Snowball Bistability Vanishes at Moderate Orbital Eccentricity
The University of Chicago（芝加哥大学）
研究发现，当轨道偏心率增加到0.2-0.3时，雪球双稳性消失，表明气候双稳性对行星参数的鲁棒性较低，与稀有地球假说更一致。
2025-12-25 astro-ph.EP
Habitable Climates: The Influence of Eccentricity
在宜居带的外围区域，过渡到全球冻结的“雪球”状态的风险对有能力容纳水基生命的行星的可居住性构成威胁。我们使用一个一维的能量平衡气候模式（EBM）来研究如何的湿度，自旋率，轨道偏心率，海洋覆盖可能会影响这样一个雪球状态的发生。对于系外行星，这些参数可能与地球观测到的值截然不同。因为，对于恒定的半长轴，年平均恒星辐照度与（1-e^2）^（-1/2）成比例，所以人们可以预期最大的可居住半长轴（对于固定的大气成分）与（1-e^2）^（-1/4）成比例。我们发现，这一标准的ANEQUALITY提供了一个合理的下限上的外边界的宜居带，但影响的行星偏心轨道的背景下，行星和海洋的分数可以是深刻的。对于偏心率为0.5的行星，我们的EBM表明，最大的可居住半长轴可以变化超过0.8 AU（78%！）这取决于复杂度，复杂度越高的世界通常在雪球过渡中越稳定。人们也可能会认为，在一个偏心行星的远地点，漫长的冬天会使它更容易受到全球冻结的影响。我们的模型表明，这对于类太阳恒星周围的类地行星来说并不是一个重大的风险，因为这些行星被覆盖至少10%表面的海洋提供的热惯性所缓冲。由于偏心轨道上的行星一年中的大部分时间都远离恒星，因此这些世界可能会成为像TPF-达尔文这样的任务直接观测的特别好的目标。然而，在高度偏心的地外行星上实现的极端温度变化提出了关于生命对边缘或短暂的可居住条件的适应性的问题。
2010-09-14 astro-ph.EP
Effect of Sea-ice Drift on the Onset of Snowball Climate on Rapidly Rotating Aqua-planets
先前的研究表明，海冰漂移有效地促进了全球冰覆盖的雪球气候的发生，对于古地球和低质量恒星周围的潮汐锁定行星。在这里，我们调查海冰漂移是否会影响恒星通量阈值的雪球气候发生在快速旋转的水行星周围的类太阳恒星。利用一个完全耦合的大气-陆地-海洋-海冰模式，考虑海冰漂移的影响，研究了无偏心率（e=0）的圆轨道和偏心率（e=0.2）的圆轨道。当海冰漂移被关闭时，当e=0和0.2时，雪球开始的恒星通量阈值分别为1250- 1275和1173- 1199 W·m^-2。这种差异主要是由于当行星在偏心轨道上接近近日点时，海冰和积雪边缘向极地退缩。当海冰漂移被打开时，相应的恒星通量阈值为1335- 1350和1250- 1276 W·m^-2。这意味着海冰漂移使雪球开始阈值在e=0和0.2时都增加了约80 W·m^-2，从而促进了雪球气候状态的形成。我们进一步表明，海洋动力学对雪球爆发阈值的影响很小，小于26 W·m^-2。这是因为随着海冰边缘接近赤道，海洋热传输变得越来越弱。这些结果意味着海冰动力学对靠近宜居带外缘的行星的气候很重要，但海洋热输送不太重要。
2020-07-22 astro-ph.EP
Decrease in hysteresis of planetary climate for planets with long solar days
在宜居带内快速旋转的类地行星上的冰反馈会导致温暖状态和雪球（冰覆盖）状态之间的突然转变（分叉），这些状态之间的双稳态，以及行星气候的滞后。这对行星的可居住性很重要，因为雪球事件可能会引发生命复杂性的上升，但也可能危及已经存在的复杂生命。最近的工作表明，行星潮汐锁定在同步旋转状态将平稳过渡到雪球状态，而不是经历分叉。在这里，我们调查的结构，雪球分叉的行星潮汐的影响，但不同步旋转，使他们经历长的太阳日。我们使用PlaSIM，一个中等复杂度的全球气候模式，热力学混合层海洋和太阳的光谱。我们发现，滞后量（在恒星通量的范围内，有气候的双稳态）是显着减少太阳日的长度为几十个地球日，和太阳日的数百个地球日消失。这些结果表明，潮汐影响的行星轨道M和K-恒星，不同步旋转可能有更少的滞后与雪球分叉比他们会，如果他们迅速旋转。这意味着它们通过CO $_2$脱气而逃离雪球状态所花费的时间量将大大减少，如果它们具有低的CO $_2$脱气速率，则在温暖状态和雪球状态之间循环的时间也将大大减少。
2018-01-31 astro-ph.EP
