Planetary atmospheres Through Time: Effects of Mass Loss and Thermal Evolution
本文研究行星大气质量损失如何受热流体动力学逃逸与非热动力学效应共同驱动，揭示质量损失率对行星和恒星参数的复杂依赖，从而解释行星大气演化路径的多样性。
2024-02-21 astro-ph.EP
Study of atmospheres in the solar system, from stellar occultation or planetary transit
该研究从基本原理推导行星大气中光线传播的方程，利用恒星掩星和行星凌星现象中的折射效应，来推导大气密度、压力、温度廓线及重力波和纬向风等关键参数。
2022-12-29 astro-ph.EP
The Stellar Activity of TRAPPIST-1 and Consequences for the Planetary Atmospheres
由M型矮星所承载的行星的特征，比起那些围绕较大恒星的行星，更容易被凌日光度法和径向速度法侦测到。最近，凌日测光被用来发现7颗行星围绕晚M矮星TRAPPIST-1运行。TRAPPIST-1的三颗行星落在宜居带，在适当的行星条件下，行星表面可能存在液态水。我们的目标是通过研究恒星的活动及其对行星的影响来研究TRAPPIST-1行星的可居住性。我们分析了先前发表的空间和地面光变曲线，并显示了TRAPPIST-1的光度测定旋转周期似乎随着时间的推移而变化，这是由于复杂的，不断变化的表面活动。TRAPPIST-1表面的剧烈变化表明，光度测定的自转周期对于这颗恒星和类似的活跃恒星来说可能不可靠。虽然恒星的活动很低，但我们使用“宇宙海岸线”的前提来提供证据，证明TRAPPIST-1环境可能导致极紫外恒星辐射侵蚀可能的行星大气。
2017-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Computing planetary atmospheres with algorithms derived from action thermodynamics and a novel version of the virial theorem for gravitating polyatomic molecules
本文对等温行星大气的拉普拉斯气压公式提出了一个客观的修正。根据克劳修斯维里定理（将均方根动能等同于重力势能的一半），由于热力学热流和重力的相互作用，要求行星大气具有随高度降低的温度。维里作用假说预测了温度的非绝热递减率，从而为计算大气熵、自由能、分子密度和压力随高度的变化提供了一种实用的方法。值得注意的是，新的公式推导出的大气剖面的物理性质非常类似于地球，金星和火星上观察到的预测。这些新公式为计算大气动力学形态提供了客观依据。气候科学家可能会考虑这个解释性假设的自我组织的行星大气，其可能的相关性预测全球地面温度。
2015-04-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
Limb Darkening and Planetary Transits: Testing Center-to-limb Intensity Variations and Limb-Darkening Directly from Model Stellar Atmospheres
由MOST、\emph{Kepler}和各种地面测量所采用的凌日方法使太阳系外行星的特征描述达到了前所未有的精确度。这些结果足够精确，可以开始测量行星大气成分、行星扁率、恒星黑子和其他百万分之几百的现象。然而，这些结果取决于我们对恒星临边变暗的理解，也就是说，当行星过境时，恒星盘上的强度分布被顺序阻挡。通常情况下，恒星的边缘暗化被假定为一个简单的参数化与两个系数，来自恒星大气模型或直接拟合。在这项工作中，我们重新审视这一假设和计算合成行星过境光变曲线直接从模型恒星大气中心到边缘强度变化（CLIV）使用平面平行\textsc{Atlas}和球对称\textsc{SAtlas}代码。我们将这些光变曲线与使用最佳拟合的边缘变暗参数化构建的光变曲线进行比较。我们发现，采用参数恒星边缘变暗的法律导致系统的差异，从几何更现实的模型恒星大气CLIV约50 - 100 ppm的过境中心和高达300 ppm的入口/出口。虽然这些误差很小，但它们是系统性的，似乎限制了测量次级效应所需的精度。我们的研究结果也可能有显着的影响过境光谱。
2017-07-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Jets and Superrotation in Deep and Shallow Planetary Atmospheres
