LOUPE: Observing Earth from the Moon to prepare for detecting life on Earth-like exoplanets
LOUPE是一个小型、坚固的分光偏振仪，其任务是观测作为系外行星的地球。探测恒星宜居带中的类地行星是现代系外行星科学的关键挑战之一。描述这些行星的特征和寻找生命的痕迹需要直接探测它们的信号。LOUPE提供了地球反射的太阳光的独特光谱通量和偏振数据，地球是已知唯一有生命的行星。这些数据将用于测试预测类地系外行星信号的数字代码，测试检索行星属性的算法，并微调未来空间观测站的设计和观测战略。从月球上，LOUPE将持续看到整个地球，使其能够监测由于地球的日常旋转，天气模式和季节而产生的信号变化。在这里，我们介绍了LOUPE仪器和任务设计背后的科学案例和技术。
2020-08-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Prospects for detecting exoplanets around double white dwarfs with LISA and Taiji
最近，Tamanini & Danielski（2019）讨论了用激光干涉仪空间天线（LISA）探测环绕双白矮星（DWD）的环联系外行星（CBP）的可能性。扩展他们的方法和标准，我们讨论了探测DWD周围系外行星的前景，不仅通过LISA，而且通过太极，中国星载引力波（GW）任务，在低频具有更好的灵敏度。我们首先探讨了不同的二元质量和质量比如何影响LISA和太极检测CBPs的能力。其次，对于某些已知的分离DWD与高信噪比，我们量化的CBP检测它们周围的可能性。第三，根据从模拟LISA数据挑战获得的DWD人口，我们提出了基本评估的CBP检测在我们的银河系在4年的任务时间为LISA和太极。我们讨论了每个系统的可检测区域的约束条件，以及可检测区域的内/外边缘的分布。在DWD总体的基础上，我们进一步注入了两个不同的行星分布，其出现率为$50\%$，并限制了总的检测率。最后，我们简要地讨论了一个简化的模型检测DWDs周围的可居住CBPs的前景。这些结果可以为即将进行的系外行星项目提供有用的输入，并有助于分析共同包络阶段后的行星系。
2021-09-03 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Microlensing path parametrization for Earth-like Exoplanet detection around solar mass stars
本文提出了一种新的参数化方法来描述由类地系外行星围绕一颗质量为太阳质量的恒星构成的微透镜系统的碰撞参量u0和碰撞角α。我们提出了这样的系统的焦散拓扑结构，以及使用这样一个新的参数化产生的相关的光变曲线。在相同的点密度和精度的常规方法的基础上，我们得到的结果快5倍，发现类地系外行星。在这场光度天文学的大数据革命中，我们的方法将影响未来的任务，如WFIRST（NASA）和Euclid（ESA），以及它们的数据管道，为这类特定的微透镜事件提供快速而深入的系外行星探测，否则可能会丢失。
2018-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Toward Complete Characterization: Prospects for Directly Imaging Transiting Exoplanets
对系外行星的高对比度直接成像可以提供许多重要的观测数据，包括轨道的测量，探测大气层下层的光谱，以及行星的相位变化，但不能直接测量行星的半径或质量。因此，我们未来对直接成像的系外行星的理解将依赖于行星大气和整体成分的外推模型，这需要可靠的校准。我们估计太阳系外行星的人口，可以作为这些模型的校准。至关重要的是，这些“标准行星”的人口必须能够直接成像和过境方法，允许半径测量。我们表明，搜索量的直接成像任务最终克服了过境概率下降与半长轴，所以只要冷行星不是非常罕见，人口过境行星和直接成像行星重叠。利用目前开普勒出现率的外推，我们估计，~8颗标准行星的特征可能是短波长为800 nm，具有像LUVOIR-A这样雄心勃勃的未来直接成像任务，并且可以在V波段探测到几十颗。我们展示了设计空间，将扩大样本量，并讨论在何种程度上地面和空间为基础的调查可以检测到这个小，但关键的人口的行星。
2020-04-29 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Observing exoplanets from the planet Earth: how our revolution around the Sun affects the detection of 1-year periods
我们分析了轨道周期接近1年的系外行星的选定样本，以研究光谱窗口对数据的影响，这些数据受到地球绕太阳运动造成的1周期/年混叠的影响。我们指出了几种情况，在这些情况下，进一步的观测努力将大大提高轨道解的可靠性。
2017-10-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Measuring precise radial velocities in the near infrared: the example of the super-Earth CD Cet b
高分辨率，双通道，可见光和近红外光谱仪CARMENES为M矮星的恒星和系外行星研究提供了令人兴奋的机会。在这项工作中，我们解决的挑战，达到最高的径向速度精度可能与复杂的，主动冷却，低温仪器，如近红外通道。我们描述的仪器的性能和工作流程，用于获得精确的多普勒测量的频谱。这两个CARMENES通道的能力，以附近的M5.0 V恒星CD Cet（GJ 1057），我们宣布围绕它的一个超级地球（$4.0\pm0.4\,M_\oplus$）的同伴在2.29 d的轨道上的例子来证明小的系外行星。
2020-06-03 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Catalogue of exoplanets accessible in reflected starlight to the Nancy Grace Roman Space Telescope. A population study and prospects for phase-curve measurements
反射星光测量将为直接成像的系外行星的表征开辟一条新的道路。然而，我们仍然缺乏对适用于这种技术的已知靶点的人群研究。在这里，我们调查的约4300个系外行星的日期确认是访问罗马太空望远镜的日冕（CGI）在反射星光在参考波长$λ$ =575，730和825 nm。我们进行了人口研究，也解决了相位曲线测量的前景。我们使用NASA系外行星档案作为行星和恒星属性的参考，并通过应用统计参数探索其不确定性对系外行星可探测性的影响。我们根据仪器的内外工作角及其最小行星-恒星距离（IWA，OWA，$C_{min}$）来定义行星。对于这些技术规格，我们采用了三种合理的配置，分别标记为悲观、中间和乐观。我们对每颗系外行星的关键输出是它被罗马人接近的概率（$P_{access}$），可观测相位角的范围，平衡温度的演变，每个轨道可接近的天数及其过境概率。在乐观的情况下，我们发现了26个罗马人可以接近的系外行星，其$P_{access}$ >25%，其宿主恒星的亮度超过$V$ =7等。这个种群偏向于比木星质量更大的行星，但也包括超级地球τ Cet e和f，它们的轨道靠近恒星的宜居带。共有13颗行星是多行星系统的一部分，其中3颗有已知的凌日伴星，为同时表征提供了机会。中间和悲观的情况分别产生10个和3个罗马人可访问的系外行星。我们发现，倾斜估计（如天体测量）是改善可探测性前景的关键。
