超地球π介子的重分子量大气

地球系外行星大气中的光化学III：超级地球和小海王星厚大气中的光化学和热化学

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。

蒸发的超级地球的硅酸盐大气化学

Chemistry of Silicate Atmospheres of Evaporating Super-Earths

我们模拟了硅酸盐大气在热的无挥发物的超级地球上的形成。我们的计算假设所有的挥发性元素，如H，C，N，S和Cl都已经从行星上消失了。我们发现，大气主要由Na，O2，O和SiO气体组成，以减少丰度的顺序。大气成分可以通过分馏蒸发、云凝结、光电离以及与大气中残留的任何挥发性元素反应而改变。云凝结减少了大气中除Na和K以外的所有元素的丰度。我们推测，像在水星和木卫一周围观察到的大型Na和K云可能围绕着热的超级地球。这些云会比紧密结合的大气层隐藏更大部分的母星，并且可以通过目前可用的方法观察到。

Stratospheric Clouds Do Not Impede JWST Transit Spectroscopy for Exoplanets with Earth-Like Atmospheres

The James Webb Space Telescope (JWST) will provide an opportunity to investigate the atmospheres of potentially habitable planets. Aerosols, significantly mute molecular features in transit spectra because they prevent light from probing the deeper layers of the atmosphere. Earth occasionally has stratospheric/high tropospheric clouds at 15-20 km that could substantially limit the observable depth of the underlying atmosphere. We use solar occultations of Earth's atmosphere to create synthetic JWST transit spectra of Earth analogs orbiting dwarf stars. Unlike previous investigations, we consid…

在非常活跃的恒星的宜居带中类地大气的极端流体动力损失

Extreme hydrodynamic losses of Earth-like atmospheres in the habitable zones of very active stars

目标。在这封信中，我们计算了第一次完整的跨音速流体动力逃逸的类地大气。我们考虑的情况下，地球质量的行星与大气成分相同，目前的地球轨道在1 AU周围的年轻和非常活跃的太阳质量恒星。方法.为了模拟高层大气，我们使用了Kompot代码，这是一个计算行星高层大气物理结构的第一原理模型，考虑到流体动力学以及在行星高层大气中发生的主要化学和热过程。这个模型使我们能够计算一维垂直结构的大气作为输入的高能量光谱的年轻和活跃的太阳。结果大气具有跨音速流体动力学帕克风的形式，其在我们的计算域的上边界处具有超过逃逸速度的流出速度。流出的气体主要由原子氮和氧以及它们的离子当量组成，并且具有20%的最大电离分数。质量外流速率为1.8x10^9 g·s^-1，这将在不到100万年的时间内侵蚀掉现代地球的大气层。结论.这种极端的质量损失率表明，当行星在一颗非常活跃的恒星的宜居带内运行时，不可能形成类似地球的大气层。相反，这样的大气层只能在恒星的活动降低到低得多的水平后形成。这发生在地球早期的大气层中，可能是由其他气体如二氧化碳主导的。由于恒星活动衰变所需的时间高度依赖于其质量，这对于理解围绕低质量恒星运行的行星可能形成的时间尺度非常重要。

在棕矮星大气和地球大气及海洋中的热成分非绝热对流

Thermo-compositional diabatic convection in the atmospheres of brown dwarfs and in Earth's atmosphere and oceans

通过将对流理论推广到任何类型的热和成分源项（非绝热过程），我们表明，地球海洋中的热盐对流，恒星大气中的指状对流和地球大气中的湿对流都来自相同的一般非绝热对流不稳定性。我们还表明，在棕矮星大气中由CO/CH 4跃迁引发的“辐射对流”与辐射转移类似于湿对流和热盐对流。我们推导出一个广义的混合长度理论，包括在一维码的源项的效果。结果表明，与地球大气中的湿对流相似，CO/CH 4辐射对流可以显著降低棕矮星大气中的温度梯度，从而解释了棕矮星光谱的变红现象。通过使用理想化的二维流体动力学模拟在勒杜不稳定制度，我们表明，成分源项确实可以引起温度梯度的降低。L/T转变可以用绝热和非绝热对流传输之间的分歧来解释，并且可以被看作是一个巨大的冷却危机：液体/蒸汽-水对流流动中沸腾危机的模拟。这种机制与其他化学转变可能存在于许多巨大和类地系外行星中。研究不同参数（有效温度、成分变化）对CO/CH 4辐射对流的影响以及与地球湿对流和热盐对流的类比，为利用褐矮星更好地了解我们地球气候中起作用的物理学的某些方面提供了可能性。

GJ 1214 b和其他“超级地球”的理论Transit光谱

Theoretical Transit Spectra for GJ 1214b and Other "Super-Earths"

我们提出了新的计算过境光谱的超级地球，允许大气中的任意比例的常见分子物种和阴霾。我们用通用光谱测试这种方法，再现预期的系统学和吸收特征，然后将其应用于附近的超级地球GJ 1214 b，它产生了相互矛盾的观测数据，留下了富氢与贫氢大气和大气含水量模糊的问题。我们提出了具有代表性的过境光谱范围内的大气模型GJ 1214 b。我们的分析支持一个富氢的大气层与云或霾层，虽然一个贫氢的模式，少于10%的水是不排除的。然而，有几类模型被排除在外，包括没有雾的富氢大气，雾度约为0.01微米托林颗粒的富氢大气，以及主要吸收源不是水的贫氢大气。我们提出了一个观测测试，以区分富氢和贫氢大气。最后，我们提供了一个库的理论过境光谱的超级地球的参数范围广泛，以方便未来的比较与预期的数据。

超地球大气中的云：化学平衡计算

Clouds in Super-Earth Atmospheres: Chemical Equilibrium Calculations

最近的研究已经明确证明了云在超级地球大气中的存在（Kreidberg et al. 2014）。在这里，我们提供了一个理论背景下形成的超级地球云，确定冷凝物可能形成的假设下的化学平衡。我们研究了不同体积成分的超级地球大气，这些大气被认为是由固体核心的南极物质放气形成的，遵循Schaefer和Fegley（2010）。我们所研究的超级地球大气层来自于由个别类型的南极陨石组成的行星核心。它们的范围从高度还原到氧化，并且具有太阳下和太阳上的碳氧比（C：O），从而跨越了适合低质量系外行星的大气成分范围。考虑到这些大气的原子组成，我们最小化了超过550种气体和冷凝物的全球吉布斯自由能，以获得350- 3000 K温度范围内大气的分子组成。在我们的计算中，云应该沿着出现凝聚物质的温度-压力边界形成。我们发现，凝结云的组成强烈地依赖于H：O和C：O的比例。对于超级地球原型GJ 1214 b，KCl和ZnS是太阳组成的主要云形成冷凝物，与先前的工作一致（Morley et al. 2013; Miller-Ricci Kempton et al. 2012）。然而，对于氧化性大气，K2 SO 4和ZnO冷凝物是有利的，而对于具有超太阳C：O比率的富碳大气，石墨云出现。对于更热的行星，云是由各种各样的岩石和金属物质形成的。