Interaction between vegetation and Snowball phases in the late Proterozoic Earth
INAF − Astronomical Observatory of Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；CNR – Institute of Geosciences and Earth Resources（意大利国家研究委员会地球科学与资源研究所）；Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；ICSC − National Research Center in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing（高性能计算、大数据与量子计算国家研究中心）；DIATI − Polytechnic University of Turin（都灵理工大学）；CNR − Institute of Atmospheric Science and Climate（意大利国家研究委员会大气科学与气候研究所）
研究探讨了不同太阳输出、大陆配置、CO2浓度和大陆反照率对雪球状态的影响，发现低太阳输出和植被的存在是触发雪球状态的关键因素。
2026-08-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
Circumstellar Habitable Zones to Ecodynamic Domains: A Preliminary Review and Suggested Future Directions
星周宜居带的概念在科学界已经存在了几十年。它很容易从舌头上滑落，而且很难更换。然而，最近，一些工作者提出了可能存在于经典的星周宜居带（HZ）之外的宜居天体类型。这些天体不仅包括在离母星相当远的轨道上运行的天体，还包括内部有地热维持的海洋的雪球世界，甚至是表面有地热维持的海洋的稠密大气层世界，它们是从不稳定的行星系弹射到星际空间的。如果可居住性不是HZ的独特和诊断性质，那么该术语的价值已经从根本上受到了损害。与此同时，很明显的是，在经典的HZ范围内，即使是太阳辐射水平相似的行星，也可能存在多种环境状态，这些环境状态在可居住性方面存在重要的差异。我们讨论的行星适居性的调查方法，重点是行星尺度的生态系统，这在这里被称为-生态圈。这是一个在生态学家中流行的用法，如Huggett（1999），而不是像Strueland（1953）和Dole（1964）这样的作者，他们使用它作为HZ的术语。这种方法强调生态动力学的观点，探讨共同构成生态系统的生物和非生物因素之间的动态相互作用。
2009-12-13 astro-ph.EP
The Snowball Stratosphere
根据雪球地球假说，地球在其过去的深处经历了低纬度冰川时期。先前的研究已经使用大气环流模型（GCM）来研究这种极端气候状态可能对地球对流层结构和动力学的影响，但平流层的行为尚未详细研究。了解雪球平流层对于准确了解这些事件期间地球的辐射和化学特性非常重要。在这里，我们进行的第一次分析的平流层环流的雪球地球使用ECHAM 6大气环流模式模拟。为了了解平流层环流的影响因素，我们扩展了统计转换欧拉平均框架。我们发现，在规定的现代臭氧水平的雪球平流层表现出较弱的纬向翻转环流，减少波活动，较强的纬向喷流，是非常寒冷的相对于现代条件。值得注意的是，雪球平流层没有显示出平流层突然变暖。如果没有臭氧，平流层的环流会稍微减弱，完全没有极涡，温度甚至会更低。我们还明确量化的第一次跨对流层顶的质量交换率和平流层混合效率在雪球和表明，我们的值不改变的约束CO $_2$推断地球化学代理在马里诺冰期（$\sim$ 635马），除非O $_2$浓度在雪球的数量级小于CO $_2$浓度。
2019-09-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Extreme Climate Variations from Milankovitch-like Eccentricity Oscillations in Extrasolar Planetary Systems