2021-04-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Prospects for detecting decreasing exoplanet frequency with main sequence age using PLATO
PLATO太空任务将通过扩大我们目前的凌日系统清单和限制目前高度不确定的宿主恒星年龄，开创一个系外行星科学的新时代。这种能力可能使PLATO能够探测到行星系结构随时间的变化，特别是因为拉格朗日不稳定性导致的行星散射可能在系统形成很久之后才被触发。在这里，我们利用以前发表的不稳定性的时间尺度处方，以确定PLATO的能力，以检测行星频率随着年龄的增长，系统与等质量的行星的趋势。对于双行星系统，我们的研究结果表明，PLATO可能会检测到行星质量的趋势，至少与超级地球一样大。对于有三个或更多行星的系统，我们将它们的初始紧凑性与潜在的可检测频率趋势联系起来，以帮助未来的调查，当这些人口将得到更好的表征时。
2015-07-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Identifying Exoplanets with Deep Learning II: Two New Super-Earths Uncovered by a Neural Network in K2 Data
多年来，科学家们一直使用美国宇航局开普勒太空望远镜的数据来寻找和发现数千颗凌日系外行星。在其扩展的K2任务中，开普勒观测了整个黄道面天空中不同区域的恒星，因此在不同的银河系环境中。天文学家想知道系外行星的数量在这些不同的环境中是如何不同的。然而，这需要一种自动和无偏见的方式来识别这些区域的系外行星，并排除模拟过境行星信号的假阳性信号。我们提出了一种使用深度学习对这些系外行星信号进行分类的方法，深度学习是一类机器学习算法，在从医学到语言学的各个领域都很流行。我们修改了以前用于识别开普勒领域系外行星的神经网络，以便能够识别不同K2活动中的系外行星，这些活动在银河系环境中。我们训练一个卷积神经网络，称为AstroNet-K2，以预测给定的可能的系外行星信号是否真的是由系外行星引起的，或者是误报。AstroNet-K2在分类系外行星和误报方面非常成功，在我们的测试集上准确率为98%。它在识别和剔除误报方面特别有效，但目前仍需要人类监督才能创建完整可靠的行星候选样本。我们使用AstroNet-K2来识别和验证两颗以前未知的系外行星。我们的方法是自动识别K2数据中新的系外行星并了解系外行星种群如何依赖于其银河系出生地的一步。
2019-03-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Stellar Driven Evolution of Hydrogen-Dominated Atmospheres from Earth-Like to Super-Earth-Type Exoplanets
在本章中，我们介绍了系外行星大气演化研究的结果。我们主要关注次地球到超级地球领域，尽管这些方法适用于所有类型的系外行星。我们考虑热和非热损耗过程。热损失机制的类型取决于所谓的逃逸参数$β$，其是粒子的重力能量与其热能的比率。当$β$减少时，系外行星从经典的牛仔裤转变为改良的牛仔裤，最后转变为吹脱逃逸机制。在吹离过程中，大多数大气粒子释放出足够的能量，以逃离行星的重力场。这会导致极端的气体损失。虽然非热损失永远不会超过吹脱逃逸，但它们对具有相对较弱的Jeans型逃逸的行星具有重要意义。从非热逃逸机制的多样性，在本章中，我们专注于离子拾取和讨论其他损失机制的重要性。本章的一般结论是，逃逸过程强烈地塑造了系外行星的演化，并决定了行星是否会因侵蚀过程而失去大气层，或者相反，保持为迷你海王星型天体，这可能不被认为是我们所知道的潜在栖息地。
2020-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Geologically Robust Procedure For Observing Rocky Exoplanets to Ensure that Detection of Atmospheric Oxygen is an Earth-Like Biosignature
在接下来的几十年里，天体生物学界将争论第一次在系外行星$'$的大气中观察到氧气是否意味着生命，因此现在建立收集和解释这些数据的程序至关重要。我们提出了一个逐步的观测策略，使用氧气作为一个强大的生物特征，优先考虑系外行星的目标和设计未来的观测。它被认为是避免行星缺乏陆上风化的大陆，这将意味着地球化学循环与地球$'$的显着不同，排除使用氧气作为生物标志。该策略从最容易获得的数据开始：半长轴和恒星光度，以确保居住在宜居带;恒星XUV通量，以确保系外行星可以保留次级（除气）大气。接下来，高精度的质量和半径信息应该与高精度的恒星丰度数据相结合，以限制系外行星$'$的水含量;那些与小于0.1重量%的H $_{2}$ O不相容的可以被降低优先级。然后，反射光度法或低分辨率透射光谱法应确认光学薄的大气。随后的长持续时间、高分辨率透射光谱应寻找氧气，并确保水蒸气和CO $_{2}$仅以低水平（10 $^{2}$ -10 $^{4}$ ppm水平）存在。假设发现了氧气，要将其归因于生命，需要艰难地获取系外行星的详细的多光谱光变曲线，以确保地表土地和水。没有达到这些步骤的系外行星可能是适合居住的，甚至有可观察到的生物氧，但应该被排除在外，因为氧不能明确地归因于生命。我们展示了太阳系、55 CNC系统和TRAPPIST-1系统的情况，其中只有地球和TRAPPIST-1 e成功地通过了我们的程序。
2020-06-12 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges and Prospects
系外行星科学正处于一场前所未有的革命的边缘。在过去十年中发现的数千颗系外行星最近又发现了附近低质量恒星周围的潜在宜居行星。目前，该领域正在迅速发展到详细的光谱观测，以确定这些行星的大气层。虽然来自太空和地面的各种调查预计将探测到更多围绕附近恒星运行的系外行星，但即将发射的JWST以及大型地面设施预计将彻底改变系外行星光谱学。这些观测，结合详细的理论模型和反演方法，为了解系外行星大气中的各种物理过程和化学成分提供了有价值的见解。根据行星的性质，大气成分的知识也可以对行星的形成和迁移机制、地球物理过程以及最终的生物特征产生重要的限制。在本综述中，我们将讨论系外行星大气这一前沿领域的现代和未来景观。我们将首先简要回顾该领域，强调从不同的观测方法和理论研究中获得的关键见解。其次是对该领域三个前沿分支的最新技术、挑战和未来前景的深入讨论。
2019-04-05 astro-ph.EP