University of Exeter（埃克塞特大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；ETH, Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文探讨了深层与浅层行星大气中急流和超旋转的形成机制，包括对流、β效应、位涡均质化、波-平均流相互作用和系外行星的潮汐锁定。
2026-05-30 astro-ph.EP
Planetary Core Formation with Collisional Fragmentation and Atmosphere to Form Gas Giant Planets
巨大的行星核心（$\sim 10$地球质量）引发快速的气体吸积，形成气体巨行星\rev{such as}木星和土星。我们调查的核心增长和核心的可能性，以达到这样一个关键的核心质量。在后期阶段，行星核心通过与小行星的碰撞而成长。微行星与行星核心的引力相互作用导致微行星的碰撞碎裂，减少了周围微行星的数量，从而减少了最终的核心质量。从小的微行星开始，碎片迅速移动，形成质量较小的核心。然而，行星核心在气体快速吸积之前获得了扩大其碰撞截面的大气。一旦行星核心超过火星质量，大气层就会显著加速核心的生长。我们表明，考虑到碎片和大气的影响，最初大的星子使足够大的核心形成。另一方面，由于大型星子的核心生长缓慢，因此需要一个巨大的磁盘才能使核心在磁盘寿命内充分增长。如果初始星子大小为100\，km的圆盘质量是最小质量太阳星云的10倍，那么在类木行星区域（$>5\,$ AU），行星核心的质量可以超过10个地球质量。
2011-06-10 astro-ph.EP
Two regimes of interaction of a Hot Jupiter's escaping atmosphere with the stellar wind and generation of energized atomic hydrogen corona
利用二维轴对称多流体动力学模型，模拟了HD 209458b的逃逸大气层与其宿主G型星的星风在不同轨道距离上的相互作用.一个现实的太阳一样的光谱的XUV辐射电离和加热的行星大气，氢光化学，以及恒星行星潮汐相互作用被考虑到产生自洽的大气流体动力外流。两个不同的制度的行星和恒星风的相互作用已经建模。这些是：1）“被恒星捕获”状态，当潮汐力和压力梯度驱使行星物质越过洛希瓣朝向恒星时，和2）“被风吹”状态，当足够强的恒星风限制逃逸的行星大气并将其引导到尾部时。该模型详细模拟了行星原子、质子和恒星风之间的流体动力学相互作用，以及行星原子和恒星质子之间的电荷交换导致的行星周围高能中性原子（ENA）的产生。ENA云的位置和形状无论是作为电离层顶和弓形激波之间的抛物面壳（对于“风吹”状态），还是作为行星流和恒星风之间接触边界处的湍流层（对于“恒星捕获”状态），对于解释系外行星凌日谱中Lyα吸收特征和表征等离子体环境都是重要的。
2017-01-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Simple Model for Radiative and Convective Fluxes in Planetary Atmospheres
行星大气的一维（垂直）模型通常平衡净太阳能和内能通量与净热辐射和对流热通量，以确定平衡的热结构。因此，短波和长波辐射传输的简单模型可以提供对行星大气内运行的关键过程的深入了解。在这里，我们开发了一个简单的，解析表达式的下降热通量和净热辐射通量在行星对流层。我们假设大气在热波长下是非散射的，并且在这些相同的波长下不透明度是灰色的。此外，我们采用了一个大气热结构，遵循修改后的干反射以及物理动机的灰热光学深度和大气压力之间的幂律关系。为了验证我们的分析处理的准确性，我们将我们的模型与应用于金星，地球和无云木星的更复杂的全物理工具进行比较，从而探索大气条件的多样性。接下来，我们试图更好地理解我们的分析模型，探索如何热辐射通量廓线响应的关键物理参数的变化，如总的灰色热光学厚度的大气。使用能量平衡参数，我们推导出对流通量剖面的所有太阳系世界厚大气层的对流层，并提出了一个缩放，使这些配置文件的相互比较。最后，我们使用我们的分析处理讨论其他简单的模式的有效性对流通量在行星大气。我们的新表达式建立在行星大气中数十年的分析建模练习的基础上，并进一步证明了比较行星学研究中简单通用工具的实用性。
2018-08-01 astro-ph.EP
The Diffusion Limit of Photoevaporation in Primordial Planetary Atmospheres
本研究针对原始行星大气中X射线与紫外光引发的光蒸发过程，探究其扩散极限，发现大气顶部低碰撞频率下的成分分馏效应更强，还推导了扩散限制质量损失率与交叉质量的新解析表达式。
2024-02-10 astro-ph.EP
Formation of planetary atmospheres: Analytical estimation of vapor production via planetary impacts
