各种尺寸的颗粒组成。我们还表明，所观察到的透射光谱的多样性可以解释的差异，在生产率的阴霾单体，这是相关的紫外线照射强度从宿主恒星。
2017-12-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Haze optical depth in exoplanet atmospheres varies with rotation rate: Implications for observations
本研究针对系外行星大气霾的模拟难题，利用ExoPlaSim模型模拟32种自转速率的潮汐锁定类地行星，发现霾分布与环流状态相关，自转周期超13天的超级地球晨昏线霾光学深度最低，为观测目标选择提供依据。
2024-01-31 astro-ph.EP
Theory and simulation of spectral line broadening by exoplanetary atmospheric haze
大气霾是外行星光谱平坦化的主要候选者，因为它也是太阳系行星、卫星和彗星大气不透明度的重要来源。系外行星的透射光谱携带着关于行星大气如何对过境的恒星光变得不透明的信息，在与钠、钾和水的谱线相对应的波长范围内显示出广泛的无特征吸收。我们开发了一个详细的原子模型，描述原子或分子辐射与灰尘和大气雾霾颗粒物的相互作用。该模型采用了一个现实的结构，从小的纳米尺寸的种子颗粒到亚微米不规则形状的聚集体的雾霾颗粒，占两个成对的碰撞之间的辐射器和雾霾扰动，准静态平均场移动的水平在雾霾环境。这种形式主义可以解释在霾大气中吸收和发射光谱的大的平坦化，并且示出辐射器-霾粒子相互作用如何影响谱线的翼部和其中心附近的吸收光谱形状。该理论可以解释几乎所有的现实结构，尺寸和灰霾颗粒物的化学组成，并预测其在灰霾环境中的吸收和发射光谱的影响。我们通过计算氩雾中钠D线的发射光谱的位移和加宽来说明该方法的实用性。所提出的模型的简单性，优雅性和通用性，应该使它适合于在天体物理学和化学的用户的广泛社区。
2018-05-25 astro-ph.EP
Steepening Optical Slopes in Exoplanet Transmission Spectra with Charged Hazes
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Toronto（多伦多大学）；SOKENDAI（综合研究大学院大学）；RIKEN（理化学研究所）
本研究开发了包含薄雾带电的系外行星大气微观物理模型，发现带电通过抑制凝结减小粒子尺寸，在弱垂直混合下使光学光谱斜率变陡，尤其对散射主导材料影响显著，为解释超瑞利斜率提供了新机制。
2026-09-14 astro-ph.EP
Photochemical Haze Formation in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes
紫外线辐射可在系外行星大气中引发光化学过程，并产生烟雾颗粒。最近的观测表明，薄雾和/或云层可能存在于系外行星的上层大气中。霾粒子在行星大气中起着重要作用，并可能为表面提供有机物质的来源，这可能影响生命的起源或进化。然而，关于寒冷、高金属含量的系外行星大气中的光化学过程的信息知之甚少。在此之前，我们在实验室大气模拟实验中使用AC等离子体作为能源研究了霾的形成和颗粒尺寸分布。在这里，我们使用UV光子而不是AC等离子体来启动化学反应，因为UV辐射驱动的光化学反应对于理解系外行星大气层很重要。我们提出了光化学烟雾的形成在目前的紫外线实验中，我们调查了一系列的大气金属（100倍，1000倍，和10000倍太阳金属）在三个温度（300 K，400 K，和600 K）。我们发现，在所有模拟的大气中产生的光化学烟雾与温度相关的生产率：在每个金属丰度组中产生的颗粒随着温度的升高而减少。用原子力显微镜拍摄的图像显示颗粒尺寸（15-190 nm）随温度和金属度而变化。我们的实验室实验结果为光化学烟雾的形成和性质提供了新的见解，这可以指导系外行星大气建模，并有助于分析和解释当前和未来的系外行星观测。
2018-05-26 astro-ph.EP
Hydrolyzed Hazes on Water-rich Exoplanets: Optical Constants and Detectability
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Space Telescope Science Institute（空间望远镜科学研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
研究水丰盈系外行星大气中尘埃的水解过程及其对光谱观测的影响，通过实验测定光学常数，揭示水解尘埃对大气特征的显著影响。
2026-04-08 astro-ph.EP
Chemistry of Temperate Super-Earth and Mini-Neptune Atmospheric Hazes from Laboratory Experiments
很少有实验工作来探索在与外太阳系或早期地球的大气成分或温度非常不同的大气中形成的光化学烟雾的性质。随着太阳系外行星的发现数量达到数千，这个未开发的相空间值得探索。这项研究提出了测量的化学性质的烟雾颗粒产生的实验室模拟系外行星大气。我们使用甚高分辨率质谱仪测量大气室实验中产生的固体颗粒的化学成分。检测到许多复杂的分子种类，其化学通式为C $_w$ H $_x$ N $_y$ O $_z$。我们检测的数据，包括单糖甘油醛，各种氨基酸和核苷酸碱基，和几个糖衍生物的分子式的益生元的利益。此外，实验性的系外行星霾类似物表现出不同的溶解度特性，这为进一步了解超级地球和迷你海王星大气中光化学霾的化学或物理变化的可能性提供了见解。这些系外行星模拟粒子可以帮助我们更好地了解化学大气过程，并提出遥远世界原位大气生物前化学的可能来源。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Refractive indices of photochemical haze analogs for Solar System and exoplanet applications : a cross-laboratory comparative study between the PAMPRE and COSmIC experimental set-ups