OWL-MOON : Very high resolution spectro-imaging and Earth-Moon interferometry: exoplanets to cosmology
我们解决了天文学中的三个主要问题，即可居住系外行星上的生物特征的检测，系外行星的物理学和宇宙学。要实现这一目标，需要两个条件。首先是一个非常大的孔径来探测像系外行星这样的微弱物体的光谱偏振和空间特征，其次是一个连续的监测来表征系外行星的时间行为，比如旋转周期、气象学和季节。地面望远镜不适合连续监测，大气层限制了最终的角分辨率和分光偏振测量范围。此外，轨道上的空间望远镜的孔径有限，在未来几十年内可能只有15米。这就是为什么我们提出了一个OWL级月球望远镜，具有50-100米的可见光和红外（IR）天文学孔径，基于ESO的压倒性大望远镜概念，在地球上无法实现的技术问题，如风应力，与月球平台无关。它将被安装在月球南极附近，以便进行连续的目标监测。与地球望远镜相比，月球的低重力将有利于其建造和操纵。作为一个有保证的副产品，这样一个大型月球望远镜将允许强度干涉测量时，与大型地球望远镜，导致皮秒角分辨率。
2019-08-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earth as a Proxy Exoplanet: Deconstructing and Reconstructing Spectrophotometric Light Curves
类地行星的点源分光光度计（“单点”）光变曲线包含了关于这些世界空间特征的惊人数量的信息。在空间上分辨这些光变曲线对于评估随时间变化的表面特征和大气层的存在非常重要，而大气层对地球上的生命至关重要，对于确定系外行星的可居住性也很重要。考虑到地球是唯一被证实拥有生命的天体，通过分析时间分辨光谱图像将其视为代理系外行星，为寻找可居住的系外行星提供了基准。深空气候观测站（DSCOVR）上的地球多色成像相机（EPIC）提供了这样一个机会，每年在10个波长上以高时间频率观测约5000张全圆盘阳光照射的地球图像。我们对这些光谱图像进行磁盘集成，以创建单点光变曲线，并将其分解为主成分（PC）。使用机器学习技术将PC与六个预先选择的空间特征相关联，我们发现单点光变曲线的第一个和第四个PC，贡献了光变曲线变化的83.23%，分别包含关于低云和高云的信息。与陆地和海洋反射率之间的对比相关的表面信息包含在第二个PC中，而单个陆地子类型不容易区分（<0.1%总光变曲线变化）。我们通过系统地改变空间特征来建立一个地球模型，以获得与PC的因果关系。该模型可以作为分析类地系外行星的基线，并指导未来观测的波长选择和采样策略。
2020-12-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Distinguishing multicellular life on exoplanets by testing Earth as an exoplanet
在系外行星上，多细胞生命能与单细胞生命区分开来吗？我们假设，丰富的直立光合多细胞生命（树木）将在高太阳角度下投射阴影，这将使它们与单细胞生命区分开来，并使用地球作为系外行星来测试这一点。我们首先在亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的一个复制月球着陆点使用无人驾驶飞行器（UAV）测试这个概念，并显示树木具有独特的反射特征（红色边缘）和几何特征（高太阳角度下的阴影），可以将它们与复制月球陨石坑区分开来。接下来，我们用POLDER（地球反射的偏振和方向性）卫星定向反射测量计算地球在几个相位角的反射特征，然后将地球减少到一个像素。我们将地球与其他行星体（火星，月球，金星和天王星）进行比较，并假设地球的定向反射率将介于没有风化的强后向散射岩石体（如火星和月球）和具有更多各向同性散射的多云体（如金星和天王星）之间。我们的建模结果将地球与强烈后向散射的火星相一致，而我们的经验结果将地球与更各向同性散射的金星相一致。我们确定了模型和经验结果中的潜在弱点，并提出了额外的步骤来确定这种技术是否可以区分系外行星上的直立多细胞生命。
2020-09-01 astro-ph.EP
Proton Irradiation of Primitive Atmospheres of Young Exoplanets and early Earth: $N_{\mathrm{2}}O$ Greenhouse Warming and Prebiotic Synthesis
Yokohama National University（横滨国立大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；American University（美利坚大学）；Kyoto University（京都大学）；Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki（茨城县那珂郡东海村）；Tokyo City University（东京都立大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；NASA Langley Research Center（美国国家航空航天局兰利研究中心）
研究通过质子辐照实验探讨了年轻系外行星和早期地球大气中N₂O的温室效应及前生物合成过程，展示了StEP事件对维持温带气候和促进前生物分子积累的作用。
2026-03-20 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Effect of multiple scattering on the Transmission spectra and the Polarization phase curves for Earth-like Exoplanets
这是最合适的时间来描述类地系外行星，以检测地球以外的生物特征，因为这样的系外行星将是大预算的任务，如JWST，罗马太空望远镜，HabEx，LUVOIR，TMT，ELT等的主要目标。我们提供了模型的传输光谱的类地系外行星的多重散射的影响。为了这个目的，我们数值求解完整的多次散射辐射转移方程，而不是使用不包括由于散射的漫辐射的Beer-Bouguer-Lambert定律。我们的模型表明，这种漫透射辐射的影响可以是观测上显着的，特别是在云的存在。我们还计算了类地系外行星的反射光谱和偏振相位曲线，同时考虑无云和多云的大气。数值求解了三维矢量辐射转移方程组，通过选择合适的散射相位矩阵，并沿视线方向对圆盘受照部分的局部Stokes矢量进行积分，计算了圆盘积分偏振和圆盘积分偏振的相位曲线。我们提出了全球平均表面反射光谱和相位曲线的影响，因为这些行星的表面特征是已知的显着决定这些观测量的性质。光谱和相位曲线的协同观测将被证明是有用的，在提取更多的信息和减少退化的估计参数的类地系外行星。因此，我们的模型将在推动未来的观测中发挥关键作用。
2023-01-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
AOTF based spectro-polarimeter for observing Earth as an Exoplanet
