Misaligned And Alien Planets From Explosive Death Of Stars
轨道与其宿主恒星的自旋不一致的系外行星可能起源于高速气体团，这些气体团在附近的超新星遗迹和行星状星云中大量存在。这些斑点的质量增长，并在星际介质（ISM）中通过质量吸积和辐射冷却而减速。如果它们的质量超过金斯质量，它们就会坍缩成炽热的巨型气体行星。星系中的大多数“失踪重子”都可能被卷入这种自由漂浮的物体中，这可能会扰乱恒星行星系，将束缚的行星踢入失调的轨道，或者将自己捕获到失调的轨道中。未坍缩的行星可能会坍缩或被潮汐破坏成倾斜的气体盘，在那里可能会形成错位的行星。自由漂浮在银河系ISM中的巨大气体行星可以通过它们的微透镜效应或如果它们是热的，则可以通过深测光来检测。未坍缩的气体团可能产生观测到的河外致密射电源的射电暴，如类星体和伽马射线暴。
2011-06-16 astro-ph.EP
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。
2014-07-21 astro-ph.EP
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
Laboratory studies on the viability of life in H$_2$-dominated exoplanet atmospheres
在下一代空间和地面望远镜能力的推动下，通过大气“生物特征气体”寻找系外行星生命的理论和观测正在加速。最容易观测到的岩石行星大气层是那些以分子氢气为主的大气层，因为H $_2$ -气体的低密度导致了大气层的膨胀。然而，生命承受这种外来环境的能力还没有在这种情况下得到检验。我们证明，单细胞微生物（$\textit{E. coli}$和酵母），通常不栖息H $_2$为主的环境中可以生存和生长在100% H $_2$的气氛。我们还描述了由$\textit{E. coli}$产生的数十种不同气体的惊人多样性，包括许多已经被提出作为潜在生物特征气体的气体（例如，一氧化二氮、氨、甲硫醇、二甲硫、硫化羰和异戊二烯）。这项工作证明了实验室实验的实用性，可以更好地确定哪些类型的外星环境可以容纳某种形式的可能可检测的生命。
2020-05-07 astro-ph.EP astro-ph.IM q-bio.QM
The search for exomoons and the characterization of exoplanet atmospheres
自从1992年和1995年在太阳系外分别发现脉冲星和主序星周围的行星以来，太阳系外行星的研究已经成为天文学中最具活力的研究领域之一。现在已经发现了370多颗系外行星，焦点已经从寻找行星转移到寻找这些外星世界。除了探测这些系外行星的大气层外，部分特征描述过程无疑涉及对系外卫星的搜索。第三章综述了系外行星表征的研究现状。我们专注于过境行星的特性非常接近他们的母恒星，因为他们已经可以探测其大气成分。相比之下，本章的第二部分致力于在太阳系内外寻找地外生命。详细介绍了宜居带的特征和生命存在的标志（生物特征）。在第四章中，我们描述了我们使用IRAC/Spitzer在3.6，4.5，5.8和8.0微米处获得的热木星HD 209458 b的初步凌日观测结果。第五章是专门寻找exoons，我们审查的TTV和TDV信号，它不仅允许识别exoons，但也推导出他们的一些特性的模型。最后，在第6章中，可居住区外卫星周围的各种配置的系外行星系统的开普勒任务或测光的质量大致相同的可探测性进行了研究。我们发现，可居住区的外卫星下降到0.2地球质量可能会被检测到。
2009-10-02 astro-ph.EP
Exoplanet Biosignatures: Future Directions
系外行星科学有望在不久的将来继续快速积累新的观测结果，从而推动理解和解释即将到来的大量数据，以确定我们太阳系以外的生命迹象。系外行星样本的大量统计数据，结合我们对生命及其签名的普遍性质的理解的模糊性，需要一个生物签名评估的定量框架。在这里，我们引入了一个贝叶斯框架，用于指导未来的生命检测方向，它允许我们的搜索策略超越已知生命的生物签名的可能性。贝叶斯方法提供了一种语言来定量地定义未来生命检测的条件概率和置信水平，重要的是，可以约束有或没有阳性检测的先验生命概率。我们描述了必要的经验和理论工作，以限制相关的可能性，包括那些出现从恒星和行星的背景下，进化历史的偶然性和物理和化学的普遍性。我们讨论了贝叶斯框架如何指导我们的搜索策略，包括确定观测波长或在有针对性的搜索或更大，更低分辨率的调查之间做出决定。我们的目标是提供一个定量的框架，而不是夹带到生命或其签名的具体定义，它集成了必要的自信地检测外星生命的不同学科的观点。
2017-08-08 astro-ph.EP