尽管我们的太阳系主要以圆形轨道为特征，但迄今为止发现的系外行星表明，这是例外而不是规则。这可能会对系外行星的气候产生至关重要的影响，既因为偏心的类地系外行星可能会有极端的季节变化，也因为偏心轨道上的巨行星可能会激发潜在的宜居类地行星的米兰科维奇式变化，在数千年到数百万年的时间尺度上。一个特别有趣的暗示是，地球被认为在过去的10亿年里至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态，当冰盖关闭碳酸盐-硅酸盐循环时，它可能在数百万年的温室气体积累后退出。富含水的太阳系外类地行星有能力承载生命，可能有陷入类似雪球状态的风险。在这里，我们表明，如果一个类地行星有一个巨大的同伴在一个足够偏心的轨道上，它可以经历米兰科维奇振荡的偏心率足够大的幅度融化的雪球状态。
2010-10-11 astro-ph.EP
Transition from eyeball to snowball driven by sea-ice drift on tidally locked terrestrial planets
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是未来潜在可居住系统的大气特征的主要目标，特别是附近的三个-Proxima b，TRAPPIST-1 e和LHS 1140 b。以前的研究表明，如果这些行星表面有海洋，它们将处于类似眼球的气候状态：在亚恒星点附近没有冰，其余区域被冰覆盖。然而，气候系统的一个重要组成部分--海冰动力学在以往的研究中没有得到很好的研究。一个基本的问题是：面对全球冰雪覆盖的雪球状态，开放的海洋是否稳定？在这里，我们表明，海冰漂流冷却海洋表面时，冰流动到温暖的亚恒星区域，并通过吸收海洋和覆盖空气的热量融化。结果，当大气中的温室气体并不比地球上丰富得多时，开阔的海洋就会缩小，甚至会消失，使地球变成一个雪球状态。这发生在同步旋转和自旋轨道共振（如3到2）。这些结果表明，海冰漂移强烈地减少了开放的海洋面积，并可能显着影响潮汐锁定行星的可居住性。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Generalized Milankovitch Cycles and Longterm Climatic Habitability
虽然地球的轨道从未远离圆形，但其他恒星周围的类地行星可能会经历离心率的重大变化，这可能导致气候变化，包括可能的“相变“，如雪球转变（或相反）。有证据表明，在过去的十亿年里，地球至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态，人们认为这是在几百万年后退出的，因为全球冰盖关闭了碳酸盐-硅酸盐循环，从而允许温室气体积累到足够的浓度来融化冰。由于冰雪的高覆盖度引起的正反馈，容易陷入雪球状态可能是富含水的行星的一个普遍特征，具有承载生命的能力。本文有两个主要的主旨。首先，我们重新审视一维能量平衡气候模型作为探测系外行星可能的气候的工具，研究这种模型的尺度，并引入一个简单的算法来处理全球冻结行星上冰层的融化。我们表明，如果一个类地行星经历了米兰科维奇一样的振荡偏心率是足够大的幅度，它可以融化的雪球状态。其次，我们研究了由于巨大伴星的引力影响，类地行星可能经历的偏心率变化的类型。我们表明，一个巨大的行星在一个足够偏心的轨道上可以激发极端的偏心率振荡的轨道上的可居住的类地行星。更一般地说，这两个结果表明，一个类地行星的长期可居住性（和天文观测值）可以取决于它所居住的行星系的详细结构。
2010-06-07 astro-ph.EP
Runaway climate cooling of ocean planets in the habitable zone: a consequence of seafloor weathering enhanced by melting of high-pressure ice
在宜居带中被厚厚的海洋覆盖的类地行星（被称为海洋行星）在大多数情况下被推断为具有极热的气候。这是因为海底的${\rm H_2O}$高压（HP）冰阻止了化学风化，从而阻止了大气CO $_2$的去除。然而，以前的研究忽略了高压冰的融化和来自大洋地壳的热通量的水平变化。在这里，我们研究是否高的热通量附近的洋中脊融化的高压冰，从而消除大气${\rm CO_2}$。我们开发了一个地球大小的海洋行星与板块构造不同的海洋质量，其中包括高压冰融化，海底风化和碳酸盐-硅酸盐地球化学碳循环的影响的综合气候模型。我们发现洋中脊附近的热通量高到足以融化冰，使海底风化。与以前的理论预测相反，我们表明，具有巨大海洋的类地行星的气候陷入极冷的（或雪球状态）与CO $_2$ -贫大气。这种极端寒冷的气候主要是因为高压冰融化将海底温度固定在融化温度，从而保持高风化通量，而不管地面温度如何。我们估计，海洋行星的海洋质量是地球海洋质量的几十倍，不再保持温和的气候。这些结果表明，即使在太阳系以外的宜居带中也存在气候极冷的类地行星，因为行星形成理论预测的富含水的行星频率很高。