地球是唯一已知的可居住行星，它是一个测试平台，以基准观测温带和更像地球的系外行星。它需要观察地球在大范围相位角的圆盘综合特征，类似于对系外行星的观察。在这项工作中，AOTF（声光可调滤波器）的基础上的实验设计，以观察光谱偏振地球的签名。光谱和偏振实验室校准的结果在这里提出了一个可能的仪器配置的简要概述。基于光谱偏振校准的结果，进行了模拟，以优化仪器设计的预期信号电平的各种观测条件。从这项研究中建立了基于AOTF的分光偏振计的有用性，并且发现，在本配置中，对于100 ms或更大的积分时间，该仪器可以实现$<0.3$ \%的线性偏振的偏振精度。讨论了仪器的设计配置和从月球轨道进行此类观测的计划。
2023-02-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Review of Exoplanetary Biosignatures
我们回顾了该领域的系外行星的生物特征，主要集中在大气气相物种。由于缺乏类地行星大气的数据，一种常见的方法是从太阳系和早期地球的知识推断类地系外行星。因此，我们审查的主要过程（如大气光化学和传输）影响最常见的考虑物种（如O2，O3，N2O，CH4等）。在现代地球、早期地球、太阳系和类地系外行星的背景下。因此，我们认为这些物种在太阳系和更远的已知非生物来源。我们还讨论了与大气生物特征谱相关的可探测性问题，如谱带强度和独特性。最后，我们总结了当前航天局的路线图相关的生物特征科学在系外行星的背景下。
2017-10-11 astro-ph.EP
Oxygen fugacities of extrasolar rocks: Evidence for an Earth-like geochemistry of exoplanets
氧逸度是衡量岩石氧化程度的一个指标，它会影响行星的结构和演化。太阳系中的大多数岩石天体形成时的氧逸度大约比太阳系中富含氢的气体高五个数量级。目前还不清楚太阳系中的这种岩石氧化是否是其他行星系中的典型现象。我们利用在六颗被岩石吸积污染的白矮星中观察到的元素丰度来确定这些太阳系外岩石中氧化铁的比例，从而确定它们的氧逸度。这一结果与地球、火星和太阳系中典型小行星的氧逸度一致，表明至少有一些岩石系外行星在结构和地球化学上与地球相似。
2019-10-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
A New Method for Finding Nearby White Dwarf Exoplanets and Detecting Biosignatures
我们证明，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）可以检测红外（IR）的混合光谱能量分布的空间未分辨的类地系外行星附近的白矮星。我们发现，JWST是能够检测温暖的（可居住区; T $_{\rm eq}$ = 287 K）地球或超级地球和热（400 - 1000 K）的汞类似物在最近的15个孤立的白矮星周围的混合光谱与10小时的整合每个目标使用MIRI的中分辨率摄谱仪（MRS）。此外，这些观测结果限制了这些行星上CO $_2$占主导地位的大气的存在。该技术几乎对系统倾角不敏感，因此即使是对一小部分白矮星的观测也可能对太阳附近白矮星周围温暖的类地系外行星的出现率产生很大的限制。我们发现，JWST也可以通过MIRI宽带成像在$λ= 21\,\mathrm{μm}$为34个最近的（$<13$ pc）孤立的白矮星，每个目标2小时的积分时间，检测异常冷（100 - 150 K）的彗星大小的系外行星。使用红外过量探测大气层内轨道相位或光谱吸收特征的热变化，这两者都可以通过长基线MRS观测来确认候选行星是实际的系外行星。假设一个类似地球的大气成分，我们发现，检测的生物特征对O $_3$ + CH $_4$是可能的所有可居住区的地球（6.5 pc以内; 6个白矮星系统）或超级地球（10 pc以内; 17个系统）轨道白矮星只有5 - 36小时的集成使用MIRI的低分辨率光谱仪（LRS）。
2022-09-26 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Some inconvenient truths about biosignatures involving two chemical species on Earth-like exoplanets
在太阳系外行星的大气中检测到强烈的热化学不平衡被认为是一种潜在的生物特征。在这篇文章中，我们提出了一种新的假阳性，可以模仿不平衡或任何其他生物特征，涉及两个化学物种。我们考虑这样一种情况，即系外行星拥有一个有自己大气层的卫星，两个大气层都不处于化学不平衡状态。我们的研究结果表明，行星和月球的综合光谱非常类似于一个单一的物体在强烈的化学不平衡。我们得出一个坚定的限制，可以获得直接成像和过境行星的最大光谱分辨率。即使是理想化的空间光谱仪，在未来几十年内可能实现的光谱分辨率一般也不足以打破简并。只有在两种化学品的吸收特征可以明确识别并且它们的组合深度超过100%的情况下，才能在同一物体中明确确认两种化学品。
2014-04-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Colors of a Second Earth: Estimating the fractional areas of ocean, land, and vegetation of Earth-like exoplanets
通过散射光表征岩石系外行星的表面将是调查可居住系外行星上生命存在的一个重要挑战。我们提出了一个简单的重建方法，从光度变化，或颜色，第二个地球的不同表面类型的分数区域。我们使用经验数据为没有云的地球创建模拟光变曲线。然后将这些光变曲线拟合到由海洋、土壤、雪和植被4种表面类型组成的各向同性散射模型。在理想情况下，光度误差只是光子散粒噪声，我们能够相当好地再现这些组件的分数区域。我们甚至能够从地球上光合作用的独特特征中检测到植被的特征，即红边。在我们的重建方法中，由于大气的瑞利散射具有重要的影响，并且对于具有与我们地球相似的大气的类地系外行星，可以同时估计海洋和大气的存在。
2010-05-11 astro-ph.EP
RSCL Earth Lookback Simulator: A Real-Time Multi-Physics Framework for Relativistic Signal Propagation from Confirmed Milky Way Exoplanets
本文提出RSCL地球回溯模拟器，通过实时多物理方法，结合已确认的银河系系外行星参数，同时应用七种物理效应，填补了现有公开浏览器框架的空白。
2026-04-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Laboratory spectra of hot molecules: data needs for hot super-Earth exoplanets
大多数恒星现在被认为支持系外行星。迄今为止发现的许多系外行星都被归类为有大气层的岩石天体。然而，这些天体中的大多数由于轨道周期短而很热。模型表明，水是它们大气中的主要物种。高温预计将把这些大气层变成一个（高压）蒸汽浴，其中含有熔融岩石的残留物。这些炽热岩石天体的光谱将与较冷的天体或炽热气体巨星的光谱非常不同。分子建议是重要的光谱学这些对象的审查与相应的光谱数据的当前状态。作为ExoMol项目的一部分，讨论了建立适用于岩石超级地球大气模型的线性/截面综合数据库的前景。总结了量子力学方法在线性生产中的应用及其面临的挑战。