University of Paris Saclay（巴黎萨克雷大学）；Ludwig Maximilian University（慕尼黑大学）；ETH University（苏黎世联邦理工学院）；NASA Ames Research Center（NASA艾姆斯研究中心）；Université Paris Est Creteil and Université Paris Cité（巴黎东 Créteil 大学和巴黎西岱大学）；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL 同步辐射中心）；Université de Reims Champagne-Ardenne（兰斯香槟-阿登大学）
针对光化学霾粒子折射率未知且影响因素不明的问题，本研究通过跨实验室调查评估实验装置和气体成分对相关霾类似物折射率的影响，并提供了宽光谱范围的新数据，助力行星观测与气候模型研究。
2025-11-19 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
Super-Rayleigh Slopes in Transmission Spectra of Exoplanets Generated by Photochemical Haze
系外行星大气的光学透射光谱中的光谱斜率包含了关于外来云特性的信息。该斜率通常归因于微小气溶胶颗粒引起的瑞利散射，而最近的反演研究表明，斜率往往比典型的瑞利斜率更陡。在这里，我们建议，在激烈的混合大气中形成的光化学烟雾可以解释这种超瑞利斜率。我们首先分析表明，光谱斜率可以陡峭的垂直不透明度梯度，其中大气不透明度随高度增加。使用微物理模型，我们表明，这种不透明度梯度可以自然产生的光化学霾，特别是当涡流混合是相当有效的。根据霾质量通量和涡旋扩散系数，霾大气的透射谱可划分为四个典型区域。我们发现，如果涡动扩散系数足够高，霾质量通量落在中等值，透射谱的谱斜率可以比Rayleigh斜率陡2- 4倍。根据最近对大气环流的研究所提出的涡动扩散系数，我们认为在平衡温度为1000- 1500 K的行星上，光化学霾优先产生超瑞利斜率，这可能与最近的反演研究结果相一致。我们的研究结果将有助于从霾形成的角度解释光谱斜率的观测结果。
2020-05-18 astro-ph.EP
Three dimensional temporal evolution of photochemical haze in exoplanet atmospheres I. Description and test application to HD 189733b
Center for Space and Habitability, University of Bern（伯尔尼大学太空与宜居性中心）；University of Chicago（芝加哥大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
开发了耦合到GCM的微物理雾霾形成模型mini-haze，模拟HD 189733b中雾霾的三维分布与大小，发现颗粒不超30 nm，分布受垂直速度影响，东西边缘增强，辐射反馈影响温度结构，长生产时标增强透射谱效应。
2026-06-18 astro-ph.EP
Photochemical hazes can trace the C/O ratio in exoplanet atmospheres
光化学烟雾被怀疑会使大气温度< 800 K的系外行星的透射光谱中的分子特征（如水）变得模糊。Khare等人（1984年）实验室生产的有机化合物（托林）的不透明度已经成为系外行星大气中烟雾建模的标准。然而，这些托林是在一个无氧的，类似泰坦的环境中生长的，这与系外行星的典型假设非常不同，其中C/O约为0.5。本工作提出了0.13-10微米的复折射率来自实验室的透射测量生长在不同的氧丰度的环境中的托林。随着氧气吸收的增加，吸收在整个波长范围内增加，并且由于C=O拉伸共振，约6微米的散射特征朝向较短波长移动并且在约5.8微米处变得更峰值化。使用GJ 1214 b作为测试案例，我们研究了一个亚海王星行星的透射光谱，C/O比为太阳能，1和1000，以评估我们的不透明度和哈雷之间的有效差异。对于具有太阳氢和氦丰度的大气，我们发现差异为200-1500 ppm，但对于高金属丰度（Z=1000）环境，差异可能仅为20 ppm。GJ 1214 b的1-2微米透射数据排除了类钛霾模型，并且与C/O=1和C/O=太阳霾模型更一致。这项工作表明，使用雾霾的不透明度，更符合基本的假设散装大气成分是很重要的建立自洽的模型，适当地限制大气中的C/O比，即使分子特征被掩盖。
2023-01-03 astro-ph.EP
Piercing through the Haze: Characterizing Titan-like terrestrial exoplanets with JWST
Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；University of Wyoming, School of Computing（怀俄明大学计算机学院）；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）；Bay Area Environmental Research Institute（湾区环境研究所）
研究利用JWST表征类土卫六系外行星，通过探索系外行星大气反演方法在土卫六光谱上的有效性，将结果推广到TRAPPIST-1系统中的类土卫六系外行星，发现JWST识别甲烷外特征潜力有限，但能识别几百公里高度的霾，近紫外-光学观测台作用重要，还指出大气先验存在的问题。
2026-07-16 astro-ph.EP
Impact of photochemical hazes and gases on exoplanet atmospheric thermal structure
我们调查的影响，光化学烟雾和不平衡气体的热结构的热对流，使用详细的1-D辐射模式。我们发现，光化学霾的列入结果在高层大气加热和低层大气冷却的主要。含硫物质，如SH、S $_2$和S $_3$，在中层大气中提供显著的不透明度，并导致接近1毫巴的局部加热，而光化学产生的OH、CH、NH和CN自由基影响接近1 $μ$巴的热结构。此外，我们表明，光化学气体和烟雾的热结构的修改可以有重要的影响过境观测的解释。具体来说，我们对hazy HD 189733 b的研究表明，由于光化学烟雾不透明度的存在而导致的较热的高层大气使大气膨胀，因此光谱的紫外-可见部分的过境特征更陡峭。此外，光球层温度的变化也会影响二次食的光谱。对于HD 209458 b，我们发现在低于1毫巴的压力下，这种大气中可能存在小的雾不透明度，这可能是光化学雾和冷凝物的结果。我们的研究结果激励列入光化学烟雾的辐射反馈在大气环流模式适当的评价大气动力学。
2021-02-10 astro-ph.EP