本文通过iSALE模拟和解析推导，建立了基于热项简化状态方程的冲击内能与压力场解析模型，并将其应用于行星撞击汽化过程，为地球大小行星的大气再形成提供了有效估算。
2024-06-29 astro-ph.EP
On the possibility of detecting extrasolar planets' atmospheres with the Rossiter-McLaughlin-effect
探测太阳系外行星的大气层需要非常苛刻的观测。对于那些不能在空间上与其宿主恒星分离的行星，即绝大多数行星，凌日行星是唯一允许探测其大气层的行星。这可能来自于透射光谱学或二次日食期间的测量。另一种方法是测量罗西特-麦克劳克林效应，它对行星半径的大小很敏感。由于强行星吸收线的贡献，半径是波长依赖的，这开辟了一条道路，探测行星大气也与地面高分辨率光谱。我们的数值模拟的主要目标是提供一个可靠的估计的幅度的波长相关的RM效应。我们的数值模拟提供了相位分辨合成光谱模拟部分日食恒星表面在过境的细节。使用这些光谱，我们可以得到RM曲线的不同波长区域和波长依赖的行星半径。可以比较行星大气内吸收线贡献高和低的区域的曲线。从这些差异的影响，可观察到的数量。我们将我们的模拟应用于HD209458。我们的数值模拟表明，详细处理的合成光谱的临边暗化是重要的精确分析。与参数化的临边暗化规律相比，出现6米/秒的系统误差。行星大气对NaD偶线的波长依赖性在RM曲线中产生了一个微分效应，对于自转速度为4.5 km/sec的恒星，该微分效应为1.5 m/sec，当自转速度为2倍时，该微分效应增加到4 m/sec。
2009-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Unified simulations of planetary formation and atmospheric evolution II: Rapid disk clearing by photoevaporation yields low-mass super-Earth atmospheres
超级地球拥有低质量的H $_2$ /He大气（通常小于10%质量）。然而，超级地球大气层的起源尚未确定。我们研究了在超级地球及其大气形成过程中，光蒸发快速清除盘的作用。我们进行统一的模拟超级地球的形成和大气演变的不断发展的磁盘，考虑光蒸发风和磁驱动的磁盘风。对于行星核的生长模式，我们考虑了两种情况下，行星胚胎生长的卵石吸积和没有。我们的主要发现总结如下。(i)大气吸积的时间跨度缩短了快速磁盘耗散由于光蒸发，这阻止了超级地球的核心吸积大量的大气。(ii)即使在没有卵石吸积的情况下，行星核通过胚胎吸积快速增长，失控气体吸积的开始也会延迟，因为胚胎吸积的隔离质量很小。与快速的磁盘清理一起，可以避免大质量大气的吸积。(iii)在快速的磁盘清理之后，一些高偏心率的胚胎可以留在外轨道上。此后，这些胚胎可能会与超级地球相撞，导致吸积大气的有效撞击侵蚀。因此，我们发现具有低质量H $_2$ /He大气的超级地球是由考虑现实磁盘演化的N体模拟自然产生的。
2020-07-27 astro-ph.EP
A grid of polarization models for Rayleigh scattering planetary atmospheres
我们研究了来自行星大气的反射光的强度和偏振。我们提出了一个大网格的蒙特卡罗模拟行星的瑞利散射大气。我们讨论了磁盘集成偏振的相位角典型的太阳系外行星观测和观测到的临边偏振效应附近的反对太阳系物体。研究的主要参数是单次散射的散射层，光学厚度的散射层，和均匀的瑞利散射大气下的朗伯表面的散射层。我们还研究了各向同性散射和前向散射气溶胶粒子的大气，以及具有两个散射层的模型。模型网格提供了一种工具，用于从对太阳系行星和太阳系外行星的行星大气的偏振测量中提取定量结果，特别是关于最高大气层中粒子的散射特性和分层的结果。太阳系行星的分光偏振测量提供了光谱学的补充信息，偏振通量颜色可用于系外行星大气的首次表征。根据临边偏振测量，可以在大相位角处设置对偏振的约束。
2009-09-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Alkali metals in white dwarf atmospheres as tracers of ancient planetary crusts