2017-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Hubble Space Telescope's near-UV and optical transmission spectrum of Earth as an exoplanet
我们用哈勃太空望远镜的STIS摄谱仪观测了2019年1月的月全食，以获得地球作为过境系外行星的第一个近紫外（1700-3200 $Å$）观测。能够对地外行星进行透射光谱分析的观测站和仪器已经开始规划，描述地球的透射光谱对于确保关键的光谱特征（例如，臭氧或O $_3$）在飞行任务概念研究中得到适当的捕获。O $_3$是由O $_2$光化学产生的，O是当今地球上主要代谢产物，它将作为系外行星上生命的关键证据在未来的观测中寻找。对月食的地面观测提供了地球在光学和近红外波长的透射光谱，但最强的O $_3$特征是在近紫外波段。我们描述的意见和方法，用于提取透射光谱从哈勃月食光谱，并确定光谱特征的O $_3$和瑞利散射在3000-5500毫米区域的地球的透射光谱相比，地球模型，包括在地球大气中的折射效应在月食。我们的近紫外光谱是没有特征的，这是因为在日食期间，由于O $_3$的吸收非常强，近紫外太阳光在地球大气层中没有完全衰减，并且当太阳光通过O $_3$层而不是在它上面的高度传输到月球表面时，错过了狭窄的时间跨度。
2020-08-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the prospects of Near Earth Asteroid orbit triangulation using the Gaia satellite and Earth-based observations
密切轨道要素的精确测量对于理解近地小行星复杂的动力学行为并对其建模至关重要。欧空局的盖亚任务有望在这方面发挥巨大潜力。在这篇文章中，我们调查的前景约束轨道的新发现的和已知的近地小行星使用几乎同时观测地球和盖亚。我们发现，从两个站点同时进行的观测可以有效地约束通过统计测距得到的初步轨道。通过将存储在小行星中心数据库中的发现与盖亚天体测量警报联系起来，人们可以确定几乎同时观测到的近地天体，并在不增加观测费用的情况下受益于改进的初始轨道解。
2014-09-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reflected spectroscopy of small exoplanets II: characterization of terrestrial exoplanets
能够进行高对比度成像的太空望远镜被认为是寻找类太阳恒星周围的类地行星并确定其潜在可居住性的途径。因此，量化反射光谱的能力是至关重要的，通过直接成像的类地系外行星，现有的工作集中在现代地球的行星类似物。在这里，我们超越了地球的类似物，并使用贝叶斯检索算法ExoReL $^\Re$，以确定我们可以从它们的反射光谱中了解到什么。认识到类地系外行星的潜在多样性，我们的重点是区分大气场景没有任何先验知识的主导气体。我们发现，虽然光学波段（$0.4-1.0\ μ$ m）的中等分辨率光谱可能足以表征现代地球模拟，但它可能会导致对类似太古代地球或具有CO $_2$主导大气的行星的错误解释。包括近红外波段（$1.0-1.8\ μ$ m）的观测可以防止这种误差，确定大气的主要成分（N $_2$、O $_2$或CO $_2$），并量化痕量气体（H $_2$ O、O $_3$和CH $_4$）。这些结果对确定未来系外行星直接成像任务的科学要求、设计波段带宽和观测方案具有参考价值。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Retrieving Ocean Glint Reflectance Signatures from Directly Imaged Earth-like Exoplanets
University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究利用NASA的HWO模拟数据，评估从类地系外行星检测海洋耀斑的可行性，确定5-25信噪比下需至少120度相位角，为相关空间望远镜任务观测要求提供约束。
2026-09-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Multivariate Statistical Analysis of Exoplanet Habitability: Detection Bias and Earth Analog Identification
本研究对517颗系外行星进行多元统计分析，发现仅0.6%满足宜居标准，地球为统计离群值，并识别出开普勒-22b为地球类似体，证实探测偏差并量化类地行星的稀有性。
2025-06-22 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
Indexing Exoplanets with Physical Conditions Potentially Suitable for Rock-Dependent Extremophiles
在宇宙其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学的一个迷人的研究领域。目前，根据NASA系外行星档案数据库，已经发现了3876颗系外行星。地球相似性指数（ESI）定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值，范围从0（与地球不同）到1（与地球相似）。ESI的创建是为了根据系外行星与地球的相似性对其进行索引。在本文中，我们研究了岩石系外行星，其物理条件可能适合于依赖岩石的极端微生物的生存，如蓝细菌Chroococcidiopsis和地衣Acarospora。首先介绍了岩石相似性指数（RSI），然后将其应用于1659颗岩石系外行星。RSI代表了对类地行星的测量，在这些行星上的物理条件可能适合于可以在类地极端栖息地（即，炎热的沙漠和寒冷冰冻的土地）。
2020-02-28 astro-ph.EP
Instrumentation prospects for rocky exoplanet atmospheres studies with high resolution spectroscopy
本文回顾了地面高分辨率光谱仪器在系外行星大气研究中的最新进展，并通过计算发现，在相同曝光时间下，300,000的光谱分辨率比100,000能更显著地检测到类地系外行星大气中的分子氧（O2），且在雾霾和云层场景下可将曝光时间及凌星次数减少4倍。
2025-05-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Galactic cosmic ray intensity at the evolving Earth and young exoplanets