Pale Orange Dots: The Impact of Organic Haze on the Habitability and Detectability of Earthlike Exoplanets
烟雾在已知行星的大气中很常见，地球化学证据表明，早期地球偶尔会支持有机烟雾，并对环境和光谱产生重大影响。母星的紫外光谱通过甲烷光化学驱动有机烟雾的形成。我们使用一个一维光化学气候模型来研究太古代地球上分形有机霾的产生，这些地球类似于几种恒星类型的可居住区：现代和早期太阳，AD Leo（M3.5V），GJ 876（M4 V），$ε$ Eridani（K2 V）和$σ$ Bootis（F2 V）。对于类太古代的大气层，行星轨道上的恒星具有最高的紫外线通量不会形成烟雾，因为形成了光化学氧自由基，破坏了烟雾的前体。有机烟雾通过紫外线屏蔽和表面冷却影响行星的可居住性，但这种冷却在M矮星周围最小化，其能量以有机烟雾相对透明的波长发射。我们生成光谱以测试雾度的可检测性。詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的GJ 876行星的10次凌日中，与无霾行星相比，霾使波长为$<$ 2.5 $μ$ m 2-10 $σ$的气体吸收特征变浅，甲烷和二氧化碳在$>$ 5 $σ$可以检测到。雾度吸收特征可以在接近6.3 $μ$ m的5 $σ$处检测到，但是需要更高的信噪比来区分雾度与相邻的吸收体。如果使用日冕仪10米级紫外-可见-近红外望远镜在10秒差距处对行星进行直接成像，那么在$>$ 12 $σ$上将在200小时内强烈探测到紫外-蓝色烟雾吸收特征。
2017-02-09 astro-ph.EP
Jupiter as an exoplanet: UV to NIR transmission spectrum reveals hazes, a Na layer and possibly stratospheric H2O-ice clouds
目前，透射光谱分析是探测系外行星大气化学成分最成功的技术。但这些测量的准确性受到观测限制和可能的大气成分多样性的限制。在这里，我们展示了木星的紫外-可见-红外透射光谱，就好像它是一颗过境的系外行星，通过观察它的一颗卫星，木卫三，同时穿过木星的阴影，在木卫三的日食期间由于大气中存在云（气溶胶）和霾，以及甲烷的强吸收特征，光谱显示出强烈的消光。更有趣的是，与辐射转移模型的比较揭示了一个光谱特征，我们在这里将其归因于木星平流层的结晶H2O冰。Na的原子跃迁也存在。这些结果是相关的巨型凌日系外行星的建模和解释。他们还开启了一项新技术，以探索木星大气层上层的大气成分。
2015-02-07 astro-ph.EP
Warm Jupiters around M-dwarfs are great opportunities for extensive chemical, cloud and haze characterisation with JWST
本文利用三维全球气候模型模拟M矮星周围温暖木星的大气，并结合JWST光谱相位曲线和透射光谱，展示其可用于直接推断云和霾并高信噪比探测多种化学成分，其中NH3有望首次在巨行星中被发现。
2024-08-27 astro-ph.EP
Sulfate Aerosol Hazes and SO2 Gas as Constraints on Rocky Exoplanets' Surface Liquid Water
尽管表面液态水对可居住性很重要，但通过观测诊断系外行星上是否存在液态水仍然是一个悬而未决的问题。在太阳系内金星和地球上不同的硫循环的启发，我们调查厚硫酸盐（H2SO 4-H2O）气溶胶霾和高微量混合比的SO2气体作为可观察到的大气特征，其持续存在与几乎没有表面液态水。我们研究了一个岩石行星上的硫循环的基本原理与海洋和大气中的硫的主要形式是SO2气体和H2SO 4-H2O气溶胶（如地球和金星）。我们建立了一个简单但强大的湿氧化硫循环模型，以确定可检测到的SO2水平和可检测到的雾霾层所需的大气-海洋系统中硫的临界量。我们证明，物理上现实的海洋pH值（pH > 6）和保守的假设火山放气，化学和气溶胶微物理，表面液态水水库大于1 e-3地球海洋是不相容的持续可观测的H2SO 4-H2O烟霾层和持续可观测的SO2水平。因此，我们建议观测检测的H2SO 4-H2O霾层和SO2气体作为两个新的远程指标，一个行星没有主机显着的表面液态水。
2019-12-26 astro-ph.EP
Ultraviolet Radiation Effects on the Optical Properties of Water-Dominated Exoplanet Hazes
University of Arizona（亚利桑那大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Planetary Science Institute（行星科学研究所）；Cornell University（康奈尔大学）
研究通过实验模拟亚海王星和类地行星的水主导大气雾霾，发现紫外线辐射使雾霾在0.5-8微米波段吸收增强，并利用模型模拟显示辐射处理雾霾在2.6微米处N-H特征差异可被JWST观测。
2026-06-04 astro-ph.EP
An Observational Diagnostic for Distinguishing Between Clouds and Haze in Hot Exoplanet Atmospheres
热系外行星大气中气溶胶的性质是系外行星领域面临的主要棘手问题之一。复杂的化学性质、多种形成途径以及缺乏与气溶胶相关的易于识别的光谱特征使得限制其关键特性尤其具有挑战性。我们提出了一种透射光谱技术，以确定最高辐射热蒸发器（HIHJs）的主要气溶胶形成机制。该技术基于这样的预期，即两种关键类型的气溶胶-光化学产生的薄雾和平衡冷凝云-预计将在高度辐照的行星大气层的不同区域形成并持续存在。霾只能在潮汐锁定的热对流层的永久日照面产生，并将被大气动力学带到顺风的夜晚终结者（在过境期间被视为拖曳翼）。云只能在HIHJ的夜晚和早晨终结者（被视为过境期间的领先分支）的较冷区域形成。由于相对的肢体预计将受到不同类型的气溶胶的影响，入口和出口光谱，主要探测地球的相对两侧，将揭示主要的气溶胶形成机制。我们表明，基准HIHJ，WASP-121 b，具有与部分气溶胶覆盖一致的透射光谱，并且进出口光谱将限制这些气溶胶的位置和形成机制。在一般情况下，使用这种诊断，我们发现，观测与JWST和可能与HST应该能够区分云和霾目前已知的HIHJ。
2017-08-11 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