用Ariel探测超级地球上的岩石蒸气大气

Detectability of Rocky-Vapour Atmospheres on Super-Earths with Ariel

Ariel将标志着一个新时代的曙光，这是第一次大规模调查外行星大气层的科学目标，以解决有关行星组成，演化和形成的基本问题。在这项研究中，我们探讨了从岩浆海洋蒸发的大气在干燥，岩石超级地球轨道非常接近他们的宿主恒星的可探测性。探测到这样的大气层将为岩石行星提供一个明确的证据，但由于它们的光谱特征很小，目前可用的仪器具有挑战性。然而，一些最热的行星被认为具有由蒸发的岩石组成的大气，如Na和SiO，其光谱特征足够明亮，可以通过计划中的太空望远镜进行日食观测来检测。在这项研究中，我们发现，岩石超级地球的辐射温度为3000 K，距离地球高达20 pc，以及行星热超过3500 K和接近50 pc，具有SiO功能，这是潜在的日食光谱观测与阿里尔。

地球蒸发：对系外行星大气的应用

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。

N2作为类地行星探测和表征的地球生物特征的作用

The Role of N2 as a Geo-Biosignature for the Detection and Characterization of Earth-like Habitats

自太古代以来，N2一直是地球大气中的主要大气成分。氮是构成生命的基本元素，因此地球生物氮循环是地球和类地系外行星长期演化的基本因素。我们讨论了地球的N2大气的发展，因为地球的形成和它的关系与地球生物循环。然后，我们提出了大气演化情景及其与生命形式的可能相互作用：第一，为一个停滞盖缺氧的世界，第二为构造活动的缺氧世界，第三为氧化构造活动的世界。此外，我们还讨论了目前地球生物圈的可能消亡及其对大气的影响。由于生命形式是将沉积的氮再循环回大气层的最有效手段，它们维持其表面的高水平分压。此外，大量的N2和O2的同时存在在地质时间尺度上的大气中是化学不相容的。因此，我们认为，一个N2占主导地位的大气与O2的类地行星在拱星宜居带可以被认为是一个地理生物签名。具有这种大气层的类地行星将具有与好氧生物生物圈相关联的运行构造体系，而在大多数情况下，其他情况下最终以二氧化碳为主的大气层结束。最后，我们得出的结论是，在M到K星的宜居带内寻找类地系外行星上的生命。

超地球大气：自洽气体吸积和滞留

Super-Earth Atmospheres: Self-Consistent Gas Accretion and Retention

一些最近发现的短周期地球到海王星大小的系外行星（超级地球）具有低的观测平均密度，这只能用大量的气体大气来解释。在这里，我们研究的条件允许吸积和保留这样的气氛。我们自洽耦合星云气体吸积到岩石核心和气体信封随后的演变后，分散的原行星盘。具体来说，我们解决了由于光蒸发和行星冷却造成的质量损失。我们发现，行星在盘的分散（即使没有光蒸发）之后会脱落它们的外层（数十个质量），它们的大气层在几百万年内收缩到与下面的岩石核心半径相当的厚度。在这个阶段，大气中含有比核心更少的粒子（相当于比行星质量的百分之几轻），可以被来自冷却核心的热量吹走，而较重的大气冷却并收缩的时间尺度最多为Gyr。通过将质量损失时间尺度与吸积时间相关联，我们分析确定了质量-温度平面中的一个适居区，在该区域中可以找到低密度的超级地球：行星必须足够大，足够冷，才能吸积并保持其大气层，同时不要太大或太冷，这样它们就不会进入失控的吸积并成为气体巨星（行星）。我们将我们的结果与观测到的超级地球人口进行比较，发现低密度行星确实集中在理论允许的区域。我们的分析和直观的模型可以用来研究可能的超级地球形成的情况。

地球、火星和土卫六大气中能量学、动量、化学和气溶胶分布的非定域深层传输的潜在重要性

The Potential Importance of Non-Local, Deep Transport on the Energetics, Momentum, Chemistry, and Aerosol Distributions in the Atmospheres of Earth, Mars and Titan

对地球大气层中的非本地深层传输机制的回顾为研究火星和土卫六大气层中是否存在类似机制提供了良好的基础。在地球上，热带地区的深层对流云构成了哈德利环流圈的向上分支，并提供了一个管道，通过该管道，能量、水分、动量、气溶胶和化学物质从边界层移动到对流层上部和平流层下部。这种输送在对流层中部产生最小值，如水蒸气和湿静态能量，并在云离开时产生最大值。类似于这种陆地传输的是与火星地形和火星沙尘暴有关的强烈的深层热循环。对火星上尘埃层升高的观测进一步支持了非本地深层运输是火星大气层中一个重要机制的观点。在土卫六上，深层对流云的存在几乎保证了非局部的深层运输正在发生，这些云可能在全球能量、动量和甲烷的循环中发挥作用。基于地球大气层中非局部深层传输的潜在重要性，并得到火星和土卫六大气层中此类传输的证据支持，有必要更加关注地外大气层中的这种机制。

小行星掠地过程中的生命转移

Transfer of Life Between Earth and Venus with Planet-Grazing Asteroids

最近，在金星大气中发现了磷化氢作为潜在的生物特征。这就提出了一个问题：如果金星生命存在，它是否与地球生命有关？根据已知的流星体撞击地球的速率，我们发现至少有$\sim 6 \times 10^5$小行星在没有明显加热的情况下掠过地球大气层，后来撞击金星，类似数量的小行星掠过金星大气层，后来撞击地球，两者都在微生物可以在太空中生存的$\sim 10^5$年内。虽然高层大气中的陆地生命丰度尚不清楚，但这些行星放牧牧羊人可能有能力在地球和金星的大气层之间转移微生物生命。因此，可能的金星生命的起源可能从根本上与地球生命的起源无法区分。

短暂但未被遗忘：逃逸的氢大气层对超级地球内部的印记

Fleeting but not Forgotten: the Imprint of Escaping Hydrogen Atmospheres on Super-Earth Interiors