宇宙射线可能有助于地球上生命的开始。在这里，我们调查的银河宇宙射线光谱在地球上的年龄$t = 0.6-6.0\,$ Gyr的演变。我们使用一个1D宇宙线输运模型和一个1.5D恒星风模型来推导太阳型恒星风的演化特性。在$t=1\,$ Gyr，大约在地球上生命被认为已经开始的时候，我们发现$\sim$ GeV银河宇宙射线的强度将比现在的值小$\sim10$倍。在较低的动能下，银河宇宙线调制会更加严重。更一般地说，我们发现，低能量银河宇宙射线的差异强度在年轻的年龄减少，很好地描述了一个破碎的幂律太阳自转速率。给出了不同年龄银河系宇宙线在地球轨道上的谱的解析公式。我们的模型也适用于其他太阳型恒星的系外行星在不同半径的轨道。具体来说，我们使用我们的银河系宇宙射线光谱在20 $\,$天文单位的$t=600\,$ Myr估计宇宙射线在HR $\,$ 2562 b，一个直接成像的系外行星轨道的年轻的太阳型恒星的大气中的渗透。我们发现大多数粒子$<0.1$ GeV在压力$\gtrsim10^{-5}\,$ bar下衰减，因此不能到达低于$\sim100\,$ km的高度。在观测上限制温暖的木星大气层中的银河宇宙射线光谱，反过来又有助于限制到达年轻的类地系外行星的宇宙射线通量。
2020-09-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Earth as an Exoplanet: A Two-dimensional Alien Map
从单点光变曲线中解析空间变化的系外行星特征对于确定类地行星是否具有影响可居住性的地质特征和/或气候系统至关重要。为了评估这种空间特征解决问题的可行性和要求，我们提出了一个分析的多波长单点光变曲线的地球，它扮演着代理系外行星的角色。在这里，在两年的时间内收集的~ 10，000 DSCOVR/EPIC帧在地球的磁盘上集成，以产生光谱相关的点源，并使用奇异值分解进行分析。我们发现，在两个主要的主成分（PC），第二PC包含的表面相关的功能的行星，而第一PC主要包括云的信息。我们提出了第一个二维（2D）的地球表面地图重建的光变曲线观测没有任何假设的光谱特性。这项研究是未来重建类地系外行星表面特征的基线。
2019-08-12 astro-ph.EP
Earth as a Transiting Exoplanet: A Validation of Transmission Spectroscopy and Atmospheric Retrieval Methodologies for Terrestrial Exoplanets
本研究利用地球高信噪比透射光谱验证类地系外行星大气反演模型，证实高分辨率下模型吻合度高且可探测多种气体，同时验证一维模型可满足JWST对M型矮星类地行星的观测需求。
2023-08-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Magnetic Fields in Earth-like Exoplanets and Implications for Habitability around M-dwarfs
我们使用Olson & Christiansen（2006）标度律并假设其内部结构与地球相似，对类地系外行星的偶极磁矩进行了估计。我们发现，快速旋转的行星（其中科里奥利力占主导地位的核心对流）的偶极矩，可能高达约80倍的地球的磁矩，M_地球，至少部分的行星的寿命。对于非常缓慢旋转的行星（惯性力占主导地位），偶极磁矩仅达到~1.5 M_地球。将我们的计算应用于目前确认的岩石系外行星，我们发现CoRoT-7 b，Kepler-10 b和55 Cnc e分别可以维持高达~ 18，15和13 M_Earth的发电机。我们的结果还表明，岩石系外行星的磁矩不仅取决于它们的自转速率，而且还取决于它们的形成历史、热状态、年龄和成分，以及磁场的几何形状。这些结果适用于所有岩石行星，但对于M矮星宜居带中的系外行星的特殊情况具有重要意义。
2011-07-14 astro-ph.EP
Radial Velocity Prospects Current and Future: A White Paper Report prepared by the Study Analysis Group 8 for the Exoplanet Program Analysis Group (ExoPAG)
美国宇航局系外行星分析小组的研究分析小组8召开会议，评估精确径向速度（PRV）方法的当前能力和未来潜力，以推进美国宇航局的目标，即“在其他恒星的轨道上寻找行星体和类地行星。(U.S.国家空间政策，2010年6月28日）。PRV补充了其他系外行星探测方法，例如提供了一条获得体积密度的直接途径，从而获得过境系外行星的结构和组成。我们的分析建立在以前的社区投入，包括2008年的ExoPlanet社区报告关于径向速度的章节，2010年天文学十年调查，宾夕法尼亚州立大学精确径向速度研讨会对2010年十年调查的回应，以及2012年的NSF投资组合审查。天文学2010年十年期巡天“新世界，新地平线”和国家科学基金会组合审查都强烈支持对系外行星的径向速度探测，社区建议大力投资PRV。上述任务支持对望远镜时间的需求，特别是对小行星系统的需求，将超过使用目前正在运行的仪器的可用夜晚数，至少是TESS的几倍。向真正的地球双胞胎推进将需要更多的光子（即更大的望远镜），比目前可用的更稳定的光谱仪，更好的校准和更好的恒星抖动校正。我们概述了四种假设的情况下，PRV工作必须满足美国宇航局的任务系外行星科学目标。
2015-03-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Role of planetary obliquity in regulating atmospheric escape: G-dwarf vs. M-dwarf Earth-like exoplanets
我们提出了一个三种（H $^+$，O $^+$和E $^-$）多流体磁流体动力学（MHD）模型，赋予了必要的上层大气化学，能够准确地量化的氧离子损失的大小从“类地”系外行星在宜居带，其磁和旋转轴大致彼此重合。我们应用这个模型来研究从磁场的角度来调节大气损失的行星的引力的作用。对于类地系外行星绕太阳型恒星，我们表明，总的大气离子损失率对行星（磁）的依赖性是相对较弱的逃逸率之间变化的$2.19 \times 10^{26}$的$^{-1}$到$2.37 \times 10^{26}$的$^{-1}$。相比之下，在类地系外行星围绕晚型M-矮星运行的情况下，行星度可以影响大气逃逸率（$\sim$ $10^{28}$ s $^{-1}$）超过$2$（或$200\%$）的一个因子。因此，我们的模拟结果表明，行星的引力可能会发挥一个弱到中等的作用，只要保留的大气层（必要的表面可居住性）的关注。
2019-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Radio prospects of extrasolar aurorae polaris as a probe of planetary magnetism
本文构建数值模型并采用Monte Carlo方法量化不确定性，更新了已确认系外行星的极光射电辐射特征预测，识别出16个潜在可探测候选目标，为探测系外行星磁性及评估宜居性提供了观测指导。
2025-06-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earth as an Exoplanet