Theoretical Transmission Spectra of Exoplanet Atmospheres with Hydrocarbon Haze. II. Dependence on UV Irradiation Intensity, Metallicity, C/O Ratio, Eddy Diffusion Coefficient, and Temperature
最近的透射光谱显示，云和薄雾在近距离系外行星的大气中很常见。在这项研究中，使用光化学，微物理和透射光谱模式的近距离温暖，（$\lesssim$ 1000 K）系外行星大气，我们在我们的前一篇论文中新开发的（Kawashima & Ikoma 2018），我们研究了雾霾颗粒和气态物质的垂直分布，以及在宽范围的模型参数（包括紫外辐射强度，金属含量，碳氧比（C/O）、涡流扩散系数和温度。对金属丰度的敏感性特别令人感兴趣。我们发现，金属丰度的上升基本上导致烃的光解离速率降低，因此降低了混浊单体的产生速率。这是由于存在于比碳氢化合物更高的海拔处的主要光子吸收剂（例如$\mathrm{H_2O}$、$\mathrm{CO}$、$\mathrm{CO_2}$和$\mathrm{O_2}$）的增强的光子屏蔽效应。我们还发现，在相对较短的波长（$\lesssim$ 2-3 $μ$ m），在透射光谱中的吸收功能是最明显的中等金属丰度，如100倍的太阳金属丰度，而较低的金属丰度较强的吸收功能在相对较长的波长（$\gtrsim$ 2-3 $μ$ m），其中霾的贡献很小。这是因为两个竞争性的影响，降低烟雾的生产率和大气尺度的高度较高的金属。对于其他模型参数，我们发现，较强的吸收功能出现在较低的紫外线照射，较低的C/O比，较高的涡流扩散系数，和较高的温度的大气的透射光谱。
2019-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Discriminating Between Cloudy, Hazy and Clearsky Exoplanets Using Refraction
我们提出了一种方法来区分多云，朦胧和晴朗的天空（无云和薄雾）系外行星大气层，可适用于即将到来的大口径空间和地面望远镜，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和欧洲极大望远镜（E-ELT）。这些设施将是描述凌日系外行星的强大工具，但只有在相当多的望远镜时间专门用于一颗行星之后。一种可以提供相对快速的识别无雾目标（可能是更有价值的表征目标）的技术可能会增加这些望远镜的科学回报。我们所提出的方法利用宽带观测的折射光在出过境光谱。通过系外行星大气层折射的光可以导致在进入之前和之后的通量增加。由于这种光在比典型的云层和薄雾层更大的压力下传输，因此折射光的检测可以指示无云或无薄雾的大气。JWST可以在10小时内完成木星系外行星的折射光检测，而E-ELT可以在5小时内完成超级地球/迷你海王星的折射光检测。我们发现，这种技术对于平衡温度在200到500 K之间的行星最有效，其中可能包括潜在的宜居行星。探测到一颗可能适合居住的行星的折射光，将强烈表明这颗行星没有全球云或薄雾层，因此是后续观测的一个有希望的候选者。
2014-09-24 astro-ph.EP
Humid Evolution of Haze in the Atmosphere of Super-Earths in the Habitable Zone
本文通过实验研究宜居带富氮超级地球大气中光化学雾霾在湿润条件下的化学演化，发现含氧有机物随时间对数增长并在一个月后占主导，表明该过程可高效生成高前生物潜力分子。
2023-06-01 astro-ph.EP
Gas Phase Chemistry of Cool Exoplanet Atmospheres: Insight from Laboratory Simulations
恒星紫外线通量引起的光化学反应应该会在系外行星大气中产生薄雾颗粒。最近的观测表明，系外行星的大气层中存在薄雾和/或云层。然而，行星外大气中的光化学过程在很大程度上仍然未知。我们用PHAZER室进行了实验室实验，以模拟在一系列系外行星大气（富氢，富水和富二氧化碳，在300，400和600 K）中形成的霾，并观察气相组成的变化（初始气体的破坏和新气体物种的形成）在这些实验中与质谱仪。质谱显示，不同的化学过程发生在实验中作为不同的初始气体混合物和不同的能源（等离子体或UV光子）的函数。我们发现，有机气体产品和O2的光化学产生的实验中，表明光化学生产是这些潜在的生物签名的非生物来源之一。多个模拟大气同时产生有机物和O2，这表明即使有机物和O2的共同存在也可能是假阳性生物特征。从气相组成的变化，我们确定了潜在的前体（C2 H2，HCN，CH 2NH，HCHO等）。对于雾的形成，其中可以发生复杂的反应并产生更大的分子。我们的实验室结果表明，复杂的大气光化学可能发生在不同的系外行星大气中，并导致新的气体产物和烟雾颗粒的形成，包括可能被错误地识别为生物特征的化合物（O2和有机物）。
2018-12-17 astro-ph.EP
Clouds and Hazes in Exoplanet Atmospheres
云和霾在太阳系行星的大气层中很常见，在太阳系外行星的大气层中也很可能无处不在。云影响行星大气的各个方面，从辐射的传输到大气化学，再到动力学，它们影响--如果不是控制--诸如地面温度和可居住性等方面。在这篇评论中，我们的目的是提供一个介绍的作用和性质的云在系外行星大气。我们认为云在影响行星的光谱以及它们的可居住性和可探测性方面发挥的作用。我们简要地总结了云是如何在陆地气候模型中处理，并考虑到目前为止已经采取了更简单的方法来模拟系外行星云，我们也审查的证据。由于云在某些类褐矮星的大气中起着重要作用，我们也简要地讨论了褐矮星云的建模。我们还审查了云粒子的散射和消光效率可能是近似的小颗粒和大颗粒的某些限制情况下，以促进物理理解。由于云在行星大气中扮演着如此重要的角色，云模型很可能被证明是我们解释未来太阳系外行星观测能力的限制因素。
2013-01-23 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
Detection of Aerosols at Microbar Pressures in an Exoplanet Atmosphere
在微巴压力下形成的薄雾已经被外行星大气的理论模型所探索，以解释瑞利散射和/或无特征的透射光谱，然而，在低压形成环境中气溶胶的观测证据已被证明是难以捉摸的。在这里，我们展示了气溶胶存在的直接证据，在温暖的亚土星WASP-69 b的大气中，使用哈勃太空望远镜上的空间望远镜成像光谱仪（STIS）和宽视场相机3（WFC 3）仪器进行观测，在$\sim$ 1微巴的压力。透射光谱显示了由气溶胶散射引起的波长依赖性斜率，其覆盖了光谱调制的11个尺度高度。借鉴在我们的太阳系的阴霾的广泛研究，我们的模型的基础上的木星的阴霾密度分布的缩放版本的透射光谱表明，WASP-69 b的透射光谱可以通过散射从一个近似恒定的密度的颗粒延伸到整个大气柱从40毫巴到微巴的压力。这些结果与基于气溶胶粒子的微观物理学的理论预期一致，该理论预期表明霾可以在系外行星大气中的微巴压力下存在。