本研究探讨了超级地球早期氢大气层逃逸对其内部化学组成和密度的持久影响，发现氢被封存导致内生产水并降低体密度，预测结果与观测一致。

年轻超地球大气的潮汐加热

Tidal Heating of Young Super-Earth Atmospheres

短周期的地球到海王星大小的系外行星（超级地球），具有大量的气体包层似乎非常常见。这些气体大气层被认为是起源于行星在最初的几个百万年中嵌入其中的原行星盘。气体从周围星云中吸积的速率取决于气体冷却和辐射其引力能量的能力。在这里，我们证明了恒星和年轻（因此膨胀）行星之间的潮汐相互作用产生的热量可以抑制气体冷却和吸积。定量地，我们发现，增长的超级地球大气停止行星的周期约为10天，提供他们的初始偏心率是0.2的顺序。因此，潮汐加热提供了一个强大而简单的机制，可以同时解释为什么这些行星没有成为气体巨星，并解释靠近恒星的低密度行星的不足，那里的潮汐甚至更强。我们认为，潮汐加热可能是重要的其他因素（如星云的寿命和大气蒸发）在塑造观察到的超级地球人口。

一颗地球大小行星受巨撞击形成的富水大气的演化

Evolution of a Water-rich Atmosphere Formed by a Giant Impact on an Earth-sized Planet

本研究模拟地球质量行星巨撞击后H₂-He-H₂O大气的光致质量损失，阐明核心成分与大气质量分数如何决定富水大气的形成及轨道分布。

类地球无生命行星大气中CO2、CO和CH4的相对丰度

Relative abundances of CO2, CO, and CH4 in atmospheres of Earth-like lifeless planets

本研究通过大气化学模型揭示，类地球无生命行星大气中CO2、CO和CH4的相对丰度存在相空间间隙，该间隙是还原性大气类地行星的普遍特征，对理解生命起源条件具有重要意义。

热超级地球上的温度反转：富氮大气中CN的情况

Temperature inversions on hot super-Earths: the case of CN in nitrogen-rich atmospheres

我们表明，在极端辐射的热超级地球的大气中，CN的短波吸收可以引起强烈的温度反转。我们的这项研究基于之前对55 Cancri e的观测，这使我们相信超短周期的超级地球可以维持富含氮和/或碳的挥发性大气。我们计算我们的模型大气中的各种富氮的情况下，轨道参数的辐射对流平衡。我们证明了热反转对化学和计算低分辨率的合成发射光谱的范围为0.5 - 28微米所造成的影响。结果表明，由于CN的短波吸收，温度高于2000 K，C/O $\geq$ 1.0的大气容易发生热反转。CN是少数几个在短周期超级地球白天发生的高温下非常稳定的分子之一。这种大气的发射光谱将与非倒置情况有很大不同。在反转的情况下，吸收特征被反转，显示出比预期更高的通量。我们建议，在热大气中的反演应该是预期的规范。热超级地球是测试大气化学和结构预测的一些最极端的自然实验室。它们经常出现，发射明亮，轨道周期短。所有这些因素使它们成为JWST和ARIEL任务观察的完美候选者。

热超级地球的大气层

Atmospheres of Hot Super-Earths

热的超级地球可能拥有通过与地面的蒸汽饱和平衡建立的最小大气层。我们解决了这些稀薄的大气在Corot-7 b，开普勒10 b和55 Cnc-e的表面的流体动力学，包括磁阻力和欧姆耗散的理想化处理。我们发现，在所有情况下，大气压力保持接近当地的饱和值。尽管出现了强烈的超音速风，它携带着升华的质量离开亚恒星点，但大气层并没有超出昼夜界限太多。地面温度决定了行星的热（红外）特征，它在很大程度上不受与大气交换的影响，因此遵循有效的辐射模式。然而，大气温度控制着云的凝结，从而控制着云的性质，它可以大大偏离辐射模式。磁阻力和欧姆耗散也会强烈影响大气行为，这取决于大气成分和行星磁场强度。我们的结论是，热的超级地球可能在反射（可能在发射）中表现出有趣的特征，这将追踪它们的地面，大气和磁性的组合。

短周期超级地球上富氢大气的原位吸积：对开普勒-11行星的影响

In-situ Accretion of Hydrogen-Rich Atmospheres on Short-Period Super-Earths: Implications for the Kepler-11 Planets

最近发现的低密度超级地球的轨道周期短的动机，我们已经调查了原位吸积的H-He大气的岩石体嵌入在消散的温暖的磁盘，通过模拟准静态演化的大气连接到周围的磁盘。我们已经发现，大气演化有两个明显不同的结果，这取决于岩石体的质量：虽然大质量岩石体上的大气经历了失控的盘-气体吸积，但轻岩石体上的大气在盘扩散期间经历了显着的侵蚀。在大气侵蚀过程中，以往被忽视的岩体热含量起着重要作用。我们还认识到，在本研究中感兴趣的质量范围内，大气质量对盘温度相当敏感。我们的理论被应用到最近探测到的绕开普勒-11轨道运行的超级地球，以研究行星是岩石为主的相对厚的H-He大气层的可能性。该应用程序表明，原位形成的结构建模推断的相对厚的氢-氦气氛是可能的，只有在有限的条件下，即相对缓慢的磁盘耗散和/或凉爽的环境。这项研究表明，低密度超级地球为理解行星吸积和盘演化提供了重要线索。

地球和其他类地行星吸积过程中形成的大气化学

Chemistry of atmospheres formed during accretion of the Earth and other terrestrial planets

我们使用化学平衡和化学动力学计算来模拟通过加热不同类型的碳质、普通和顽火辉石材料释放的挥发物的化学性质作为温度和压力的函数。我们的研究结果预测了地球和其他类地行星吸积过程中释气形成的大气成分。CI和CM碳质耐火材料的放气产生与冲击实验结果一致的富H2O（蒸汽）气氛。然而，其他类型的绝热材料的释气产生由其他气体主导的气氛。普通（H、L、LL）和高铁顽火辉石（EH）材料的除气产生富H2气氛，CO和H2O是第二和第三最丰富的气体。低铁顽火辉石（EL）的脱气产生富含CO的气氛，H2、CO2和H2O是下一个最丰富的气体。CV碳质耐火材料的排气产生富含CO2的气氛，H2O是第二丰富的气体。我们的研究结果预测，在地球和火星的吸积过程中形成的大气可能是富H2的，除非吸积的物质主要是CI和CM的碳质磷灰石材料。我们还预测在高温（1500-2500 K）的吸积大气中有大量的S，P，Cl，F，Na和K。最后，我们的结果可能是有用的解释吸积太阳系外的类地行星的光谱观测。