Habitable worlds with no signs of life
“宇宙中大多数可居住的世界将没有可远程检测到的生命迹象”被提出作为一个生物学假设，将在系外行星的研究中进行测试。在宇宙的其他地方也可以发现可居住的行星，但有许多假设的情况是，在这些行星上寻找生命可能会产生负面的结果。没有远程可探测到的生命特征的可居住世界的场景包括：可居住但没有生物圈的行星（无人居住的可居住世界）;有生命的行星，但缺乏任何可检测的生命表面特征（提供了实验室的例子）和有生命的行星，在这些地区，生物群产生或清除的大气气体浓度不可能与非生物过程分开，因为缺乏行星状况的详细知识（“系外行星热力学不确定性问题”）。拒绝这一假设需要生命的起源通常发生在可居住的行星上，光谱可检测的色素和/或产生明确的生物特征气体（例如含氧光合作用）的新陈代谢通常会进化，并且拥有它们的生物体通常具有足够的生物量来产生外星天文学家可检测的生物特征。
2013-09-04 astro-ph.EP
Gliese 581d is the first discovered terrestrial-mass exoplanet in the habitable zone
最近发现的系外行星GJ 581 d可能能够支持液态水，因为它的质量和轨道距离相对较低。然而，GJ 581 d接收到的恒星能量比火星少35%，可能被锁定在潮汐共振中，两极的日照极低，可能是永久的黑夜。在这种情况下，我们不知道地球上是否有任何适宜居住的气候能够承受全球冰川和/或大气层崩溃。在这里，我们提出了三维气候模拟，证明GJ 581 d将有一个稳定的大气和表面液态水的广泛的合理的情况下，使其成为第一个确认的超级地球（2-10地球质量的系外行星）在宜居带。我们发现，超过10巴的二氧化碳和不同量的背景气体（例如，N2）产生的全球平均温度高于0摄氏度的陆地和海洋覆盖的表面。基于该模型计算的红外辐射，我们提出了观测测试，将允许这些情况下，从其他可能的情况下，在未来区分。
2011-05-05 astro-ph.EP
Observational Constraints on the Great Filter
用下一代太空望远镜寻找光谱生物特征，可以对有生命迹象的系外行星的丰度提供观测限制。对系外行星的光谱表征的一个延伸是寻找技术的观测证据，称为技术特征。目前的飞行任务概念将观测从紫外到近红外波长的生物特征，这可能会对银河系中拥有生命的行星的比例设定上限，尽管这种飞行任务在限制中红外波长技术特征的普遍性方面的能力往往相对有限。然而，在生物特征的同时寻找技术特征将为我们文明的未来提供重要的知识。如果拥有技术特征的行星非常丰富，那么我们可以增加我们的信心，即行星进化中最困难的一步-大过滤器-可能在我们的过去。但是，如果我们发现生命是平凡的，而技术签名是缺席的，那么这将增加大过滤器等待在未来挑战我们的可能性。
2020-07-27 astro-ph.EP physics.pop-ph
Why do protoplanetary disks appear not massive enough to form the known exoplanet population?
行星何时以及如何在原行星盘中形成仍然是一个讨论的话题。系外行星探测调查和原行星盘调查现在提供的结果使我们能够有新的见解。我们收集了已确认的系外行星的质量，并将它们与恒星质量的依赖关系与在1- 300万年前的恒星形成区测量的原行星盘质量的依赖关系进行了比较。后者是由我们使用来自盖亚DR 2星系的距离的新估计重新计算的。我们注意到，单个和多个系外行星系统形成了两个不同的种群，这可能指向了围绕非常低质量恒星的大质量巨行星的不同形成机制。虽然预期系外行星系统的质量远低于测量的盘质量，但我们发现系外行星系统的质量与最大质量的盘相当或更高。通过将测得的行星质量转换为重元素含量（巨行星的核心质量和超级地球系统的全部质量），并将该值与盘尘质量进行比较，也可以得到同样的结果。除非盘状尘埃质量被严重低估，否则这是一个大难题。对磁盘中的灰尘颗粒进行非常有效的回收利用无法解决这个难题。这意味着要么行星的核心形成非常迅速（<0.1- 100万年），大量的气体在相同的时间尺度上从盘中排出，要么盘不断从环境中补充新的行星形成物质。这些假设可以通过测量更年轻的目标中的磁盘质量来测试，并通过更好地了解磁盘是否以及如何被周围环境补充来测试。
2018-09-24 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
Rate and nature of false positives in the CoRoT exoplanet search