2021-07-09 astro-ph.EP
Transit spectrophotometry of the exoplanet HD189733b. I. Searching for water but finding haze with HST NICMOS
介绍了哈勃空间望远镜对热木星HD 189733 b的近红外凌日测光。在五次透射期间用NICMOS仪器进行观察，其中三次透射用1.87微米的窄带滤光片进行，两次透射用1.66微米的窄带滤光片进行。我们的观测策略，使用窄带滤波器是不敏感的通常HST轨道内和轨道到轨道的测量系统误差，使我们能够准确和鲁棒地测量近红外波长的行星半径的依赖性。我们的测量未能再现Swain等人的吸收特征低于2微米的大气水在5西格玛的置信水平。我们在1.66微米处测量到行星与恒星的半径对比度为0.15498+/-0.00035，在1.87微米处测量到行星与恒星的半径对比度为0.15517+/-0.00019。我们的两个近红外行星半径值与在光学波长下观察到的亚微米霾粒子的瑞利散射预期水平非常一致，表明高层大气霾仍然主导着近红外透射光谱，超过至少低于2微米的气态分子物种的吸收。
2009-07-29 astro-ph.EP
Hubble Space Telescope Transmission Spectroscopy of the Exoplanet HD 189733b: High-altitude atmospheric haze in the optical and near-UV with STIS
我们提出了哈勃太空望远镜的光学和近紫外透射光谱的过境热木星HD 189733 b，采取了修复的空间望远镜成像光谱仪（STIS）仪器。所得光谱覆盖2900-5700 Ang的范围，并且在500 Ang带宽内达到大于11，000的每次曝光信噪比水平。我们使用在两个过境事件期间获得的时间序列光谱来确定行星半径的波长依赖性，并首次在此波长范围内测量系外行星的大气透射光谱。我们的测量，结合现有的HST光谱，现在提供了一个宽带传输光谱覆盖整个光学制度。STIS数据还显示了在我们的一次凌日事件中有一个大的被掩盖的恒星斑点的明确证据，我们用它来限制K矮星的恒星斑点的特征，估计Teff~4250 K附近的斑点温度。与同期地面光度监测的恒星变化，我们还测量恒星活动水平和过境测量的行星到恒星的半径对比度，这是在很好的协议与预测之间的相关性。我们发现一个行星的传输光谱与以前发现的HST ACS相机从高空大气薄雾的瑞利散射的一致性很好。现在发现高海拔霾覆盖了整个光学区域，并以瑞利散射为特征。这些发现表明，烟霾可能是地球的一个全球主导大气特征，这将导致在较短的光波长下的高光学散射。
2011-06-02 astro-ph.EP
Organic hazes as a source of life's building blocks to warm little ponds on the Hadean Earth
本研究通过实验室模拟冥古宙大气有机霾的生成，分析核碱基等生命基础组分浓度，并结合数值模型发现有机霾能为温暖小池塘输送生命基础组分，但高温表面会导致其衰变。
2024-01-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Organic Haze as a Biosignature in Anoxic Earth-like Atmospheres
在太古宙（38 - 25亿年前），早期地球可能承载了生物介导的全球有机烟雾。这种烟雾将对我们星球的多个方面产生重大影响，包括其可居住性和光谱外观的潜力。在这里，我们模拟的世界与太古代水平的二氧化碳围绕古老的太阳和M4 V矮星（GJ 876），并表明有机烟雾的形成需要甲烷通量与估计的地球一样的生物生产率一致。在具有高通量的生物有机硫气体（CS2，OCS，CH 3SH和CH 3SCH 3）的行星上，涉及这些气体的光化学可以在比甲烷光化学更低的CH 4/CO2比率下驱动霾的形成。对于一个绕太阳运行的行星，在现代有机硫气体通量的30倍时，霾形成的CH 4/CO2比现代有机硫通量的1倍低20%。对于一颗环绕M4 V恒星的行星，有机硫气体的影响更为明显：在1倍于现代地球有机硫流量的情况下，在CH 4/CO2 ~ 0.2时会形成大量的霾，但在30倍于有机硫流量的情况下，形成霾所需的CH 4/CO2比会降低整整一个数量级。在极低的CH 4/CO2比率下检测到霾可能表明这些生物成因的含硫气体的影响，因此意味着系外行星上的生物活动。当这些有机硫气体在类地系外行星的光谱中不容易检测到时，它们可以帮助产生的厚有机烟雾在反射光中以低至10的光谱分辨率检测到的紫外-蓝色波长处产生非常强的吸收特征。在直接成像中，限制CH 4和CO2浓度将需要更高的光谱分辨率，并且需要R > 170才能准确解析1.57 μm处的…
2017-11-05 astro-ph.EP
The Pale Orange Dot: The Spectrum and Habitability of Hazy Archean Earth
认识到一颗行星是否可以支持生命是未来系外行星光谱表征任务的主要目标，但过去对可居住性评估的研究在很大程度上忽略了我们星球漫长的可居住历史中存在的截然不同的条件。这项研究模拟了地球历史上一个可居住但又截然不同的阶段，当时大气层中含有类似泰坦的富含有机物的薄雾。先前的研究声称，一个烟雾丰富的太古代地球（38 - 25亿年前）将由于烟雾的冷却效应而被冻结。然而，没有以前的研究自洽地考虑到气候，光化学和分形霾。在这里，我们使用耦合的气候-光化学-微物理模拟来证明，雾霾可以使地球表面冷却约20 K，但即使在较暗的年轻太阳下，液态表面水的可居住条件也可以保持相对较厚的雾霾层（200 nm处的τ ~ 5）。我们发现，光学厚雾是自我限制，由于其自屏蔽性能，防止灾难性的冷却的星球。雾霾甚至可以通过紫外线屏蔽来增强行星的可居住性，与无雾霾的行星相比，减少了约97%的表面紫外线通量，并可能使2.6.2.7亿年前的陆地生物得以生存。这种薄雾产生的广泛的紫外线吸收特征可能在星际距离上都是可见的，从而可以描述类似的朦胧系外行星。太古代地球大气层中的薄雾强烈依赖于生物产生的甲烷，我们提出碳氢化合物薄雾可能是一种新型的光谱生物特征与大量的二氧化碳水平的行星。朦胧的太古宙地球是我们对环境条件有地球化学限制的最陌生的世界，为类似的可居住的缺氧系外行星提供了有用的模拟。