凌日超级地球GJ 1214 b的大气性质

The Nature of the Atmosphere of the Transiting Super-Earth GJ 1214b

新发现的行星GJ 1214 b是第一个已知的凌日超级地球，需要大量的大气来解释其观测到的质量和半径。这颗行星的结构模型预测，它可能拥有至少0.05%的行星总质量的H-He包层。然而，没有显著的H-He大气的模型并没有完全被现有的数据排除。在这里，我们探索了一系列可能的大气，从太阳组成的气体，纯CO_2或水（蒸汽）。我们目前的传输和发射光谱，这些情况下。我们发现，如果GJ 1214 b如预期的那样拥有富氢大气，那么这种大气的主要过境深度将在0.3%的水平上变化，作为波长的函数，相对于其M矮星宿主星的背景光。利用目前的天基仪器有可能获得这一精度水平的观测。因此，在~0.1%的水平上成功探测到这颗行星的传输信号将为行星大气富含氢的性质提供确认。因此，在这种精度水平下的透射光谱可以提供第一次一瞥来回答超级地球质量制度（1 - 10 M_Earth）中的行星是否更接近大型类地行星或小型气体巨行星的问题。

π Men c的大气是以氢为主的吗？未检测到Hy Ly-alpha吸收的见解

Is pi Men c's atmosphere hydrogen-dominated? Insights from a non-detecton of Hy Ly-alpha absorption

限制超级地球到次海王星大小的行星的组成是理解行星形成和演化过程的优先事项。pi Men c代表了此类行星大气和成分特征的独特目标，因为它受到强烈照射，并且其体积密度与丰富的H2O一致。我们用哈勃太空望远镜的STIS仪器通过H i Ly-alpha透射光谱在pi Men c的高层大气中寻找来自光解H2/H2O的氢，但没有探测到它。我们设定1（3）个上限，有效行星与恒星的大小比RLy-alpha/Rearth=0.13（0.24）和0.12（0.20）。我们重建了恒星光谱，并估计Men c接收到约1350 erg cm-2 s-1的5-912-Angstroms能量，足以引起快速的大气逃逸。一个有趣的解释是，Men c的大气层主要是H2O或其他重分子，而不是H2/He。根据我们的模型，丰富的氧气导致更少的大气层，从中性过渡到离行星更近的电离氢。我们将我们的未探测与其他探测尝试进行了比较，并初步确定了两种行为：密度<2 g cm-3的行星（可能是氢主导的大气）导致H i Ly-alpha吸收，而密度>3 g cm-3的行星（可能是非氢主导的大气）不会导致可测量的吸收。研究一个强辐射的亚海王星样本可能会提供一些统计学上的确认，如果它表明它们通常不会形成扩展的大气层。

超级地球系外行星GJ 1214 b大气中的云

Clouds in the atmosphere of the super-Earth exoplanet GJ 1214b

最近的调查显示，大小介于地球和海王星之间的行星（“超级地球”）是银河系中最常见的行星之一。大气研究是全面了解这类新物体的下一步。许多努力都集中在使用透射光谱来表征超级地球原型GJ 1214 b的大气，但以前的观测没有足够的精度来区分两种解释的大气。这颗行星的大气层可能由相对较重的分子，如水（例如，100%的水蒸气成分），或者它可能包含遮蔽其低层的高海拔云。在这里，我们报告了GJ 1214 b在近红外波长的透射光谱的测量结果，它明确地解决了这种模糊性。这些数据是用哈勃太空望远镜获得的，足够精确，可以探测到高平均分子量大气的吸收特征。然而，观察到的光谱是没有特征的。我们排除了无云的大气模型与水，甲烷，一氧化碳，氮，或二氧化碳占主导地位的组成大于5 $σ$的信心。地球的大气层必须包含云才能与数据一致。

类地行星潮湿温室大气的平流层温度和水分损失

Stratospheric Temperatures and Water Loss from Moist Greenhouse Atmospheres of Earth-like Planets

一个辐射对流气候模式被用来计算平流层温度和水蒸气浓度的无臭氧大气比现代地球温暖。冷，干燥的平流层预测在低地面温度，与最近的三维计算。然而，当地面温度高于350 K时，平流层变暖，水蒸气成为上层大气的主要成分，使水通过光解和氢逃逸而损失。因此，一个“潮湿的温室”的解释，从金星，或一些系外行星接收相当数量的恒星辐射的水损失，仍然是一个可行的假设。这种大气上部的温度远低于灰色大气的估计温度，在使用一维模型进行“逆”气候计算以确定宜居带边界时，应考虑到这一因素。

氮向地球的延迟输送

Late Delivery of Nitrogen to Earth

大气氮可能是行星可居住性的必要成分，因为它的存在有助于防止行星的水分流失。现今地球大气层中的氮同位素比率，$^{15}$ N/ $^{14}$ N，是原始地球的比率和彗星和小行星可能产生的比率的组合。小行星的氮同位素比例接近地球。这表明它的形成环境与地球相似，或者氮的主要来源是小行星。然而，根据地质记录，地球大气层可能在太古代富含$^{15}$ N。彗星有较高的$^{15}$ N/ $^{14}$ N的比例比目前的地球大气，我们发现，约$5\%$ $\sim$ $10\%$的氮在地球大气中可能已经交付的彗星，以解释目前的地球大气或丰富的$^{15}$ N地球大气。我们模拟了原行星盘中分子氮和氨的雪线半径的演化，发现两者的半径都使它们比主小行星带离太阳更远。通过分析长期共振模型和N体模拟，我们发现位于柯伊伯带的海王星与$ν_8$的近点进动长期共振可能是氮彗星撞击地球的起源。