白矮星吸积了潮汐破坏的小行星的碎片，这为测量系外行星的积木或碎片的整体组成提供了机会。这项技术已经建立了一个组成的多样性，可以与在太阳系中观察到的相媲美，这表明岩石行星的形成是一个通用的过程。虽然行星碎片中亲石和亲铁元素的相对丰度可用于研究系外行星是否经历分化，但迄今为止进行的成分研究缺乏明确的行星壳示踪物。在这里，我们报告了在四个冷（<5,000 K）和老（冷却年龄5-10 Gyr）金属污染的白矮星的大气中检测到锂，其中一个还显示出光球钾。这两种元素相对于钠和钙的相对丰度强烈表明，所有四颗白矮星都有行星壳的碎片。我们在其中一个系统中检测到红外过量，这表明星周碎片盘的吸积正在进行中。这颗恒星的主序星质量是$4.8\pm0.2 M_\odot$，这表明在短寿命的B型恒星周围可能会形成岩石状的、分化的行星。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Unified simulations of planetary formation and atmospheric evolution: Effects of pebble accretion, giant impacts, and stellar irradiations on super-Earth formation
已经发现了大量的超级地球，并且通过透射光谱也观察到了过境超级地球的大气。几条观测证据表明，大多数超级地球并不拥有大量的H $_2$ /He大气。然而，超级地球上质量较小的大气层的吸积和保留对行星形成理论提出了挑战。我们考虑了以下三种机制：（i）由卵石吸积产生的包层加热，（ii）巨大撞击过程中的质量损失，以及（iii）由恒星X射线和EUV光蒸发产生的大气损失。我们研究这些机制是否会影响超级地球周围形成的大气量。我们开发了一个代码相结合的N体模拟卵石驱动的行星形成和大气演化模拟。我们表明，我们的模拟结果很好地再现了观测到的超级地球的轨道特性。然而，（i）加热卵石吸积停止磁盘分散之前，（ii）巨大的影响事件的频率太低，雕塑大规模的大气，和（iii）许多超级地球具有H $_2$ /He大气层的$\gtrsim 10$重量%的生存对恒星辐射为1 Gyr。因此，可能需要其他机制，如抑制气体吸积来解释超级地球的质量较小的大气（$\lesssim 10$ wt%）。
2020-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres
一个雨滴落在云层下面的演化过程是由流体动力学和热力学控制的，从根本上讲，这些动力学和热力学可以转移到现代地球以外的行星大气中。在这里，我们展示了如何在任何行星大气中作为雨滴大小的函数来计算下降雨滴的三个特性--雨滴形状、终极速度和蒸发率。我们证明，这些简单的，相互关联的特性紧密结合在一个给定的大气中的雨滴的可能的大小范围，独立于知之甚少的增长机制。从雨滴下落和蒸发方程出发，证明了雨滴垂直输送潜热和可凝结质量的能力可以用一个新的无量纲数来描述。我们的研究结果的降水效率，对流风暴动力学和降雨率，这是了解行星辐射平衡和（在类地行星的情况下）行星驱动的表面侵蚀感兴趣的属性的影响。
2021-02-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Planetary Science by the NLSI LUNAR Team: The Lunar Core, Ionized Atmosphere, & Nanodust Weathering
月球大学天体物理学研究网络（LUNAR）在美国宇航局月球科学研究所（NLSI）的任务范围内进行全方位的科学调查，即月球科学，月球上和来自月球的科学。LUNAR团队的月球科学工作是本白皮书的主题，是在确定太阳系的内容、起源和演化的更广泛背景下进行的。
2011-08-16 astro-ph.EP
Revisiting the barometric equation and the extent of a planetary atmosphere
本文重新审视气压方程，预测在平均自由程远大于尺度高度时，大气浓度呈幂律衰减，并指出氢吸积释放引力势能可能是恒星冕形成的关键，同时影响行星大气尾部及白矮星活动。
2024-05-26 astro-ph.EP astro-ph.SR cond-mat.stat-mech
Early UV Ingress in WASP-12b: Measuring Planetary Magnetic Fields
最近，Fossati等人观察到WASP-12 b的紫外线传输与光学传输相比显示出早期进入。我们认为，由此产生的早期入口是由弓激波提前的行星轨道运动。在这封信中，我们将研究可能导致这种弓形激波形成的条件。我们考虑两种情况：（1）恒星磁场足够强，可以将炽热的日冕等离子体限制在行星轨道之外，（2）恒星磁场无法限制等离子体，等离子体会随风逃逸。在这两种情况下，当等离子体温度T <（4 - 5）x 10^6 K时，都将在行星周围形成能够将等离子体压缩到观测密度的激波。在封闭的情况下，激波总是在行星正前方形成，但在风的情况下，激波的方向取决于风速，因此取决于等离子体温度。对于更高的风温度，激波形成更接近行星和恒星之间的中心线。我们的结论是，冲击形成导致一个可观察到的早期紫外线进入可能是一个共同的特点过境系统，并可能被证明是一个有用的工具，在设置限制行星磁场强度BP。在WASP-12 b的情况下，我们推导出约Bp=24 G的上限。
2010-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the radiative equilibrium of irradiated planetary atmospheres