2016-10-14 astro-ph.EP
Exoplanet Volatile Carbon Content as a Natural Pathway for Haze Formation
本文提出烟尘线是行星形成盘中的关键位置，模拟了从烟尘线与水冰线之间获取物质的富硅行星，发现其地幔富还原碳而贫水，排气可在紫外辐射下自然产生遮蔽性大气霾，并指出这类行星在银河系中可能普遍存在且影响宜居性。
2023-05-08 astro-ph.EP
Formation of organic hazes in CO$_2$-rich sub-Neptune atmospheres within the graphite-stability regime
本研究通过实验室模拟探究了富CO$_2$亚海王星大气中的有机雾霾形成，发现300 K和500 K下均生成雾霾且成分与形成途径存在温度差异，为解释未来系外行星观测数据提供了理论支持。
2025-08-08 astro-ph.EP
Retrieval of planetary and stellar properties in transmission spectroscopy with Aura
透射光谱学提供了一个强大的探测过境系外行星的大气特性。迄今为止，对过境系外行星的研究主要集中在推断其大气特性，如化学成分，云/雾特性和温度结构。然而，太阳系外行星的宿主恒星表面的不均匀性，以冷点和热光斑的形式，原则上可以在观测到的行星凌日光谱上留下印记。在这里，我们提出了光环，一个新的检索范式推断行星和恒星的属性从传输光谱。我们将我们的检索框架应用于热巨系外行星的样本，以确定恒星异质性和云/雾在其光谱中的意义。检索分析区分了四组行星。首先，WASP-6 b和WASP-39 b的光谱最好的特征是恒星异质性和烟雾和/或云的印记。HD 209458 b和HAT-P-12 b是第二组，它们的恒星不均匀性证据很弱，而且有大量的烟雾和/或云。第三组由HAT-P-1b和WASP-31 b组成，显示出微弱的恒星异质性证据，但云/霾的迹象很弱。第四组-- WASP-19 b、WASP-17 b和WASP-12 b--最适合分子和碱吸收剂与H $_2$散射，没有恒星不均匀性的证据，也没有云/雾的证据。我们的检索方法铺平了道路，同时从更高分辨率的光谱使用未来的设施，如詹姆斯韦伯太空望远镜和大型地面设施的恒星和行星的信息。
2018-08-29 astro-ph.EP
On the effects of clouds and hazes in the atmospheres of hot Jupiters: semi-analytical temperature-pressure profiles
受Guillot（2010）工作的启发，我们提出了一种计算热木星大气中温度-压力分布的半解析形式，其中包括云/雾和碰撞诱导吸收的影响。使用双波段近似，我们假设来自热木星的恒星辐射和热辐射发生在不同的波长（“短波”与“长波”）。对于一个纯粹的吸收云/霾，我们证明了它的双重效果的冷却和变暖的高层和低层大气，分别修改，在一个非平凡的方式，温度逆温是否存在于高层大气中的条件。当云/霾层位于更深处时，变暖效应变得更加明显。如果它位于短波光球层之下，变暖效应要么变得更加柔和，要么完全停止。如果存在短波散射，其双重效应是分别使高层和低层大气升温和降温，从而抵消云/霾增强长波吸收的影响。我们做了一个尝试性的比较，从HD 189733 b的观测推断的温度-压力数据点的4参数模型，并估计其债券的债券约为10%。除了它们在发展物理直观的效用，我们的半分析模型是一个指导热木星大气通过三维模拟大气环流的参数空间探索。
2011-10-03 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.ao-ph
The impact of organic hazes and graphite on the observation of CO2-rich sub-Neptune atmospheres
本研究测量了有机雾霾类似物和石墨在0.4-25 μm的光学常数，并应用于GJ 1214b的透射光谱模拟，发现有机雾霾能重现Hubble和JWST观测特征，而石墨可能导致半径高估，为超蓬松行星提供解释。
2025-08-10 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey IX. Detection of Haze, Na, K, and Li in the super-Neptune WASP-127b
具有相对清晰大气层的系外行星是详细研究其大气层化学成分和丰度的主要目标。长期以来，人们一直认为碱金属由于压力增宽而表现出宽翼，但大多数碱金属探测器只显示出非常窄的吸收核心，这可能是因为云的存在。我们报告了在超海王星WASP-127 b的大气中，分别在4.1 $σ$、5.0 $σ$和3.4 $σ$处，对Na、K和Li吸收的压力展宽光谱剖面的强探测。我们进行了光谱检索建模与10.4米大加那利望远镜（GTC）新获得的高品质的光学透射光谱，结合重新分析的光学透射光谱与2.5米北欧光学望远镜（NOT）。通过假设一个斑片状云模型，我们反演了Na、K和Li的丰度，K的丰度为3.7 $σ$，Li的丰度为5.1 $σ$（Na的丰度仅为1.8 $σ$）。我们将霾覆盖率限制在52%左右。我们还发现了水吸收的迹象，但由于探测波长的不确定性较大，无法通过全球检索对其进行限制。WASP-127 b在詹姆斯·韦伯太空望远镜时代的大气表征中将是极其有价值的。
2018-05-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
HST SHEL: Revealing Haze and Confirming Elevated Metallicity in the Warm Neptune HAT-P-26b
本研究利用HST和斯皮策数据构建HAT-P-26b的0.29-5.0微米透射光谱，发现弱于瑞利散射的雾霾斜率，并反演出15倍太阳金属丰度，表明该行星形成于原行星盘外侧后向内迁移。
2025-03-25 astro-ph.EP
JWST Transit Spectra I: Exploring Potential Biases and Opportunities in Retrievals of Tidally-locked Hot Jupiters with Clouds and Hazes