上下文CoRoT卫星通过应用凌日法搜索行星，在每次观测运行中监测银河系平面中多达12，000颗恒星，为期150天。这种搜索受到很大一部分误报的污染，这是由不同的双星配置造成的，可能会与凌日行星混淆。目标。我们评估了CoRoT系外行星搜索中误报的比率和性质，并将我们的结果与半经验预测进行了比较。方法.我们考虑在前三次扩展的CoRoT运行中检测到的双星和行星候选者，并对完成的后续观测结果进行分类，以验证其行星性质。我们分组的后续结果，未稀释的双星，稀释的双星，和行星，并比较其丰度与文献中的预测。结果仅使用CoRoT光曲线，83%的初始检测被归类为假阳性，其余17%需要后续观察。最后，12%的后续候选者是行星。假阳性率的总体分布的形状遵循先前的预测，除了具有低于约0.4%的渡越深度的候选者之外。对于过境深度在0.1 - 0.4%范围内的候选者，CoRoT探测几乎完成，这种与预测的差异可能是真实的，并且由稀释食双星的丰度低于预期所主导。
2009-08-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Wide Binary Orbits are Preferentially Aligned with the Orbits of Small Planets, but Probably Not Hot Jupiters
本研究利用Gaia DR3和TESS数据证实，半长轴700 AU以内的宽双星轨道与半径小于6倍地球半径的小行星轨道存在显著对齐，但未发现热木星类大质量近轨行星与任意间距宽双星的轨道对齐，差异可能源于热木星独特的演化机制。
2024-05-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Optimizing exoplanet transit searches around low-mass stars with inclination constraints
目标。我们研究了一种方法，以提高效率的有针对性的外行星搜索与过境技术预选的候选人从大的恒星目录的子集。假设自旋轨道对齐，这可以通过考虑具有更高概率的恒星接近赤道（倾角接近90^{ \circ }）来实现。方法.我们利用具有对流包层的低质量恒星的活动-自转速度关系，研究了恒星在活动-vsini图中的位置对恒星轴倾角的依赖性。利用等时线、各向同性倾角分布和经验关系，编制了G型、K型和M型主序星模拟星表，得到了它们的自转周期和活动指数。然后填充活动- vsini图，并应用统计来追踪包含倾角大于80^{ \circ }的恒星的较高比率的区域。用log（R 'HK）和vsini数据对实际星表中的恒星进行了类似的统计，以确定它们在赤道上的概率。本文介绍了模拟星表的生成方法，以及利用活度- VSINI图从真实星表中寻找高倾斜星的统计方法。从文献中的几个目录进行了分析，并提出了一个子样本的恒星被赤道上的概率最高。结论.假设自旋-轨道对齐，在由此产生的可能高度倾斜的恒星子样本中进行系外行星凌日搜索的效率估计比没有预选的全球搜索高出两到三倍。
2011-10-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmosphere Origins for Exoplanet Sub-Neptunes
行星的2 $R_{\oplus}$ < $R$ < 3 $R_{\oplus}$和轨道周期$<$ 100 d是丰富的;这些亚海王星系外行星还没有得到很好的理解。例如，$Kepler$亚海王星可能有与其大气层接触的深层岩浆海洋，但对岩浆对大气层的影响知之甚少。在这里，我们使用一个基本模型来研究这种效应，假设挥发分在$T$ $\sim$ 3000 K时与岩浆平衡。对于我们的Fe-Mg-Si-O-H模型系统，我们发现岩浆与大气之间的化学反应和挥发分溶解到岩浆中都是重要的。因此，岩浆很重要。对于H，大多数摩尔进入岩浆，因此H $_2$吸积和H $_2$损失模型的质量目标比通常假设的更重。已知的岩浆氧化状态跨度可以产生半径相同但总挥发质量相差20倍的亚海王星。因此，行星半径是大气成分的代用指标，而不是挥发物总含量的代用指标。这种氧化还原多样性简并可以通过测量大气平均分子量来打破。我们强调星云气体对H $_2$的供应，但也考虑了固体来源的H $_2$ O。我们发现，添加H $_2$ O到Fe可能不能使足够的H $_2$来解释亚海王星半径，因为$>$ 10 $^3$ -km厚的脱气大气具有高的平均分子量。岩浆-大气平衡假说将大气H $_2$ O/H $_2$比值等观测值与岩浆FeO含量和行星形成过程联系起来。我们的模型的准确性是有限的，缺乏实验（实验室和/或数值），是特定于亚海王星;我们提倡这样…
2020-01-25 astro-ph.EP
On the Detection of Molecules in the Atmosphere of HD189733b using HST NICMOS Transmission Spectroscopy