增强的EUV通量对类地系外行星高层大气的影响

The Impact of Enhanced EUV Flux on the Upper Atmosphere of Earth-like Exoplanets

本文利用GITM模拟最高50倍地球基准EUV通量下的类地行星高层大气，发现约10倍基准通量为大气稳定阈值，并指出一维模型难以刻画非均匀全球大气。

地球：一个可居住星球的大气演化

Earth: Atmospheric Evolution of a Habitable Planet

我们今天的大气层通常被用作潜在的宜居系外行星的模拟，但地球的大气层在其45亿年的历史中发生了巨大的变化。例如，分子氧在今天的大气中很丰富，但在早期地球上却不存在。与此同时，地球大气的物理和化学演变也导致了地面温度的大幅波动，有时导致极端冰川或温暖的温室气候。尽管这段历史充满活力，偶尔也会有戏剧性的变化，但地球一直是可居住的--事实上，人类居住了大约40亿年。了解地球的重大变化及其持久的可居住性是至关重要的，因为它可以指导我们太阳系以外可能存在的可居住行星环境的多样性，并最终识别宇宙其他地方生命的光谱指纹。在这里，我们回顾了地球大气层组成的长期趋势，因为它涉及到行星的可居住性和居住性。我们专注于可能作为可居住性标志（CO2，N2）或生物特征（CH 4，O2）的气体，特别是与大气的氧化还原演化和地球气候系统的耦合演化有关的气体。我们强调，在寻找类地行星的过程中，我们必须注意到，现代大气层所提供的例子只是地球长期演化的一个缩影。在探索我们自己的星球的许多以前的状态，我们强调地球的大气演化在太古代，元古代和中生代，但我们结束了一个简短的讨论潜在的大气轨迹到遥远的未来，从现在起数百万到数十亿年。所有这些“替代地球”的场景都提供了对类似地球的、可居住的和有人居住的世界的潜在多样性的洞察。

地球和火星大气中的经向输送

Meridional Transport in the Atmospheres of Earth and Mars

随着我们不断发现类地系外行星，其中许多行星的轨道和行星特征与我们太阳系中遇到的任何行星都截然不同，我们很可能会遇到“奇异”的大气传输过程。作为一个例子，我们展示了从模拟火星的对流运输的分析。这些模拟提供了深入了解地球和火星之间的对流传输的差异，特别是通过冷凝流的作用。地球和火星之间的差异提醒我们，在观测到的类地行星范围内，可能存在各种各样的日冕传输过程。

地球大气的高分辨率透射光谱--利用月食将地球视为系外行星

High resolution transmission spectrum of the Earth's atmosphere -- Seeing Earth as an exoplanet using a lunar eclipse

随着系外行星领域的快速发展，越来越多的类地系外行星被探测到。使用凌日观测来描述它们的大气层将成为探测类地系外行星的关键数据。我们地球的大气透射光谱将是与未来的地球外候选者进行比较的理想模板。通过观测月食，它提供了一个类似的配置，一个系外行星过境，我们已经获得了高分辨率和高信噪比的地球大气透射光谱。这次观测是在2011年12月的月全食期间在中国兴隆站用高分辨率摄谱仪进行的。我们将观测到的透射光谱与我们的大气模型进行了比较，并详细确定了各种大气物种的特性。在透射光谱中，探测到O2、O3、O2-O2、NO2和H2O，测量了它们的柱密度，并与卫星数据进行了比较。可见的臭氧Chappuis带产生最突出的吸收特征，这表明臭氧是未来地球外表征的有希望的分子。单个O2谱线被分辨，并且O2同位素被清楚地检测到。我们的新观测并没有证实以前月食观测中报道的Ca II或Na I的吸收特征。然而，这些和其他一些强夫琅和费线位置的特征确实出现在观测到的光谱中。我们建议，这些都是由于拉曼散射组件中出现在月球本影光谱的前向散射太阳光。在我们的光谱中发现水蒸气吸收相当弱，因为我们探测的大气相对干燥，这促使我们讨论类地系外行星大气中水蒸气的可探测性。

太阳系外行星大气中的云。II。受低层和高层云影响的类地行星的热发射光谱

Clouds in the atmospheres of extrasolar planets. II. Thermal emission spectra of Earth-like planets influenced by low and high-level clouds

我们研究了多层云（低层水云和高层冰云）对绕不同类型恒星运行的类地行星的热发射光谱的影响。由于云的波长依赖性吸收和散射特性，云对行星的发射光谱有重要影响。我们还调查了云的影响，从低分辨率光谱获得行星地面温度的信息的能力。

大气折射的影响：在初次日食观测期间，我们可以探测多深的地球外大气层？

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。

恒星风对无磁场类地行星早期大气的影响

Stellar wind impact on early atmospheres around unmagnetized Earth-like planets

该研究通过三维磁流体动力学模拟，分析了不同自转速率恒星的活动相关恒星风对无磁场类地行星原始大气早期演化的影响，揭示快速自转恒星风会显著缩减大气范围，慢速则影响甚微，为系外行星宜居性研究提供参考。

探测类地系外行星大气中的工业污染

Detecting industrial pollution in the atmospheres of earth-like exoplanets

在过境系外行星的大气中检测生物特征，例如分子氧与还原气体的结合，一直是寻找外星生命的主要焦点。我们指出，除了这些通用指标，人为污染可以被用作智能生命的一种新的生物特征。为此，我们确定了地球大气中的污染物，这些污染物在詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）覆盖的光谱范围内具有显著的吸收特征。我们专注于四氟甲烷CF 4和三氯氟甲烷（CCl 3F），这是最容易检测到的人类活动产生的氯氟烃（CFC）。我们估计，~1.2天（~1.7天）的总积分时间将足以检测或限制CCl 3F（CF 4）的浓度到目前陆地水平的~10倍。

热岩型超地球大气的理论发射谱

Theoretical Emission Spectra of Atmospheres of Hot Rocky Super-Earths

最近的过境高密度超级地球的检测的动机，我们探讨了热岩石超级地球轨道非常接近他们的宿主恒星的可探测性。在足够热的环境中，它们的岩石表面被熔化，它们的大气层由来自岩浆海洋的气体组成。在这项研究中，我们调查的大气的辐射特性，是在气体/熔体平衡与底层岩浆海洋。我们的平衡计算产生Na，K，Fe，Si，SiO，O和O $_2$作为主要的大气物种。我们整理了文献中这些物种的辐射吸收线数据，计算了它们在0.1- 100 ~ $\mathrm{μm}$波长范围内的吸收不透明度。利用它们，我们整合了大气的热结构。然后，我们发现，逆温发生在大气中，因为紫外线吸收的SiO。此外，我们还计算了二次食期间行星与恒星的辐射通量之比，发现SiO在4~ $\mathrm{μm}$处引起的显著辐射特征可被Spitzer探测到，而在10和100~ $\mathrm{μm}$处引起的显著辐射特征可被未来的空间望远镜探测到。

什么时候类地行星大气中的化学不平衡是生物特征还是反生物特征？从死世界到活世界的不平衡

When is chemical disequilibrium in Earth-like planetary atmospheres a biosignature versus an anti-biosignature? Disequilibria from dead to living worlds