地球是已知的唯一有生命存在的行星，因此，在太阳系以外寻找可居住和有人居住的行星通常集中在我们星球的类似物上。然而，地球的大气层和地表环境在过去45亿年中发生了巨大的变化。对我们星球的原位地质和地球化学建模研究相结合，提供了对环境的一瞥，虽然在技术上属于我们的地球，但似乎是外星世界。对于现代地球，地面设施，卫星和航天器的观测已经产生了丰富的数据，可用于在系外行星表征的背景下有效地观察我们的星球。然后，将行星和系外行星遥感技术应用于这些数据集，就能够开发探测其他世界上可居住性和生命特征的方法。此外，一系列模型已被用于模拟遥远地球的类外行星数据集，从而提供的见解往往是对现有观测的补充。了解地球可居住和有人居住的无数方式，再加上在遥远的地球上磨练的遥感方法，为识别其他行星系中潜在的生命环境提供了关键指南。
2019-10-16 astro-ph.EP
Simulated Direct Imaging Detection of Water Vapor For Exo-Earths
可居住的行星通常被定义为能够维持表面液态水的类地行星。因此，大气中的水蒸气可以成为可居住性的关键指标。因此，以适居性为主题的系外行星调查强调探测目标的水蒸气特征。最近研究了利用反射光对系外行星直接成像的各种概念飞行任务，包括HabEx和LUVOIR概念。在这里，重要的是要了解如何在反射光直接成像-再加上中等分辨率的光谱学-可以用来检测各种水蒸气量在类地行星大气。为了研究类地系外行星的水蒸气检测，我们在水蒸气柱质量的网格上生成反射光谱，并使用仪器模型来探索在可见光或近红外波长处进行光谱特征检测所需的积分时间。低分辨率的近红外光谱通常是最佳的检测水蒸气在大气中的类地系外行星时，使用反射光直接成像。这适用于干燥或寒冷的类地行星，其大气层中含有相对较少的水蒸气。大气中富含水蒸气，例如行星经历潮湿或失控的温室，可以在可见光波段有效地检测到水蒸气。了解系外行星的大小、温度和相对于宜居带的位置等细节有助于确定大气特征的适当波长范围。总的来说，对类地系外行星的水蒸气探测对于未来的直接成像任务来说是相当可行的。
2019-12-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Mass-Radius Relation for 65 Exoplanets Smaller than 4 Earth Radii
我们研究了65颗轨道周期小于100天的小于4个地球半径的系外行星的质量和半径。我们计算的加权平均密度的行星箱的0.5地球半径，并确定在1.4地球半径的密度最大值为7.6克/立方厘米。半径达到R = 1.5地球半径的行星密度随着半径的增加而增加。在1.5个地球半径以上，行星密度随着半径的增加而迅速下降，这表明这些行星有很大一部分体积的挥发物覆盖在岩石核心上。包括太阳系的类地行星和半径小于1.5的系外行星，当R < 1.5时，我们发现ρ= 2.43 + 3.39（R/R_E）g cm^-3，这与岩石成分一致。对于半径在1.5到4倍地球半径之间的系外行星，我们发现M/M_E = 2.69（R/R_E）^0.93。在1.5和4个地球半径之间拟合的行星质量的RMS为4.3 M_E，约化χ^2 = 6.2。大的分散表明在给定半径的行星组成的多样性。成分的多样性可能是由于行星的体积（由它们的大氢/氦包层决定）包含不同质量或成分的岩石核心。
2014-02-15 astro-ph.EP
Using Deep Space Climate Observatory Measurements to Study the Earth as An Exoplanet
尽管它不是作为一个系外行星研究任务设计的，但深空气候观测站（DSCOVR）已经被机会主义地用于一个新的实验，其中地球作为一个代理系外行星。两年多的DSCOVR地球图像被用来产生多波长、单点光源的时间序列，以提取关于行星旋转、云模式、表面类型和绕太阳轨道的信息。在下文中，我们假设地球的这些性质是未知的，而是试图从第一原理推导出它们。然后将这些结论与有关我们星球的已知数据进行比较。我们还使用DSCOVR数据来模拟相位角的变化，以及确定系外行星旋转周期所需的最小数据收集速率。这种利用多波长、反射单点光源的时间演化的创新方法，可以用于检索遥远恒星周围系外行星的一系列固有特性。
2018-05-15 astro-ph.EP
Exoplanets - search methods, discoveries, and prospects for astrobiology
尽管太阳系拥有火星和木卫二，是我们所知的寻找化石/现存生命的最佳候选者--基于复杂的碳化合物和液态水--但截至2008年9月15日，已知围绕其他恒星的263个（非脉冲星）行星系可能拥有更多可能存在生命的行星。此外，这些系外行星系统的数量正在稳步增长，随着这种增长，可能承载碳-液态水生命的行星数量也在增加。在这篇简短的评论中，概述了发现系外行星的主要方法，然后介绍了迄今为止的发现。然后讨论了可居住性，并概述了如何从远处研究行星以确定它是否适合居住，以及它是否确实有人居住。这篇评论是针对天体生物学社区，它跨越了许多学科，其中很少涉及系外行星。因此，它处于基本水平，集中于主要专题。
2009-01-14 astro-ph.EP
Earth Similarity Index and Habitability Studies of Exoplanets
对系外行星的研究一直是天文学家、行星科学家和天体生物学家的兴趣所在。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在寻找一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟，并寻找潜在的可居住性。地球相似性指数（ESI）的定义是寻找与地球的相似性，其范围从1（地球）到0（与地球完全不相似）。ESI可以用行星的四个物理参数来计算，即半径、密度、逃逸速度和地面温度。进入ESI表面的地面温度是一个不可观测的量，我们所知道的只是系外行星的平衡温度。我们已经建立了一个表面和平衡温度之间的关系，使用的数据，太阳系天体，以解决在确定地面温度的困难。从ESI分析中，我们发现了20颗ESI值高于0.8的类地系外行星，这是设定的阈值。我们还对类火星行星感兴趣，以寻找可能存在极端生命的行星。例如，甲烷特有的极端微生物生命形式代谢，为此引入了一种新的方法，称为火星相似性指数（MSI）。MSI被定义在1（现在的火星）和0（与现在的火星不同）之间，并使用与ESI相同的物理参数。介绍了另一种研究系外行星潜在可居住性的新方法--多参数柯布-道格拉斯函数。这并没有产生任何令人鼓舞的结果。
2018-06-07 astro-ph.EP
Hot super-Earths stripped by their host stars
模拟预测，热的超级地球大小的系外行星可以通过光蒸发剥离它们的外壳，这将使它们本身缺乏这些系外行星。然而，系外行星种群中的这种缺失却逃脱了严格的检测。在这里，我们证明，使用asteroseismology在开普勒任务期间观察到的系外行星和系外行星候选者的样本，虽然有大量的超地球大小的系外行星低入射通量，没有发现高入射通量。我们没有发现任何半径在2.2到3.8地球半径之间的系外行星，其入射通量超过地球上入射通量的650倍。系外行星数量的这种差距可以用挥发性元素的蒸发来解释，因此支持了预测。蒸发造成的热超级地球沙漠的确认将为行星系的模拟增加一个重要的限制，因为它们必须能够重现近距离超级地球的缺乏。