恒星和行星的演化主要受其大气层的性质控制。这在靠近恒星的系外行星的情况下尤其如此，对于这种情况，人们必须考虑（通常是强烈的）辐射通量，以及负责内部行星热量逐渐损失的内在通量。目前的工作的目标是帮助理解的辐射转移和平流系外大气之间的耦合，并提供对深大气层的温度约束。这对于评估修改假设的不透明度来源和/或热传输是否可以解释迄今为止发现的大量巨型系外行星的膨胀尺寸至关重要。我用一个简单的分析方法的启发爱丁顿的近似恒星大气的温度和光学深度之间的关系，得到有效的平面平行静态灰色大气既运输的内部热通量和接收外部辐射通量。该模型被参数化为平均可见光和热不透明度的函数，分别。该模型显示，再现相对较好的温度分布从更复杂的辐射转移计算的系外行星大气。它自然地解释了为什么当光学中的不透明度与红外线中的不透明度相比变得显著时会出现逆温（平流层）。我进一步证明了在恒定光学深度水平上存在水平平流时，平均等效通量（与T^4成正比）是守恒的。这就意味着，作为演化模型外边界的深层大气温度应该根据与整个行星大气有关的模型计算，而不是根据与昼侧或亚恒星点有关的模型计算。在这些条件下，现今的模型产生的深部温度约为1000 K，太冷了，无法解释行星HD 209458 b目前的大小。红外线与可见光的不透明度比需要增加10倍，才能减缓行星的冷却和收缩，足以解释它的大小。然而，在不透明度变化的情况下，或者在能量的非辐射垂直传输的…
2010-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radiative Transfer and Inversion codes for characterizing planetary atmospheres: an overview
本文综述了行星大气研究中现有的辐射传输与反演代码，旨在帮助研究者根据具体问题选择合适工具，为行星科学界提供实用参考。
2023-10-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
Effect of the surface shape of a large space body on its fragmentation in a planetary atmosphere
利用有限元法和计算流体动力学法，我们确定了空间物体进入地球大气层后碎裂或保持其完整性的条件。研究了空间铁质物体在通过行星大气稠密层时造成碎裂的力的来源。结果表明，表面的不规则形状可以产生横向气动力，能够导致身体的变形应力超过铁的抗拉强度阈值。
2020-10-02 astro-ph.EP physics.ao-ph
Shock jump relations for a dusty gas atmosphere
本文给出了含尘气体中一维激波跳跃关系的一般形式。含尘气体被假定为理想气体和球形固体颗粒的混合物，其中固体颗粒连续分布。当混合物中固体颗粒的质量分数（浓度）为零时，理想气体中激波的广义跳跃关系退化为Rankine-Hugoniot条件。根据上游马赫数导出了激波前沿压力、密度、温度、粒子速度和熵变的跳跃关系。最后，分别得到了弱激波和强激波的激波跳跃关系式的有用形式。计算了固体颗粒的质量浓度和固体颗粒密度与气体初始密度的比值。表格和图表的数值结果进行了介绍和讨论。
2013-05-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Comparative Study of Planetary Atmospheres and Implications for Atmospheric Entry Missions
本文比较了太阳系各行星大气特性，分析了其对大气进入与气动捕获任务减速和加热的影响，为未来探测任务的工程设计与目标选择提供了参考。
2023-07-30 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.app-ph
Evaporation of planetary atmospheres due to XUV illumination by quasars
行星大气通过各种机制遭受质量损失，包括来自其宿主恒星的XUV光子的照射。在这里，我们探讨的后果XUV辐射的超大质量黑洞，因为它们的增长，在星系核的气体吸积。基于星系凸起和星系盘中恒星的质量分布以及单个黑洞的光度历史，我们估计了XUV通量的概率分布函数作为星系晕质量、红移和恒星成分的函数。我们发现，宇宙中大约50%的行星可能会失去相当于火星的大气层，10%可能会失去地球的大气层，0.2%可能会失去地球海洋的质量。在星系的球状组成部分中，这一比例明显较高，并且强烈依赖于星系质量，但对红移的依赖性很弱。
2017-05-18 astro-ph.EP astro-ph.GA
Planetary albedo is limited by the above-cloud atmosphere: Implications for sub-Neptune climate