系外行星大气中的化学不平衡（可通过远程光谱检测）可以指示生命。现代地球的大气-海洋系统比其他太阳系行星有更大的化学不平衡，这是因为氧光合作用。然而，没有分析存在比较不平衡的无生命的，前生命的行星上的不平衡的世界与原始的化能营养生物圈，生活在化学品，而不是光。在这里，我们使用一个光化学-微生物生态系统模型来计算地球的大气-海洋不平衡，没有生命和化能营养生物圈。我们表明，地球的前生物可能有一个相对较大的大气-海洋的不平衡，由于水和火山H2，CO2和CO的共存。随后的化养生命可能破坏了几乎所有的前生物的不平衡，通过其新陈代谢，留下一个可能较小的不平衡之间的N2，CO2，CH 4，和液态水。因此，不平衡随着化能营养生命的增加而下降，然后随着由于产氧光合作用引起的大气氧化而上升。我们的结论是，H2和CO2或CO和水之间的大的益生元不平衡是一种抗生物特征，因为这些容易代谢的物种可以被吃掉，由于氧化还原反应具有低活化能障碍。然而，大的化学不平衡也可以是生物特征，当不平衡来自具有生物学上不可逾越的活化能障碍的化学混合物时，以及清楚地可识别的生物源气体。地球上现代的O2、N2和液态水以及少量的CH 4之间的不平衡就是这样一种情况。因此，对非均衡的解释需要语境。有了上下文，不平衡可以用来推断死亡或生活的世界。

地球早期CO2丰富大气中的有机化学

Organic chemistry in a CO2 rich early Earth atmosphere

地球上生命的出现需要一个预先的有机化学过程，从而导致生命前分子的形成。早期地球上有机物质的起源和演化至今还没有完全弄清楚。几个假设，可能是互补的，被认为是。它们可以分为两类：内源和外源。在这项工作中，我们调查的贡献，一个特定的内源性来源：有机化学发生在早期地球的电离层中的年轻太阳的显着VUV贡献涉及有效形成的活性物质。我们解决的问题，这种化学是否可以导致形成复杂的有机化合物与CO2作为唯一的碳源在早期的大气中由N2，CO2和H2，通过实验模拟这种类型的化学使用低压等离子体反应器。通过分析气相组成，我们严格确定了H2O，NH3，N2O和C2N2的形成。还观察到固体有机相的形成，证实了在早期地球的高层大气中引发有机化学的可能性。固体中含氮化学功能的确定突出了有效的电离层化学在早期地球上提供生命前物质的可能性。

在月食期间探测到的最低地球大气层

Lowest Earth's atmosphere layers probed during a lunar eclipse

我们报告的结果，详细调查的地球的透射光谱在月食UT 2011年12月10日。光谱是使用安装在斯巴鲁8.2米望远镜上的高色散光谱仪（HDS）拍摄的，该望远镜在时间和波长上都具有前所未有的分辨率（本影曝光时间分别为300秒，光谱分辨率为160，000）。在我们的半影和本影数据中，我们在透射光谱中检测到O2和H2O的单独吸收线，并发现它随着日食的加深而变深。它表明，到达月球的阳光随着时间的推移穿过地球大气层的下层，因为我们在月全食期间监测了月球上的一个给定点。通过比较观测到的透射光谱和理论构建的透射光谱，太阳光实际穿过大气层的最低高度估计为距离地面约10公里，这表明在该高度以下存在阻挡太阳光的云层。我们的结果将是一个测试案例，为未来的调查大气结构的类地系外行星通过透射光谱，包括折射效应的行星大气。

土卫六大气中托林聚集的概率模型

The Development of a Probalistic Model for Tholin Aggregation in Titan's Atmosphere

土卫六是我们太阳系中比较独特的天体之一。除了是土星最大的卫星之外，它厚厚的大气层也因为与地球的相似之处和不同之处而引起人们的兴趣[1，2]。与地球一样，泰坦的低层大气中也有云，这些云会沉淀成雨[2]。这些雨形成了液态甲烷和乙烷的湖泊和河流，它们侵蚀和塑造了地表，就像地球上的水一样，然后蒸发到大气中[2]。在土卫六的大气系统中，一个单一的主导因素控制着天气，有机分子托林的浓度。

具有氢大气层的热超级地球：解释其特殊存在的模型

Hot Super-Earths with Hydrogen Atmospheres: A Model Explaining Their Paradoxical Existence

在本文中，我们提出了一种新的机制，可以解释氢气氛在一些热的超级地球上的生存。我们认为，在近轨道潮汐锁定的超级地球的潮汐力与轨道和旋转离心力可以部分地限制在夜面的大气。假设一个超级地球天体的大气层主要由火山物质和大量的氢成分组成，那么较重的分子可以被限制在$\lesssim 80^{\circ}$的纬度范围内，而挥发性的氢则没有。由于这种差异，氢必须慢慢扩散到白昼，在那里XUV辐射会破坏它。为了使这种机制生效，系外行星必须在失去其全部氢包层之前被潮汐锁定。因此，对于具有这种拟议配置的超级地球，有可能解决潮汐锁定和质量损失时间尺度，以限制其形成“出生”质量。我们的模型预测，巨蟹座55 e形成的日长约为$17-18.5$小时，初始质量小于$\rm \sim12 M_{\oplus}$，因此在其大气层完全破坏之前，它可以被潮汐锁定。相比之下，CoRoT-7 b是一颗与55 Cancri e非常相似但缺乏大气层的系外行星，其形成的日长与$\sim 20.5$小时显著不同，同时初始质量也小于$\rm \sim9 M_{\oplus}$

早期地球碰撞还原大气的形成与演化

Creation and Evolution of Impact-generated Reduced Atmospheres of Early Earth

地球上生命的起源似乎需要一个高度还原的早期大气，富含CH 4，H2和NH3，但地质证据表明，地球的地幔一直相对氧化，其排放物主要是CO2 H2O和N2。这个矛盾可以通过利用“后期饰面”中固有的还原能力来解决，即，地球在月球形成撞击后所积累的物质。同位素证据表明，晚期的单板由极度干燥、高度还原的太阳系内部物质组成，这表明地球的海洋在晚期单板出现时已经存在。晚期单板的铁和地球水之间反应的主要初级产物是H2。海洋蒸发的影响会产生高压和长时间的冷却，有利于CH 4和NH3。影响太小，蒸发海洋的CH 4和NH3的产量要低得多，除非（i）催化剂可以加速它们的形成，或者（ii）从预先存在的地壳或地幔物质中提取额外的还原力。短暂的H2-CH 4大气以光化学的方式演化，以太阳辐射和氢逃逸所确定的速率生成含氮碳氢化合物，其时间尺度可达数千万年，累积有机产量可达半公里。大约有一个氢的海洋逃逸。甲烷消失后的大气通常富含H2和CO，最终氧化为CO2的速率受到水光解和氢逃逸的限制。