2019-07-12 astro-ph.EP
Assessing the Habitability of the TRAPPIST-1 System Using a 3D Climate Model
TRAPPIST-1系统为研究多个太阳系外类地行星及其大气层提供了一个非凡的机会。在这里，我们使用国家大气研究中心社区大气模型版本4来研究TRAPPIST-1系统中行星的可能气候和可居住性。我们假设海洋覆盖的世界，大气层由N2，CO2和H2O组成，并根据观测定义了轨道和地球物理特性。模型结果表明，内三颗行星（b、c和d）目前位于传统液态水宜居带的内缘。因此，如果水曾经存在于内行星上，它们将经历一个失控的温室效应，并将水流失到太空中，使它们今天干燥。相反，外三颗行星（f、g和h）落在宜居带的最大二氧化碳温室外缘之外。模型结果表明，尽管有高达30 bar的CO2大气，外行星也不会变暖，而是进入雪球状态。中间的行星（e）代表了TRAPPIST-1系统中目前可居住的海洋覆盖世界的最佳机会。行星e可以维持至少一些可居住的表面区域，0 - 2巴的CO2，这取决于背景N2含量。对于一个被海洋覆盖的行星e来说，在1 bar的N2和0.4 bar的CO2或1.3 bar的纯CO2大气中，可以保持接近今天的地球地面温度。
2018-03-31 astro-ph.EP
Spectrum-driven Planetary Deglaciation Due to Increases in Stellar Luminosity
遥远的行星在全球范围内被冰覆盖，“滚雪球”，状态可能取决于其宿主恒星亮度的增加，以成为表面生命的友好。利用大气环流模式（GCM），我们模拟了一颗行星对一系列F-、G-或M-矮星星群的平衡气候响应。允许完全冰盖和至少部分无冰气候状态的星座范围是衡量行星可能表现出的气候滞后的指标。一个有着高气候滞后的冰雪覆盖的行星，随着星座的增加，对表面冰层覆盖的初始损失和一旦冰川消退开始的突然、极端的冰层损失会表现出更高的抵抗力。我们的模拟表明，气候滞后敏感地依赖于宿主星的光谱能量分布。在固定的CO2条件下，一颗环绕M矮星的行星表现出较小的气候滞后，需要一个较小的星座来启动比行星更热，更亮的恒星。这是由于M-矮行星表面的冰和大气中的温室气体和云对近红外辐射的吸收更高。大气中二氧化碳的增加进一步降低了气候滞后，因为M-矮雪球行星比G-矮雪球行星表现出更大的辐射响应。对于较小的滞后，靠近宜居带外缘的行星将在其进化历史中较早解冻，并且将经历较不突然的全球冰盖转变。
2014-03-14 astro-ph.EP
Effects of eccentricity on climates and habitability of terrestrial exoplanets around M dwarfs
偏心率是一个重要的轨道参数。了解它对行星气候和可居住性的影响对于我们在太阳系之外寻找可居住的世界至关重要。M-矮行星的轨道构型总是被潮汐锁定在共振态，这与类太阳恒星的轨道构型有很大的不同。M矮行星需要单独研究。在这里，我们使用一个全面的三维大气环流模式，系统地研究偏心率如何影响M-矮系外行星的气候和可居住性。模拟结果表明：（1）即使在e = 0.4时，这类行星的季节气候循环也很弱。水行星在其轨道运行期间不太可能脱离宜居带。(2)年全球平均地面温度随偏心率的增加而显著增加，这是由于云的偏心率减小所致。失控温室内边缘和潮湿温室内边缘都向外移动。(3)偏心轨道上的行星可以被捕获到其他自旋轨道共振态，从而形成不同的气候模式，即眼球模式和条纹球模式，其中条纹球模式由于行星轨道的减小而具有明显的高地面温度。在外缘附近，p = 1.0和2.0的行星更能抵抗雪球状态，这是因为恒星通量更集中。因此，具有整数自旋轨道共振数的行星比具有半整数自旋轨道共振态的行星具有更宽的宜居带。最重要的是，与圆形轨道相比，离心率缩小了宜居带的宽度。
2017-10-03 astro-ph.EP
Assessing the Climate and Habitability of Tidally Locked Rocky Exoplanets
INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；CNR – Istituto di Geoscienze e Georisorse（国家研究委员会地球科学与地质资源研究所）；Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Centro di Ricerca Nazionale in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing (ICSC)（高性能计算、大数据和量子计算国家研究中心）；Politecnico di Torino – DIATI（都灵理工大学）；CNR – Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima（国家研究委员会大气与气候科学研究所）；CSIC-INTA – Centro de Astrobiología（西班牙国家科学研究委员会-国家航空航天技术研究所天体生物学中心）；Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”（罗马第二大学）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）
本研究通过修改气候模型PLASIM，对潮汐锁定岩石系外行星的气候进行分类分析，揭示三种气候类型，发现眼球行星气候在宽压力范围内稳定，为未来宜居系外行星观测提供指导。
2026-08-27 astro-ph.EP
Milankovitch Cycles for a Circumstellar Earth-analog within $α$ Centauri-like Binaries
在$α$ Centauri B的宜居带内运行的地球模拟轨道显示出其倾斜度或轴向倾斜度的巨大变化，这通过改变给定纬度的辐射通量来影响行星气候。我们研究了潜在的影响，通过米兰科维奇循环使用的能量平衡模式与冰盖的这些湿度变化的气候。与以前的研究类似，自旋轨道共振引起的最大幅度的磁共振变化在宜居带内引起雪球状态，而适度的变化可以允许持久的冰帽或冰带。全球冰分布的特定结果可能取决于行星轨道、行星度、自旋岁差、双星轨道以及哪颗恒星类似于地球轨道。相对于双星轨道倾斜的地球类似物可以周期性地通过几个全球冰分布状态过渡，并在冰盖和冰带重叠时冒着冰川失控的风险。在确定恒星双星中行星的潜在可居住性时，由于轨道和自旋动力学，必须更加小心。
2021-11-20 astro-ph.EP
Constraints on Climate and Habitability for Earth-like Exoplanets Determined from a General Circulation Model
可居住性的传统定义要求丰富的液态地表水在地质时间尺度上持续存在。水在其每一个热力学阶段都与太阳辐射和热辐射相互作用，是强烈的气候反馈的原因。因此，对宜居带的评估要求模型包括对地质时期水文循环的完整处理。在这里，我们使用社区大气模型从国家大气研究中心研究气候的演变，为类地行星在恒定的二氧化碳，在广泛的恒星通量从F-，G-和K-矮星主序星。在每颗恒星周围，我们发现四种稳定的气候状态，它们由相互排斥的全球平均地面温度（Ts）定义：雪球（Ts < 235 K），水带（235 K < Ts < 250 K），温带（275 K < Ts < 315 K）和潮湿温室（Ts > 330 K）。每一个都被突然的气候转变所分隔。热带、温带和凉爽潮湿的温室气候可以分别维持开放的海洋，防止海冰融化和氢逃逸过程，从而构成可居住的世界。我们认为最温暖的可能的可居住的行星具有Ts ~ 355 K，在这一点上，扩散有限的水损失可以在~1 Gyr内消除地球海洋。在类似地球的温度和压力下，如CO2，如果没有长时间尺度的非冷凝温室物种的调节，由于主序星增亮，F-，G-和K-矮星周围的可居住性可以分别维持在~2.2，~2.4和~4.7 Gyr的上限。
2017-02-10 astro-ph.EP
Enhanced Habitability on High Obliquity Bodies near the Outer Edge of the Habitable Zone of Sun-like Stars
高密度行星代表了陆地气候的潜在极端极限，因为它们表现出很大的季节性，恒星加热的年平均两极到赤道梯度相反，以及新颖的冰冻圈。使用类似地球的大气层，对具有不同恒星通量、二氧化碳浓度和初始条件的低和高倾角行星进行了一套具有动态海洋的三维全球气候模型模拟，以探索接近外边缘的高倾角气候的倾向。宜居带经历全球冰川作用。我们还模拟了具有厚厚的CO2或H2大气层的行星，例如那些预计将在宜居带外缘附近或之外发展的行星。我们表明，高沸点行星比低沸点行星更热，这是由于寒冷气候下的冰-水蒸气反馈，以及温暖气候下的水蒸气。我们认为，水蒸气温室捕获是由于不同的动力学制度，发生在两个国家之间的高结晶度机构更大。虽然赤道冰带在某些气候状态下在高湿度下是稳定的，但实现全球冰川化比低湿度行星更难。温和的极地条件可以出现在高行星度的强迫下，而低行星度的行星将处于硬雪球状态。我们认为，高密度行星的条件可能更有利于一个强大的生物圈发展接近HZ的外缘。然而，稠密大气中的湍流度的影响减小，与1-D能量平衡模型的计算结果一致。