本研究提出行星反照率受云层上方大气限制的解析模型，结合辐射传输模型分析亚海王星K2-18b的观测数据，发现其反照率低于宜居阈值，该方法可普遍用于约束系外行星反照率、评估宜居性。
2025-09-04 astro-ph.EP
The influence of forward-scattered light in transmission measurements of (exo)planetary atmospheres
[摘要]通过行星大气的光传输可以作为高度和波长的函数使用恒星或太阳掩星来研究，通常对大气成分有独特的限制。对于系外行星，凌日产生了大气层的边缘积分，波长依赖的透射光谱。当行星大气中存在散射雾和/或云粒子时，透射通量的量不仅取决于被探测的倾斜光路的总光学厚度，而且还取决于散射粒子的前向散射量。在这里，我们提出了一个三维蒙特卡罗代码，模拟掩星或过境期间的传输流量的计算结果。对于各向同性散射粒子，如气体分子，传输通量似乎是很好地描述了总的大气光学厚度。然而，强烈的前向散射粒子，例如在太阳系行星的大气中常见的粒子，可以显着增加透射通量。对于系外行星来说，这种增加的通量可以将行星的视半径减少几个标度高度，这与系外行星凌日光谱中的预测和测量特征相当。我们进行了详细的计算土卫六的大气层之间的2.0和2.8微米，并表明，烟雾和气体丰度将被低估约8%，如果前向散射被忽略的检索。在较短的波长下，气体和烟雾的丰度以及烟雾粒子的光谱斜率的误差可能是百分之几十，对于其他太阳系行星大气也是如此。我们还发现，前向散射的贡献，可以相当好地描述模拟大气作为一个平面平行板。
2012-08-14 astro-ph.EP
PyATMOS: A Scalable Grid of Hypothetical Planetary Atmospheres
本研究开发了并行化气候建模工具PyATMOS，以现代地球大气为起点模拟多参数下的假设稳态系外行星大气，生成的公开数据集可支撑宜居性评估与相关机器学习研究。
2023-08-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
The evaporation of planetary atmosphere
本文提出了一种通过观测验证行星大气蒸发假设的新方法，指出已有足够明亮目标可供观测，且PLATO任务将发现更多。
2024-01-05 astro-ph.EP
The Effect of Carbon Monoxide on Planetary Haze Formation
有机烟雾在许多行星过程中起着关键作用，从影响大气的辐射预算到作为表面上的益生元分子的来源。许多实验研究了通过将N $_{2}$ /CH $_{4}$的混合物暴露于各种能源而产生的气溶胶。然而，许多N $_{2}$ /CH $_{4}$在我们的太阳系和太阳系外的行星系的大气中也含有CO。我们已经进行了一系列的大气模拟实验，以探讨CO的形成和颗粒大小的行星霾类似物的CO混合比例的范围内使用两种不同的能源，火花放电和紫外线。我们发现，CO强烈影响在我们的实验中产生的气溶胶的数密度和颗粒大小，并表明CO可能发挥重要的，以前未探索的，气溶胶化学在行星大气中的作用。
2014-01-08 astro-ph.EP
Magnetic field amplification by the Weibel instability at planetary and astrophysical high-Mach-number shocks
无碰撞冲击在宇宙中普遍存在，并且通常与强磁场有关。在这里，我们使用大规模的粒子模拟的非相对论性的垂直冲击在高马赫数制度，以研究内的磁场的冲击放大。由于离子-离子双流的韦伯不稳定性，在激波转变处磁场被放大。归一化的磁场强度与Alfvénic马赫数密切相关。来自PIC模拟的模拟航天器测量结果与卡西尼号航天器在土星弓形激波处原位测量的结果完全一致。
2021-02-08 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.comp-ph
Self similar Shocks in Atmospheric Mass Loss due to Planetary Collisions
我们提出了一个数学模型，在行星碰撞过程中发生的冲击波的传播。这种碰撞被认为发生在类地行星形成的过程中，它们有可能侵蚀行星的大气层。我们表明，在一定的假设下，这种冲击波的演变可以确定使用自相似的解决方案的方法。这种自相似解是II型的，这意味着它只适用于激波阵面后面的有限区域。该区域由激波阵面和音速点限定。能量和物质不断流过音速点，因此自相似区域中的能量不守恒，就像I型解的情况一样。相反，激波的演化由激波阵面和音速点处的边界条件决定。我们展示了如何可以确定不同的状态方程的演变，使这些结果可以很容易地用于计算从行星的不同材料制成的核心的大气质量损失。