外太阳系原位形成的冰态超级地球的H-大气层：对可能的行星九的应用

H-Atmospheres of Icy Super-Earths Formed in situ in the Outer Solar System: An Application to a Possible Planet Nine

我们研究的可能性，冰冷的超地球质量的行星，形成了长时间尺度（0.1- 1 ~Gyr）在大距离（$\sim$ 200- 1000 ~AU）从他们的主恒星，将发展大量的富氢大气。在这些行星的内部，高压将CH $_4$转化为乙烷、丁烷或金刚石，并释放出H $_2$。使用简化的模型，捕获的内部结构的基本物理，我们表明，大气的物理性质取决于H $_2$从地幔的流出。当该流出量为$\lesssim 10^{10}$ [molec cm $^{-2}$ s $^{-1}$ ]时，脱气气氛的基础压力为$\lesssim$ 1 bar。较大的流出量导致基本压力接近$10^3 - 10^4$ bar的大气压。在任何压力下，这些行星的平均密度为2.4- 3 [g cm $^{-3}$ ]，远大于天王星和海王星的平均密度1.3- 1.6 [g cm $^{-3}$ ]。因此，观测可以区分行星九与原始的H/He丰富的大气从原太阳星云吸积和一个大气从核心脱气。

通过石英颗粒吸积导致类地球行星中中等挥发性元素的耗尽

Depletion of moderately volatile elements by pebble accretion in Earth-like planets

研究通过石英颗粒吸积导致类地球行星中中等挥发性元素的耗尽，发现原行星质量、大气层排气时间尺度和颗粒组成对挥发性物质耗尽有显著影响。

Impact Induced Atmosphere-Mantle Exchange Sets the Volatile Elemental Ratios on Primitive Earths

Conventional planet formation theory suggests that chondritic materials have delivered crucial atmospheric and hydrospheric elements such as carbon (C), nitrogen (N), and hydrogen (H) onto primitive Earth. However, recent measurements highlight the significant elemental ratio discrepancies between terrestrial parent bodies and the supposed planet building blocks. Here we present a volatile evolution model during the assembly of Earth and Earth-like planets. Our model includes impact losses, atmosphere-mantle exchange, and time dependent effects of accretion and outgassing calculated from dynam…

Atmosphere Loss in Oblique Super-Earth Impacts

Using smoothed particle hydrodynamics we model giant impacts of Super-Earth mass rocky planets between an atmosphere-less projectile and an atmosphere-rich target. In this work we present results from head-on to grazing collisions. The results of the simulations fall into two broad categories: 1) one main post-collision remnant containing material from target and projectile; 2) two main post-collision remnants resulting from `erosive hit-and-run' collisions. All collisions removed at least some of the target atmosphere, in contrast to the idealised hit-and-run definition in which the target ma…

富水超级地球的最佳表征方法

Optimal Measures for Characterizing Water-rich Super-Earths

超级地球的探测和大气特征是系外行星科学的主要前沿之一。目前，正在进行广泛的努力来探测超地球大气中的分子，特别是H2O。在目前的工作中，我们开发了一套系统的策略来识别和观察潜在的富含H2O的超级地球，这些超级地球提供了使用现有仪器表征其大气的最佳前景。首先，我们提供了分析处方，并讨论了需要考虑的因素，同时规划和解释观测超地球半径和光谱。我们讨论了如何在不同的光谱带通观测约束不同的大气性质的超级地球，包括半径和温度的行星表面以及平均分子质量，化学成分和热剖面的大气。特别是，我们警告说，在某些带通测量的半径可能会引起偏见的内部组成的解释。其次，我们调查的H2O丰富的超地球大气的探测能力，使用HST WFC3摄谱仪作为行星属性和恒星亮度的函数。我们发现，与GJ 1214 b等较冷的行星相比，围绕明亮恒星（如55 Cancri e）运行的高辐射超级地球提供了更好的大气特征候选者，即使后者围绕低质量恒星运行。除了是透射和发射光谱学的更好候选者之外，较热的行星提供了更高的无云大气的可能性，这极大地有助于光谱的观察和解释。最后，我们提出了两个超级地球，GJ 1214 b和55 Cancri e的案例研究，使用现有的数据和模型的内部和大气。

超级地球和迷你海王星大气中的霾产生：来自实验室的见解

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。

潮汐锁定超地球系外行星大气层的推断方法及上限值为GJ 876 d

On the Method to Infer an Atmosphere on a Tidally-Locked Super Earth Exoplanet and Upper limits to GJ 876d

我们开发了一种方法来推断或排除潮汐锁定的热超级地球上的大气层的存在。大气层的保留是一个基本的问题，特别是对于绕M恒星运行的行星，由于恒星的长期活动阶段和相应的恒星引起的行星大气逃逸和侵蚀的可能性。没有大气层的潮汐锁定行星预计会显示出类似朗伯的热相位曲线，导致行星-恒星系统的组合光随行星轨道相位而变化。我们报告斯皮策8微米IRAC观测GJ 876采取了超过32个连续的小时，达到相对光度精度为3.9e-04每点为25.6秒的时间采样。这转化为行星热相位曲线幅度上的5.13e-05的3西格玛极限。尽管几乎光子噪声有限的数据，我们无法最终推断出大气的存在或排除非过境短周期超级地球GJ 876 d上的大气。我们观测的限制因素是轻微活跃的M星的微小的、单调的光度变化，因为行星的部分正弦波与恒星的线性趋势有一个共同的成分。然而，所提出的方法是非常有前途的过境热超级地球与詹姆斯韦伯太空望远镜，是至关重要的建立观测约束大气逃逸。

超级地球和小型海王星大气中霾形成的实验室模拟：粒子颜色和尺寸分布

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。

具有星云起源的水的水行星的形成：水富集对类地行星被捕获大气的结构和质量的影响

Formation of aqua planets with water of nebular origin: Effects of water enrichment on the structure and mass of captured atmospheres of terrestrial planets