2019-05-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
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
Exo-Milankovitch Cycles II: Climates of G-dwarf Planets in Dynamically Hot Systems
使用一个能量平衡模型与冰盖，我们研究的气候响应的类地行星绕一个G矮星，并经历大的轨道和湿度变化。我们发现，冰盖强烈耦合到轨道强迫，导致极端的冰河时代。与以前的研究相比，我们发现，这种外米兰科维奇循环往往会损害可居住性诱导的宜居带内的雪球状态。大幅度的变化，在结晶度和偏心率的冰缘，冰盖的最低纬度范围，变得不稳定，并增长到赤道。我们应用冰边缘纬度的分析理论表明，不稳定性是主要的驱动程序。冰盖的热惯性和G矮星的光谱能量分布增加了模型触发失控冰川的敏感性。最后，我们应用机器学习算法来演示如何使用这种技术来扩展气候模型的功能。这项工作说明了轨道演化的重要性，在动态丰富的行星系的可居住性。我们强调，由于在G矮星周围发现了潜在的宜居行星，我们需要考虑轨道动力学。
2018-05-01 astro-ph.EP
The inhabitance paradox: how habitability and inhabitancy are inseparable
在给类地行星分配“适居性”时，最主要的范例是定义一个星周宜居带：即行星轨道半径的轨迹，在这个轨迹上，我们所知道的生命既不太热也不太冷。一维气候模型已经在理论上确定了这个区域令人印象深刻的边界：内边缘（金星）的失控温室或水分流失，以及低纬度冰川作用，随后在外边缘形成二氧化碳云。现在存在一个家庭手工业，每年将这些边界的定义“细化”到一个AU的小数点后第三位。使用同一类气候模式，我表明，不同的气候状态可以重叠很大程度上和“雪球地球“，潮湿的温带气候，炎热潮湿的气候和失控后干燥的气候都可以在相同的太阳通量下是稳定的。温带气候带的径向范围对于纯水大气来说非常窄，但对于二氮和二氧化碳来说可以加宽。因此，宜居带的宽度取决于大气中这些气体的总量。然而，地球告诉我们，这些丰度受到生物学的严重影响（甚至可能是控制）。这是自相矛盾的：宜居带试图界定一颗行星应该能够孕育生命的区域;然而，该行星是否有人居住将决定其气候是否可能在距恒星任何给定距离处宜居。这很重要，因为未来的生命探测任务可能会在任务设计中使用宜居带边界。
2016-03-03 astro-ph.EP physics.ao-ph
EOS-ESTM: A flexible climate model for habitable exoplanets
气候温和的岩石行星为发现太阳系外的宜居世界和生命提供了最好的机会。在过去的几十年里，新的仪器设备和大型观测活动一直受到对可居住世界的追求的推动。旨在研究岩石行星可居住性的气候模型是这些技术和观测努力的重要工具。在这种情况下，我们提出了EOS-ESTM，一个快速而灵活的模式，旨在探索多种气候因素对可居住性的影响，包括那些不受观测约束的因素。EOS-ESTM建立在ESTM的基础上，ESTM是一个季节-纬度能量平衡模式，其特点是对纬向和垂直输送进行了先进的处理。EOS-ESTM的新特点包括：（1）模拟海洋、陆地、冰和云作为温度和恒星天顶距函数的气候影响的参数化;（2）计算由太阳和非太阳型恒星照明的陆地和非陆地成分大气中的辐射转移的程序（EOS）。通过喂EOS-ESTM与地球的恒星，轨道和行星参数，我们得到一个参考模型，满足了大量的地球气候系统的观测约束。非陆地条件的验证试验产生的预测结果与用一系列气候模式获得的可比结果一致。EOS-ESTM在最大温室条件下的行星大气中的应用表明，对于各种行星参数，跟踪HZ外缘的雪球过渡是可能的，为HZ的多参数研究铺平了道路。
2022-06-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Limit cycles can reduce the width of the habitable zone