我们可以获得最高信噪比过境光谱的许多系外行星都是潮汐锁定的。潮汐锁定行星上的大气层可能在行星的白天和黑夜之间表现出巨大的差异，两极，以及早晨和晚上的终结者。在本文中，我们说明了如何气溶胶和昼夜温度梯度的综合影响形状过境光谱的潮汐锁定系外行星时，考虑到完整的三维结构和评估的影响，检索的大气属性。为此，我们已经开发了一个新的代码，METIS，它可以计算过境光谱的任意跨纬度高度网格的温度和压力。使用METIS，我们将云和薄雾的灵活处理与简单的参数化昼夜温度梯度配对，以计算过境光谱，并在广泛的系外行星大气特性中进行检索实验。我们的主要发现是：（1）气溶胶的存在通常会增加昼夜温度梯度对过境光谱的影响;（2）当试图执行贝叶斯参数估计时忽略昼夜温度梯度，当气溶胶存在时仍然会返回有偏差的结果，如文献中对于晴朗大气所示的那样;（3）在考虑昼夜温度梯度的情况下，一些凌日谱可以提供足够的信息来约束温度和昼夜转换的宽度。云和霾的存在实际上可以加强这种约束，但也削弱了对金属丰度的约束。本文代表了朝着开发足够复杂的模型和理论以匹配即将可用的优质数据的更大目标迈出的一步。
2020-06-12 astro-ph.EP
Aurora: A Generalised Retrieval Framework for Exoplanetary Transmission Spectra
大气检索的系外行星传输光谱提供了重要的约束条件，如化学丰度，云/霾的属性，和特征温度，在昼夜大气终止。到目前为止，大多数光谱已经观察到巨大的系外行星，由于检索通常假设富氢大气。然而，最近对迷你海王星/超级地球的观测，以及包括JWST在内的即将到来的设施的承诺，需要新一代的检索，可以解决各种各样的大气成分和相关的复杂性。在这里，我们报告了Aurora，这是一个下一代大气检索框架，它建立在最先进的架构之上，并结合了以下关键进步：a）考虑到富氢和贫氢大气的一般成分反演，b）非均匀云/霾的一般处方，c）用于高维反演的多个贝叶斯推断算法，d）折射、前向散射的模块考虑，和米氏散射，以及e）噪声建模功能。我们展示了极光对热木星HD209458 b，迷你海王星K218 b和岩石系外行星TRAPPIST 1d的当前和/或合成观测。使用当前的HD209458 b光谱，我们证明了我们的框架和云/霾处方对富氢/贫氢大气的假设的鲁棒性，改善了以前的治疗。使用K218 b的真实和合成光谱，我们展示了不可知的方法来自信地限制其大气成分，并获得精确的丰度估计。对于TRAPPIST 1d，10次JWST NIRSpec凌日可以识别无云的CO $_2$富集大气和N $_2$富集大气的主要大气成分，以及痕量气体的丰度限制，包括O $_3$的初始指示，如果以增强的水平存在（$\sim$ 10- 100 x地球水平）。
2021-03-15 astro-ph.EP
Titan in Transit: Ultraviolet Occultation Observations Reveal a Complex Atmospheric Structure
凌日光谱学是系外行星大气特征描述的关键工具。然而，过境光谱观测可以限制气溶胶消光时，气体不透明度弱。紫外线波长范围包含各种强分子和原子特征，即使在存在大气雾的情况下也可能实现气体种类检测。为了了解气溶胶消光和紫外线分子不透明度之间的相互作用，我们调查通过土星的卫星土卫六的大气层中的传输在掩星与美国宇航局的卡西尼号轨道飞行器上的紫外线成像光谱仪（UVIS）观察。我们使用大气反演模型，包括和排除治疗霾的土卫六推导出的紫外线过境光谱进行分析。我们检索到的大气属性，即气柱密度，与以前的研究分析紫外掩星数据是一致的。使用贝叶斯信息准则，我们证明，阴霾参数化是不必要的，以适应数据，尽管明显的不透明性，由于多个分离的阴霾层在底层掩星数据。我们的工作表明，即使过境光谱在较长波长处主要是由薄雾消光，在紫外线波长范围内继续表征系外行星可以提供新的大气约束。
2020-06-25 astro-ph.EP
Detectable molecular features above hydrocarbon haze via transmission spectroscopy with JWST: Case studies of GJ 1214b-, GJ 436b-, HD 97658b-, and Kepler-51b-like planets
到目前为止观察到的一些系外行星显示出无特征或平坦的透射光谱，可能表明其大气层中存在云和/或薄雾。由于其大孔径尺寸和宽波长覆盖范围，JWST预计将能够对系外行星大气进行详细调查，这可能会对被云/霾遮挡的大气成分提供重要的限制。在这里，我们使用四个温暖的（$\lesssim 1000$ K）行星适合通过透射光谱，GJ 1214 b，GJ 436 b，HD 97658 b和开普勒-51 b的大气特征，作为例子，探索分子吸收功能可检测的JWST，即使在碳氢化合物雾的存在下，在大气中。我们模拟光化学，碳氢化合物烟雾颗粒的生长，以及这四个行星的大气层的透射光谱。在所考虑的行星参数中，具有朦胧的、相对富含氢的大气层的超级地球大多数预计会产生可检测到的分子吸收特征，例如在3.3 ${\rm μ}$ m处的相当突出的$\mathrm{CH_4}$特征，即使是在光化学烟雾产生最有效的极端情况下。对于一颗重力极低的行星，如开普勒-51b，由于沉降速度小，雾霾颗粒在高层大气中变得非常大，导致在很宽的波长范围内没有特征或平坦的透射光谱。这项调查表明，在大多数情况下，由HST测量的具有静音功能的透射光谱并不排除JWST可访问的较长波长处的强功能。
2019-04-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
ACCESS I: An Optical Transmission Spectrum of GJ 1214b Reveals a Heterogeneous Stellar Photosphere
GJ 1214 b是迄今为止研究最多的次海王星系外行星。最近的测量显示，它的近红外透射光谱是平坦的，指向系外行星大气中的高空不透明源，无论是平衡冷凝云还是光化学烟雾。许多光度观测已被不同的团体在光学报道，虽然同时测量跨越整个光学制度缺乏。我们提出了一个光学透射谱（$4,500-9,260$）的GJ 1214 b在14个仓测量麦哲伦/IMACS重复超过三个过境。我们测量的平均行星与恒星的半径比${R_{p}/R_{s} = 0.1146\pm{2\times10^{-4}}}$和平均不确定性$σ(R_{p}/R_{s})=8.7\times10^{-4}$的光谱箱。光学渡越深度平均比在近红外线中观察到的要浅。我们提出了一个模型，共同将通过系外行星的肢体的复合光球和大气传输（CPAT）的影响，并用它来检查的情况下，吸收剂和温度的不均匀性在恒星光球。我们发现，光学和近红外测量的最佳解释组合（1）光化学雾在行星大气中的模式粒子尺寸$r=0.1~μ$ m和雾形成效率$f_{haze}=10 \%$和（2）光斑在未掩蔽的恒星盘的温度对比度$ΔT=354^{+46}_{-46}$ K，假设3.2%的表面覆盖。CPAT模型可用于评估异质恒星光球对系外行星透射光谱观测的潜在贡献，这对于在光学中搜索光谱特征将是重要的。