HD 189733 b的HST/NICMOS透射光谱测量表明在系外行星大气中检测到甲烷（CH $_{4}$），这一直是一个重大争议的来源。这可能是迄今为止分析得最好的系外行星光谱数据集，不同的团队使用不同的方法，声称有证据既反驳又支持最初的发现。在这里，我们报告了对三个独立的已发布光谱进行统一光谱检索分析以及零假设检验的结果。基于贝叶斯模型比较，我们发现，三个光谱中的两个显示出强有力的证据（$\geq$ 3.6 $σ$）的分子特征的检测主要是由于水和甲烷，而第三个是一致的弱分子检测在2.2 $σ$水平。我们解释协议的光谱调制建立由以前的作者和大气检索结果在这里，作为确认的原始检测分子吸收剂在大气中的HD 189733 b。
2014-01-29 astro-ph.EP
A sub-Mercury-sized exoplanet
自从发现第一颗系外行星以来，我们就知道其他的行星系看起来可能与我们的行星系很不一样。然而，直到最近，我们只能探测行星大小分布的上限。开普勒太空望远镜的高精度使我们能够探测到地球大小和稍小的行星，但以前没有发现比我们在太阳系中看到的行星更小的行星。在这里，我们报告发现了一颗比水星小得多的行星。这颗微小的行星是围绕类太阳主恒星运行的三颗行星中最里面的一颗，我们将其命名为开普勒-37。由于它的体积非常小，类似于地球的月球，并且表面高度辐射，开普勒-37 b可能是一颗岩石行星，没有大气层或水，类似于水星。
2013-05-24 astro-ph.EP
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs, No evidence for a super-Earth in a 2-day orbit around GJ 1151
类地系外行星与低质量宿主恒星的磁场之间的相互作用被认为会产生射频的微弱发射信号。一项使用LOFAR数据的研究宣布，探测到来自中M型矮星GJ 1151的无线电发射，这可能来自一颗近距离的类地行星。最近，使用HARPS-N和HPF仪器的69个径向速度（RV），声称存在一颗周期为2天的2.5-Me行星绕GJ 1151运行。我们在CARMENES M-矮星巡天的框架内获得了70个新的高精度RV测量结果，并使用这些数据来确认所声称的行星的存在，并对GJ 1151系统中可能的行星伴侣进行限制。我们分析了所有三种仪器的组合RV数据集中存在的周期性，并计算了短周期轨道中潜在行星的检测极限。我们无法确认最近宣布的候选行星，并得出结论，HARPS-N和HPF数据集中的2天信号很可能是由长期RV变化产生的，可能是由外行星伴星引起的，但不受约束。我们计算出RV半振幅的99.9%显著性检测限为1.50 ms-1，这使得轨道周期分别为1天和5天的任何潜在系外行星的最小质量的上限为0.7 Me和1.2 Me。
2021-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Agnostic Biosignature Based on Modeling Panspermia and Terraforming
Blue Marble Space Institute of Science（蓝大理石空间科学研究所）；Sony Computer Science Laboratories（索尼计算机科学实验室）；National Institute for Basic Biology（基础生物学国立研究所）
本文提出了一种基于行星群特征和空间分布的无偏生命检测方法，通过代理模型展示生命在恒星间传播可能产生稳健的生物标志物。
2026-03-02 astro-ph.EP astro-ph.IM q-bio.PE
Stabilization of dayside surface liquid water via tropopause cold trapping on arid slowly rotating tidally locked planets
在不久的将来，围绕附近红矮星（M矮星）运行的陆地型系外行星是大气特征和生物特征搜索的最佳目标之一。最近的演化研究表明，位于M矮星宜居带的类地行星可能被潮汐锁定，由于其宿主恒星早期的高光度，其表面的水储量有限。之前对这类行星的几次气候模拟表明，它们剩余的水将被输送到行星永久的夜面，并被困在表面的冰中，使昼面没有水。在这里，我们使用一个三维的大气环流模式与水循环和精确的辐射转移计划，调查表面水的演变缓慢旋转潮汐锁定类地行星有限的表面水库存。我们发现，在这种类型的气候系统的夜面和亚恒星对流层顶之间的水捕获的竞争。虽然在某些情况下，地表水仍然被困在夜面作为冰盖，在其他情况下，液态水稳定在一个圆形区域在亚恒星区域作为湿地。N $_2$为1 bar，大气CO $_2$水平大于0.1 bar的行星，即使地表水储量非常小，也能保持稳定的昼侧液态水。我们的研究结果揭示了地球型系外行星上可能的气候状态的多样性，并强调了未来表征工作的表面液态水检测技术的重要性。