液态水宜居带（HZ）描述了类地行星通过碳酸盐-硅酸盐循环的调节而保持在冰点以上的轨道距离。最近的计算表明，位于宜居带外围的行星无法维持稳定温暖的气候，而是应该在长期的全球冰川状态和较短的气候温暖期之间振荡。这样的条件，类似于地球上经历的“雪球地球”事件，将不利于复杂陆地生命的发展，包括智能生命。在这里，我们建立在以前的研究与更新的能量平衡气候模型来计算这种“极限循环”区域的宜居带，这样的循环会发生。我们认为，一个非生物地球将有一个更大的CO $_2$分压比今天，因为植物和其他生物群有助于提高存储的CO $_2$在土壤中。当我们相应地调整我们的非生物模型时，我们发现极限环可以发生，但以前的计算高估了它们的重要性。对于像太阳这样的G星，极限环只发生在CO $_2$释气率小于现代地球的行星上。对于K星和M星行星，极限环不应该发生;然而，M星行星可能因为其他原因不适合生命。围绕晚期G型和早期K型恒星运行的行星保持了最大的潜力，以保持温暖，稳定的条件。我们的研究结果表明，宿主恒星类型，行星火山活动和海底风化都是决定行星是否倾向于限制循环的重要因素。
2016-05-23 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
Habitability and Water Loss Limits on Eccentric Planets Orbiting Main Sequence Stars
一颗行星的气候会受到其轨道偏心率和轨道密度的强烈影响。在这里，我们使用一个1维能量平衡模型修改，包括一个简单的失控温室（RGH）参数化，探索这两个参数对类地水行星的气候的影响-完全海洋覆盖的行星-轨道F-，G-，K-和M-矮星。我们发现，行星在整个轨道上表现出可居住的表面条件的星座范围随着偏心率的增加而减少。然而，在一个轨道上出现暂时的宜居条件会产生一个偏心的宜居带（EHZ），它对轨道偏心率、行星纬度和主星的光谱型很敏感。我们发现，一个行星的轨道，它表现出可居住的表面条件的分数是较大的偏心行星绕M-矮星，由于较低的宽带行星的这些行星。具有较大能量密度的行星具有较小的EHZ，但如果它们在轨道上不进入雪球状态，则会表现出较温暖的气候。我们还发现，在所有偏心率的行星上，都没有瞬时失控的温室状态。相反，行星的整个轨道要么在RGH中，要么不在。对于接收100%现代太阳常数且偏心率高于0.55的G-矮行星，整个地球海洋库存可能在3.6 Gyr内丢失。M-矮行星，由于其较大的入射XUV通量，可以在6.9亿年内变得干燥，离心率超过0.38。这项工作对偏心行星具有重要意义，这些行星在围绕其宿主恒星运行时，尽管在技术上偏离了传统的宜居带，但仍可能表现出表面的可居住性。
2020-01-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Climates of Gl 514 b
University of Washington（华盛顿大学）；NASA Virtual Planetary Laboratory（美国国家航空航天局虚拟行星实验室）；University of Victoria（维多利亚大学）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所都天文台）
本研究针对距地球7.62秒差距的葛利斯514 b，利用能量平衡模型模拟其气候，限定了该行星表面宜居的相关条件，为其及类似行星的直接成像观测提供指导。
2026-08-14 astro-ph.EP
Remarkable migration of the solar system from the innermost Galactic disk; a wander, a wobble, and a climate catastrophe on the Earth
银河系动力学的最新知识表明，当恒星遇到在盘形成过程中自然产生的瞬时螺旋臂时，它们会在盘上径向移动。我们认为，太阳系的大运动从最里面的磁盘在其一生中推断，从太阳的组成与太阳的双胞胎在银河系的化学演化框架内的比较。在太阳的诞生地和形成时间暗示的金属丰富的环境是支持测量的硅同位素比在前太阳碳化硅颗粒。我们对类银河系中的盘状恒星的动力学演化进行了数值模拟，以确定太阳系的寿命轨迹。我们发现，一个太阳系出生在银河系的膨胀附近可以旅行到目前的轨迹的径向迁移的影响所引起的几个主要遇到的螺旋臂。我们发现的常见特征是，由于恒星进出旋臂的摆动，恒星在同一旋臂内重复通过。我们预测，这些事件在地球的地质历史中被证明是雪球地球，它们的发生时间在我们的预测之内。特别是，在通过旋臂的过程中，恒星的垂直振荡运动偶尔会导致分裂成两个离散的通过事件，间隔为几十亿年，这意味着两个相关的雪球地球事件发生在快速连续（约7.2和6.5亿年前）。