2016-12-01 astro-ph.EP
Trends in Atmospheric Properties of Neptune-Size Exoplanets
对越来越多的温暖海王星样本进行了精确的大气观测。在这里，我们调查这些意见和大量的系统参数之间的相关性表明，在95%的置信度，一个温暖的海王星的光谱特征的振幅在传输相关的平衡温度（T_eq）或其散装H/He质量分数（f_HHe）-除了标准的kT/mg标度。这些相关性可能表明，对于半径较小和f_HHe较低的行星，在较低的T_eq和/或较高的金属丰度大气下，光学厚度更大、光化学产生的薄雾。由于这些行星中的某些行星上一定存在薄雾，我们倾向于前一种解释。我们推导出一个解析关系，以估计所需的观测时间与JWST/NIRISS自信地区分一个名义上的气体巨星的传输谱从一个平坦的线。使用这个工具，我们表明，这些可能的大气趋势可能会减少预期的TESS行星的数量，JWST光谱可达8倍。需要对更大样本的行星进行额外观测，以确认大气特性随行星或系统数量变化的趋势。如果这些趋势能够被自信地识别出来，该社区将能够优先考虑大气研究的新目标，并最终打破大气化学，成分和云特性之间的复杂简并性。
2017-10-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
A precise blue-optical transmission spectrum from the ground: Evidence for haze in the atmosphere of WASP-74b
我们报告了膨胀的热木星WASP-74 b在4000至6200 nm波长范围内的透射光谱。我们用甚大望远镜FOCAL减速器和摄谱仪（VLT FORS 2）观测了两次凌日事件，并提出了一种测量系外行星凌日深度随波长变化的新方法。新方法消除了在校正大气消光影响的光谱光变曲线时对参考星的需要。与其他技术相比，它还提供了更高的精度，对于V=9.8等的太阳型恒星和80 μ m的波长箱，平均凌日深度不确定性达到211 ppm。VLT的透射光谱进行了分析，单独和结合公布的数据从哈勃太空望远镜（HST）和斯皮策。光谱被发现表现出一个大部分无特征的斜率和平衡化学检索与PLATON赞成在系外行星的高层大气中的烟雾。使用AURA进行的自由化学检索进一步支持雾的存在。虽然根据大气模型的选择，可能会有其他限制，但这些限制并不可靠，可能会受到数据集中剩余系统学的影响。我们的研究结果证明了新技术在光学地面光谱数据分析中的实用性，并且可以与JWST的红外后续观测高度互补。
2023-02-22 astro-ph.EP
Photolytic Hazes in the Atmosphere of 51 Eri b
我们使用1D模型来解决光化学和可能的烟雾形成的照射温暖的木星，51波江座b。本计划的重点是碳，但硫的光化学结果是重要的。有机光化学烟雾的情况是有趣的，但缺乏令人信服的。如果有机烟雾形成，如果51 Eri b的垂直混合比木星弱，它们最有可能这样做，并且它们将在甲烷和水光解的高度以下被发现。更新颖的结果是，光化学将H $_2$ S转化为元素硫，在此处理为S $_8$。在较冷的模型中，S $_8$预计会凝结成固体硫颗粒的光学厚云，而在较暖的模型中，S $_8$与其他几种硫同素异形体一起保持蒸汽状态，这些硫同素异形体在视觉上引人注目，并且可能是可观察的。对于51 Eri b，有和没有冷凝硫的模型之间的分界线是在700 K的有效温度，这是在其实际有效温度的误差范围内;硫冷凝的局部温度在280和320 K之间。我们讨论的硫光化学反应非常普遍，应该在广泛的温度范围内的各种世界中发现，无论是比这里研究的650-750 K范围更冷还是更热，我们表明硫光化学反应的产物在紫外线辐射比51 Eri b弱几个数量级的行星上几乎同样丰富。
2016-04-25 astro-ph.EP
Transmission spectroscopy with VLT FORS2: a featureless spectrum for the low-density transiting exoplanet WASP-88b
我们提出了基于地面的光学透射光谱的低密度热木星WASP-88 b覆盖波长范围4413-8333 nm的甚大望远镜上的FORS 2摄谱仪。FORS 2白光曲线表现出显着的时间相关的噪声，我们使用高斯过程模型，并删除作为一个波长无关的组件从光谱光曲线。我们分析补充光度观测凌日系外行星调查卫星和完善的系统属性和星历。我们发现了一个无特征的透射光谱，对较短波长的吸收增加。我们进行了大气检索分析与AURA代码，找到初步的证据，在高层大气中的阴霾和较低的可能性，一个密集的云甲板。虽然我们的检索分析结果指向云和霾，但需要进一步的证据来明确拒绝晴空情景。
2021-06-28 astro-ph.EP
Cleaning our Hazy Lens: Exploring Trends in Transmission Spectra of Warm Exoplanets
相对而言，人们对温带至温暖系外行星（平衡温度$T_{\rm eq}<$ 1000 K）的大气成分了解甚少，因为发现其中许多行星具有非典型的平坦透射光谱。它们平坦的光谱可能是由于大气不透明度的来源，如全球范围的光化学烟雾和凝结云。我们编译了哈勃太空望远镜先前观测到的25颗温暖系外行星的透射光谱，并使用水吸收特征（$A_{\rm H}$）的归一化幅度来量化每个系外行星的模糊度。通过研究$A_{\rm H}$与各种行星和恒星强迫参数之间的关系，我们试图找到与行星性质相关的模糊度的相关性。我们采用了新的统计相关性检验，更适合于小的，非正态分布的温暖的系外行星样本。我们的分析表明，没有一个参数与$A_{\rm H}$（$p \le 0.01$）具有统计学上的显著相关性，增加了新的系外行星数据，包括先前确定的$A_{\rm H}$和$T_{\rm{eq}}$或氢氦包层质量分数（f $_{\rm{HHe}}$）之间的线性趋势。这表明，温暖系外行星的模糊性不仅仅是由任何单一的行星/恒星参数控制的。在我们研究的所有参数中，行星重力（$g_{\rm p}$）、大气高度（$H$）、行星密度（$ρ_{\rm p}$）、轨道偏心率（$e$）和恒星年龄（$t_{\rm age}$）与$A_{\rm H}$有初步的相关性。具体而言，较低的$H$、较高的$g_{\rm p}$、$ρ_{\rm p}$、$e$或$t…
2022-06-25 astro-ph.EP
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