2020-02-20 astro-ph.EP physics.ao-ph
Age Aspects of Habitability
恒星的宜居带被定义为一个轨道范围，在这个范围内，岩石行星的表面可以支持液态水。推动寻找宜居行星的最有趣的问题是它们是否有生命。但是行星的年龄对它的可居住性重要吗？如果我们将适居性定义为行星孕育生命的能力，那么可能不是。毕竟，地球上的生命在其形成后仅在大约8亿年内发展起来。然而，如果我们将可居住性定义为我们在系外行星表面探测生命的能力，那么年龄就成为一个关键参数。只有当生命进化到足够复杂的程度，足以在行星尺度上改变其环境时，我们才能通过其在大气中的印记--即生物特征--来远程探测到它。据我们所知，光合作用中的氧气是生命发达的最显著指标。但在宜居带的行星上，光合作用的开始可能需要比行星年龄长得多的时间。了解行星的年龄对于制定一项寻找携带复杂（发达）生命的系外行星的战略是必要的-许多已确认的潜在可居住行星太年轻（绕第一星族恒星运行），可能没有足够的时间发展和/或维持可探测到的生命。在过去的十年中，许多围绕古老的（9-13 Gyr）贫金属星族II恒星的行星被发现。这样的行星有足够的时间发展必要的化学反应链，如果位于宜居带，可能携带可探测到的生命。这些古老的行星应该是寻找地外生命的主要目标。
2016-03-23 astro-ph.EP
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. A sub-Neptunian mass planet in the habitable zone of HN Lib
本研究通过CARMENES视向速度巡天发现M型矮星HN Lib宜居带内的亚海王星质量行星HN Lib b，还探测到一颗可能为冰巨星的候选行星，扩充了M矮星宜居带类地行星名单。
2023-05-31 astro-ph.EP
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。
2020-03-26 astro-ph.EP
Modeling pN2 through Geological Time: Implications for Planetary Climates and Atmospheric Biosignatures
氮是地球上所有生命的主要营养素，并且很可能在地外生物圈中发挥类似的作用。地球表面氮的主要储存库是大气中的N2，但最近的研究提出，这个储存库的大小可能在地球历史的过程中波动很大，在新太古代的水平特别低-可能是生物活动的结果。我们使用了一个地球化学箱模型来测试哪些条件是造成大气N2压力大幅波动的必要条件。我们的模型的参数受到现代地球的观测和重建的生物质埋藏和氧化风化在深的时间。一个一维气候模式被用来模拟对大气气候的潜在影响。在第二组测试中，我们扰动了我们的盒子模型，以研究哪些参数对大气pN 2的演变影响最大，并考虑对其他行星上氮循环的可能影响。我们的研究结果表明，（a）在太古代，需要高速率的生物质埋藏，以将大气pN 2降低到不到现代水平的一半，（b）由此产生的对温度的影响可能已经通过增加太阳光度和pCO 2的温和增加得到补偿，以及（c）大气氧化可能通过氧化风化引发了逐步pN 2反弹。一般来说，生命似乎是类地行星上大气pN 2显著波动的必要条件。我们的研究结果进一步支持了这样一种观点，即富含N2和O2的系外行星大气是产氧生物圈的标志。
2016-12-08 astro-ph.EP
Co-evolution of atmospheres, life, and climate
在地球诞生之后，我们的主星太阳的亮度比今天低了20%到25%。如果没有类似温室的条件来温暖大气层，我们早期的星球将是一个冰球，生命可能永远不会进化。但生命确实进化了，这表明温室气体必须存在于早期地球上，以使地球变暖。来自地质记录的证据表明温室气体CO2的丰度。甲烷可能也存在，在这方面，产甲烷细菌，属于一个不同的厌氧原核生物群，将二氧化碳和氢气发酵成甲烷，可能有助于改变早期的大气。分子氧并不存在，正如对那个时代岩石的研究所表明的那样，它含有碳酸铁而不是氧化铁。多细胞生物起源于菌落中的细胞，这些细胞变得越来越专业化。光合作用的发展使得太阳的能量可以被生命形式直接获取。生成的氧气在大气中积累，在高层大气中形成臭氧层。在臭氧层吸收有害紫外线辐射的帮助下，生命在地球表面定居。我们自己的星球就是一个很好的例子，说明生命形式如何在行星的生命周期中改变大气层。我们表明，这些事实必须考虑到当我们发现和表征大气的类地系外行星。如果生命是在一颗行星上起源和进化的，那么应该可以预期，生命和大气之间发生了强烈的共同进化，其结果是行星的气候。
2010-05-20 astro-ph.EP