最近对具有类似地球日照的系外行星的探测吸引了人们越来越多的兴趣，即在太阳系之外，类似地球的水行星是多么常见。虽然类地行星通常被认为捕获了冰冷或富含水的微行星，但星云起源的原始大气本身可以通过大气中的氢与来自微行星或岩浆海洋的氧化矿物质的氧化而产生水。从热力学上讲，正常的氧缓冲剂产生的水的摩尔数与氢相当或更高。因此，原始大气可能高度富集水蒸气;然而，原始大气一直被认为具有太阳丰度。在这里，我们整合了这样一个丰富的大气层的亚地球嵌入在一个原行星盘周围的M矮星0.3 $M_\odot$的1D结构和调查的影响，水富集对大气的性质，重点是水量。我们发现，混合良好、高度富集的大气比太阳丰富的大气质量大几个数量级，即使是火星质量的行星也可以获得与现在地球海洋相当的水。虽然接近火星质量的行星可能会通过圆盘分散和光蒸发失去捕获的水，但这些结果表明，具有类似地球水含量的次地球比以前预测的要多。然而，类地行星究竟能获得多少水，并能保留多少水，以防止随后的损失，这取决于水的生产效率、在大气和岩浆海洋中的混合以及光蒸发，未来应对此进行详细的调查。

地球大气和海洋起源的地球化学和行星动力学观点

Geochemical and planetary dynamical views on the origin of Earth's atmosphere and oceans

地球上的挥发性元素（H、C和N）对维持后生动物和简单生命形式的可居住条件至关重要。然而，确定向地球提供挥发物的来源（彗星，陨石和被困的星云气体）并不简单，因为地幔脱气，地壳回收和逃逸到太空等次级过程改变了大气的组成。在这里，我们回顾了两种研究地球大气和海洋起源的互补方法。地球化学方法利用挥发性元素丰度和同位素组成来确定大气的可能贡献者，并理清形成大气的过程，在这方面，稀有气体（He、Ne、Ar、Kr和H2O），即化学惰性元素，具有放射性产生的几种同位素，起着关键作用。动力学方法利用我们对行星动力学的了解来跟踪挥发性物质向地球的输送，从尘埃盘中的尘埃输送到行星的形成过程。主要结论是，地球通过吸积类似于富含挥发物的陨石的微行星或胚胎获得了大部分主要的挥发性元素。与此同时，太阳/陨石惰性气体被胚胎捕获，有些气体由于流体动力逃逸和大的撞击而流失到空间。彗星并没有提供太多的H，C和N，但可能提供了大量的惰性气体，这可能是我们的星球被冰冷的物体轰击的唯一指纹。控制挥发性元素向地球输送的过程被认为是相对常见的，并且很可能在太阳系外存在被海洋覆盖的类地行星。

在超地球大气层中寻找水：巨蟹座55 e的高分辨率光学光谱学

Search for water in a super-Earth atmosphere: High-resolution optical spectroscopy of 55 Cancri e

我们提出了高分辨率的光学光谱分析的四个凌日55 Cnc e，低密度，超级地球，轨道附近的类太阳恒星在18小时内。根据行星的体积密度推断，这颗行星有一个相当大的外壳，根据质量半径关系，它可能是一个低质量的扩展大气层，也可能是一个高质量的致密大气层。我们的观察调查后一种情况下，水作为主导物种。我们利用多普勒互相关技术，高光谱分辨率和我们的观测的大波长覆盖范围的优势，寻找数以千计的光学水吸收线的签名。利用我们在斯巴鲁望远镜上的HDS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的ESPaDOns的观测，我们能够对55 Cnc e的平均分子量设定10 g/mol的3 σ下限富水（体积混合比>10%），光学薄大气，这对应于约80 km的大气尺度高度。我们的研究标志着首次在超级地球大气层中寻找水的高光谱分辨率搜索，并表明有可能在附近的超级地球大气层中使用高分辨率过境光谱与当前的地面仪器恢复已知的水蒸气吸收信号。

地球硅酸盐蒸气大气中的化学分馏

Chemical Fractionation in the Silicate Vapor Atmosphere of the Earth

尽管月球起源问题的重要性，月球的化学成分并不确切。然而，近年来，月球样品的同位素组成已被确定为高精度，并发现与地球地幔无法区分，尽管在太阳系广泛的同位素异质性。在巨型撞击假说的背景下，如果原月球盘和撞击后的地球经历湍流混合成为一个单一的均匀的水库，而系统是广泛熔化和部分蒸发，这种同位素均匀性的水平可以演变。在不存在液-气分离的情况下，这样的模型导致月球继承了陆地岩浆海洋的化学成分。因此，湍流混合模型提出了硅酸盐地球和月球之间化学差异的问题。在这里，我们将探讨与月球成分相关的一种环境中液体-蒸汽分离的后果：大撞击后地球的硅酸盐蒸汽大气。我们使用模型大气来量化降雨通过富集蒸气中的高层大气而产生化学差异的程度，并表明合理的参数可以产生硅酸盐月球相对于地球的FeO/MgO比的假设增强地幔。此外，我们表明，液-气分离也产生可测量的质量依赖的同位素偏移之间的硅酸盐地球和月球和精确的硅同位素测量可以用来限制在月球历史的最早时期的化学分馏的程度。这种方法有可能解决关于月球化学成分的长期问题。

类地行星的高层大气：二氧化碳冷却与地球热层演化

The Upper Atmospheres of Terrestrial Planets: Carbon Dioxide Cooling and the Earth's Thermospheric Evolution

内容：行星上层大气的热结构和化学结构对空间损失有着至关重要的影响，必须加以理解，以限制损失对大气演变的影响。目标：我们开发了一个一维的第一性原理流体动力学大气模型，计算大气的热和化学结构的任意行星参数，化学成分和恒星输入。我们应用该模型研究了地球高层大气对CO $_2$丰度的巨大变化以及由于太阳活动从过去的3~Gyr到未来的2.5~Gyr的演变而引起的太阳XUV输入场的变化的反应。研究方法：对于热大气结构，我们考虑从恒星的X射线，紫外线和红外辐射的吸收加热，从放热化学反应加热，电子加热碰撞与非热光电子，焦耳加热，冷却从红外发射的几个物种，热传导和中性，离子和电子气体之间的能量交换。对于化学结构，我们考虑了$\sim$ 500个化学反应，包括56个光反应，涡流和分子扩散，以及平流。此外，我们还通过求解流体动力学方程计算了大气结构。为了解决我们的模型中的方程，我们开发了Kompot代码，并在附录中提供了对所用数值方法的详细描述。结果：我们通过计算现代地球和金星的高层大气结构验证了我们的模型。通过改变我们的地球模式的下边界（65公里）的CO $_2$丰度，我们表明，大气热结构显着改变。[摘要截短]