2019-11-15 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres I: Connecting Disk Astrochemistry to the Formation of Planetary Atmospheres
我们提出了一个模型的早期化学成分和元素丰度的行星大气的基础上累积的气态化学物质，吸积到行星形成的核心吸积从不断发展的原行星盘。宿主磁盘的天体化学是使用粘性演化磁盘模型内的电离驱动、非平衡化学网络来计算的。我们使用标准的核心吸积模型吸积气体巨行星，其轨道演化由行星陷阱控制，并跟踪吸积到原行星上的物质的化学成分。我们选择了一个基准盘模型，并在3个陷阱-水冰线，死区和热转换的行星演化。对于一个寿命为410万年的盘，我们在热转换和冰线陷阱中产生两个热中子（M = 1.43，2.67 M $_{\rm Jupiter}$，r = 0.15，0.11 AU），在死区中产生一个失败的核心（M = 0.003 M $_{\rm Jupiter}$，r =3.7 AU）。这些行星被发现与CO和H $_2$ O的混合比分别为$1.99\times 10^{-4}$，$5.0\times 10^{-4}$两个热彗星。此外，对于这些行星，我们发现CO $_2$和CH $_4$，混合比分别为$1.8\times 10^{-6}\rightarrow 9.8\times 10^{-10}$和$1.1\times 10^{-8}\rightarrow 2.3\times 10^{-10}$。这些范围与多位作者通过检测热致发光物的发射光谱推断出的混合比范围很好地对应。我们计算出冰线行星的碳氧比为0.227，热过渡…
2016-06-21 astro-ph.EP
Planetary host stars: Evaluating uncertainties in ultra-cool model atmospheres
M矮星在文献中作为探测低质量类地行星的有希望的目标而出现。这个过程中的一个重要步骤是尽可能精确地确定M矮星的恒星参数。来自不同团体的不同的经过良好测试的恒星模型大气模拟被广泛应用于承担这项任务。本文提供了一个比较不同的模式大气族，允许一个更好的估计系统误差的主星恒星参数引入使用一个特定的模式大气族。本文比较了ATLAS 9、MARCS、Phoenix和Drift-Phoenix模型大气族，包括M-矮星参数空间（T $_{\rm eff}=2500$ K $\,...\,$ 4000 K，log（g）= 3.0 $\,...\,$ 5.0，[M/H]= $-2.5\,...\,0.5$）。我们研究的差异（T $_{\rm gas}$，P $_{\rm gas}$）的结构，在合成光度通量和颜色指数。对于所检查的所有T $_{\rm eff}=2500$ K $\,...\,$ 4000 K，不同模型系列之间较高log（g）的模型大气结果的偏差显著小于较低log（g）的结果。我们编制了所有可用的模式大气（包括）的宽带合成测光通量。M-dwarfs和棕矮星），并计算了相关的色指数。合成颜色在红外波长的分歧不超过0.15德克斯之间的所有型号的家庭。对于所有考虑的光谱带，模型的颜色差异减少较高的T $_{\rm eff}$大气模拟。我们注意到所有模型系列和观察到的示例数据（包括）之间的合成颜色…
2015-04-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Transmission spectroscopy of HAT-P-32b with the LBT: confirmation of clouds/hazes in the planetary atmosphere
太阳系外行星凌日事件的光谱观测为研究行星大气的组成提供了机会。我们在LBT观测到了膨胀的热木星HAT-P-32 b的过境，并在3300到10000 AA的大气层中观察到了MODS。将目标星和参考星光谱的时间序列在两个宽带波长通道中进行分箱，由此构造差分凌日光变曲线。这些宽带光变曲线用于确认先前的传输参数测定。为了获得分辨率为R ~ 60的行星透射光谱，我们创建了一组62个窄带光变曲线，平均波长宽度约为100 AA。光谱被校正为附近M星的第三次光，其光谱在单独曝光中被解析。此外，我们还对主星进行了光度监测，以纠正星点的影响。HAT-P-32 b的透射光谱没有显示出来自Na和K的压力展宽吸收特征，这是由于行星大气中存在云或霾。这一结果与以前在同一行星上的研究一致。可以排除气相中TiO的存在。我们发现在钾（KI~7699 AA）的线芯中增加吸收的2.8 σ指示。未检测到Na和Ha的窄吸收特征。此外，还发现了从近红外到近紫外的蓝色波长不透明度增加的初步迹象，其幅度为两个刻度高度。如果通过后续观测得到证实，则可以用气溶胶引起米氏散射或引起气溶胶-气体尺度高度比低于1的瑞利散射来解释。
2016-04-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detection of CO absorption in the atmosphere of the hot Jupiter HD 189733b