2016-04-18 astro-ph.EP
MHD study of planetary magnetospheric response during extreme solar wind conditions: Earth and exoplanet magnetospheres applications
背景：恒星风和行星际磁场改变了行星磁层的拓扑结构。因此，直接暴露于恒星风的危险影响，例如对绕地球运行的卫星的完整性或系外行星的可居住性的影响，取决于空间天气条件。目的：这项研究的目的是分析类地磁层对各种空间天气条件和行星际日冕物质抛射的反应。计算了磁层顶间距、开闭场线边界和等离子体流向行星表面的流动。研究方法：我们使用球坐标系下的MHD程序PLUTO对恒星风的动压和温度以及行星际磁场强度和方向进行了参数化研究。所分析的参数范围从正常的空间天气条件到极端的空间天气条件，这些条件与太阳主序的当前和早期地球轨道上的日冕物质抛射相一致。此外，分析了亚阿文太阳风配置对地球和系外行星磁层的影响。结果如下：即使在超级日冕物质抛射期间，在赤道纬度的地球日侧，太阳风的直接降水也是极不可能的。另一方面，在沿着太阳主序的早期演化阶段，一旦太阳自转速率至少快了$5$倍（<4.4亿年），地球表面在日冕物质抛射期间直接暴露在太阳风中。如今，高轨道、地球同步轨道和中轨道的卫星在日冕物质抛射期间直接暴露于太阳风，因为地球日侧的部分轨道超出弓形激波的鼻部。
2022-03-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Scaling the Earth: A Sensitivity Analysis of Terrestrial Exoplanetary Interior Models
系外行星的结构和组成是行星可居住性的第一级控制因素。我们探讨了大体积类地行星的组成和内部结构的哪些方面影响了系外行星的主要观测值：它的质量和半径。我们将这些扰动应用于地球，我们最了解的星球。使用矿物物理工具包BurnMan自洽计算质量半径模型，我们发现，核心半径，存在轻元素的核心和上地幔组成的低压硅酸盐在给定的半径，其中没有一个包括在当前的质量半径模型的最终计算质量的影响最大。我们扩展了这些结果，提供了一个自洽的网格组成以及结构约束的地球质量半径模型，用于量化系外行星是“类地行星”的可能性。“我们进一步将这个网格应用于开普勒-36 b，发现它只有20%的可能性与地球的Si/Fe = 0.9类似，而地球的Si/Fe = 1，太阳的Si/Fe = 1.19。
2016-01-07 astro-ph.EP
Prospects for water vapor detection in the atmospheres of temperate and arid rocky exoplanets around M-dwarf stars
在温带岩石系外行星的大气中探测到水蒸气将是确定系外行星可居住性的一个重要里程碑。过去的模拟工作表明，云的形成可能会阻止詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）在具有表面海洋的类地行星上探测到水蒸气。在这里，我们分析了在不同类别的目标：干旱的行星上的H2O的大气探测的潜力。使用过境光谱模拟，我们表明，大气中的H2O可能更容易被检测到在干旱的行星与冷困冰存款的表面上，因为这样的行星不会拥有厚厚的H2O云甲板，限制过境深度的光谱特征。然而，额外的因素，如带重叠与二氧化碳和其他气体，灭绝的矿物尘埃，重叠的恒星和行星H2O线，并最终噪声地板可通过JWST仍然构成重要的挑战。因此，空间和地面光谱观测的结合将是未来可靠探测岩石系外行星上H2O的关键。
2022-01-20 astro-ph.EP
New models of reflection spectra for terrestrial exoplanets: Present and prebiotic Earth orbiting around stars of different spectral types
为了从未来观测到的光谱中识别出可居住的系外行星，我们提出了新的反射光谱模型和几何模型，用于在光谱型F，G，K和M恒星的可宜居带内运行的现代和前生物（3.9 Ga）类地系外行星。我们计算出行星的各种大气和表面成分。作为潜在生物特征和温室因子的分子被纳入我们的模型大气中。固体和液体物质的各种组合，如海洋，海岸，由树木，草，沙子或岩石组成的土地，决定了行星的表面覆盖度。还提供了一组九颗潜在宜居行星的几何反射光谱和模型反射光谱，包括Proxima Centauri b，TRAPPIST-1d，Kepler-1649 c和Teegarden的Star-b。我们采用的不透明度数据来自使用开源软件包外传输，并采用不同的大气温度-压力的配置文件，这取决于类地系外行星的属性。通过数值求解多次散射辐射转移方程，建立了模型反射光谱。我们通过与其他研究者发表的模型进行比较，验证了我们的模型在一些特定情况下的反射光谱。我们证明，前生物类地系外行星和目前的类地系外行星，其大气中的温室气体量增加，在光学散射更多的星光。我们还提出了现代和前生物类地系外行星与多云和无云的大气的透射光谱。
2023-03-01 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
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。
2014-05-19 astro-ph.EP
Characterizing Atmospheres of Transiting Earth-like Exoplanets Orbiting M Dwarfs with James Webb Space Telescope
最近在附近的几颗M矮星周围发现了一些过境的、可能适合地球居住的系外行星。这些世界代表了即将到来的美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的大气特征的重要目标。由于用于系外行星表征的可用时间有限，因此在试图探测围绕冷恒星运行的潜在类地世界的大气成分时，首先了解JWST的能力和局限性至关重要。在这里，我们探索耦合的气候化学大气模型的类地行星绕网格的M矮主机。使用新开发和验证的JWST仪器模型-JWST系外行星过境模拟器（JETS）-我们研究了各种相关仪器和观测模式的关键生物特征和可居住性指标气体物种的可检测性。考虑了光谱分辨探测情景以及特定物种的光谱影响在仪器/模式的整个范围内综合的情况，并强调了考虑在整个可观测光谱范围内获得的信息的重要性。当考虑到仪器/模式的整个光谱覆盖范围时，对于系统距离高达10-15 pc的无云类地世界，如果观测几十次凌日（或更少），就可以达到信噪比5的甲烷、二氧化碳、氧气和水的探测。当与以前的结果相比，气体物种检测所需的曝光时间取决于方法，以量化的光谱影响的物种，以及基本的光化学模型假设。因此，JWST对大气丰度的限制，即使只是上限，也有可能促进我们对陆地大气化学的理解。
2021-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-twin Exoplanet
该研究将地球视作系外行星，结合经验热光谱与LIFE噪声模拟观测并开展大气反演，评估其识别温态宜居及生命指示信号的能力。
2024-05-13 astro-ph.EP