2020-10-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Carbon cycle instability for high-$\mathrm{CO_2}$ exoplanets: Implications for habitability
本研究利用GCM模拟发现，高CO₂、低辐照系外行星上的水文循环和硅酸盐风化随升温而减弱，可造成碳循环失稳，从而削弱经典宜居带外缘的宜居性。
2024-05-08 astro-ph.EP
Atmospheric dynamics of terrestrial exoplanets over a wide range of orbital and atmospheric parameters
最近发现的类地系外行星和超级地球的轨道和物理参数范围很广，这表明这些行星将跨越各种气候状态。对温暖的超级地球大气层的表征已经开始，并将在未来十年内扩展到更小和更遥远的行星。这些世界的可居住性可能会受到其三维大气环流制度的强烈影响，因为控制宜居带内外边缘的全球气候反馈，包括向雪球状状态的过渡和失控温室反馈，取决于赤道到极点的温差，相对湿度的模式以及动力学的其他方面。在这里，我们使用一个理想化的湿大气环流模式，包括水文循环，研究的动力学原理，这些行星上的大气动力学。我们展示了行星自转速率、恒星通量、大气质量、表面重力、光学厚度和行星半径是如何影响这些行星上的大气环流和温度分布的。我们的模拟表明，赤道到极点的温度差异，纬向热传输率，风的结构和强度，以及水文循环与这些参数的强烈变化，这意味着地球对全球气候反馈的敏感性将显着依赖于大气环流。我们阐明了可能的气候制度和诊断的机制控制大气急流的形成，哈德利和费雷尔细胞，和纬度的温度差异。最后，我们讨论了理解大气环流如何影响全球气候的影响。
2015-05-14 astro-ph.EP
Sporadic Spin-Orbit Variations in Compact Multi-planet Systems and their Influence on Exoplanet Climate
本研究首次将N-刚体引力模拟的自旋演化结果纳入三维气候建模，发现紧凑多行星系统中受平均运动共振扰动的宜居带外缘行星易陷入全球冰川化甚至永久雪球状态。
2023-02-22 astro-ph.EP
Impact of vegetation albedo on the habitability of Earth-like exoplanets
本文通过更新 ESTM 模型引入草地与树木的动态竞争，研究植被反照率反馈对类地行星温度与宜居性的影响，发现植被能扩展宜居带外边缘并显著提升行星宜居性。
2024-09-03 astro-ph.EP
The Role of Tectonic Luck in Long-Term Habitability of Abiotic Earth-like Planets
本研究构建准二维模型探究非生物类地行星的长期气候稳定性，发现大陆碰撞抬升无法单独提供足够可风化矿物以维持宜居气候，需结合尘埃输送、冰川侵蚀等其他补给机制才能保障行星长期宜居。
2025-07-30 astro-ph.EP
Habitability and Multistability in Earth-like Planets
我们探讨了宜居带周围行星气候的潜在多稳定性。我们关注的条件让人想起那些地球系统，但我们的调查旨在提出一个一般的方法来处理系外行星。我们提供了一个彻底的分析气候系统的非平衡物理性质，并探讨，使用一个灵活的气候模型，这些属性如何依赖于母星的能量输入，红外大气不透明度，和旋转速率。这是可能的，重现多稳定性的性质，让人想起古气候相关的雪球（SB）温暖（W）的条件。然后，我们研究的W和SB状态的热力学，澄清水文循环的作用，在塑造的不可逆性和效率的W状态，并强调极端多样性的SB状态，在干燥的条件下实现。热力学为研究系统的临界点提供了线索，并引导我们构建参数化，其中主要的热力学性质仅表示为行星排放温度的函数。这样的功能是相当强大的相对于改变的旋转速率的行星从目前的地球的1到它的一半。然后，我们探讨了缓慢旋转和相位锁定的行星的动力学范围。存在一个临界转速，低于该转速时，多稳定性将丧失。这样的临界转速大致对应于锁相2：1条件。因此，如果一颗类地行星与母恒星的相位是1：1，那么只有一种气候状态与给定的天文学和天体物理学参数相一致。这些结果与行星环流的一般理论和适居性的充分必要条件的定义有关。
2013-03-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