利用Keck II近红外光谱仪（NIRSPEC）的时间序列光谱观测，我们研究了近轨道凌日系外巨行星HD 189733b的大气。特别是，我们打算测量由一氧化碳（CO）产生的2.3微米左右的密集吸收线森林。预计CO存在于行星大气中，尽管还没有发现这种分子。为了确定最适合的数据分析方法，我们创建了行星大气的人造光谱，并通过文献中的三种方法进行分析，即去卷积方法、通过卡方最小化进行的数据建模和互相关。结果，我们发现互相关和chi^2数据建模系统地显示出比反褶积方法更高的灵敏度。我们分析了NIRSPEC数据的互相关和检测CO吸收在HD 189733b的日侧光谱在已知的行星径向速度半振幅与3.4西格玛的信心。
2013-03-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Existence of Shocks in Irradiated Exoplanetary Atmospheres
超音速气流预计将存在于受辐射的系外行星的大气中，但激波是否会发展的问题仍然存在。具体地说，它减少到是否连续流在一个封闭的环路可能成为超音速，如果某些部分的超音速流陡峭的冲击。我们首先证明，连续的，超音速流可能存在两种风味：等熵和非等熵，与冲击被包括在后一类的解决方案。超音速流动是激波形成的必要条件，但不是充分条件。激波的发展需要气流中相邻点的特性相交。我们证明，交叉的特性可以量化通过知识的马赫数。最后，我们研究热木星大气的3D模拟，并表明，冲击波的形成预计主要发生在昼侧半球，亚恒星点的上游，因为亚恒星点附近的温度提高提供了一个自然的压力屏障的返回流。了解激波在受辐射的系外行星大气中的作用与正确模拟红外相位曲线的峰值偏移等可观测量有关。
2012-10-31 astro-ph.EP physics.ao-ph
Secondary ionisation in hot atmospheres and interactions between planetary and stellar winds
本研究探讨近距行星大气流失的物理过程，通过PLUTO代码进行2D流体模拟，分析行星风与恒星风相互作用、1D与2D模型质量流失率差异等，发现二次电离使流失率下降，耀斑无显著影响。
2025-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar activity and planetary atmosphere evolution in tight binary star systems
上下文在紧密双星系统中，潮汐相互作用可以显著影响两颗恒星的旋转和轨道演化，从而影响它们的活动演化。这可能会对围绕这两颗恒星运行的行星的大气演化产生强烈影响。目标。在本文中，我们的目标是研究恒星旋转的演变和X射线和紫外（XUV）辐射的紧双星系统组成的两个太阳质量的恒星，并使用我们的结果来研究行星大气的演变在这些系统的宜居带。方法.我们已经应用了旋转模型开发的单星双星系统，考虑到潮汐相互作用的旋转和轨道演化的两颗恒星。我们使用经验旋转活动关系来预测XUV演化轨道的恒星，我们用来模拟流体动力学逃逸的氢占主导地位的大气。结果当潮汐相互作用显著时，会增加XUV能量的排放总量，在最极端的情况下，可增加$\sim$ 50倍。我们发现，在我们研究的系统中，质量为1~M $_\oplus$的适宜居带行星由于持续的高水平XUV辐射会失去大量的氢大气，而失去这些大气所需的时间取决于双星轨道分离。潮汐的相互作用也有可能通过快速旋转恒星来保护大气层免受侵蚀。对于非常小的轨道分离，恒星风造成的轨道角动量损失会导致两颗恒星合并。我们认为，这两颗恒星的合并可能会导致先前冻结的行星变得适合居住，因为宜居带边界向外移动。
2019-04-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Characterizing planetary material accreted by cool helium atmosphere white dwarfs using an exponentially decaying disc model
本文通过凯克高分辨率光谱观测和指数衰减盘模型，分析了两颗低温氦大气白矮星吸积的行星物质成分，发现其与地球和球粒陨石相似，并推断污染母体为小卫星或矮行星级天体。
2025-04-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary Evaporation and the Dynamics of Planet Wind/Stellar Wind Bow Shocks
我们提出了一个新的运动模拟的初步结果，重点是行星风与恒星环境的相互作用，使用自适应网格细化方法。我们已经证实了Stone & Proga 2009的结果，即由于昼夜温差，行星风中会产生方位流结构。我们表明，对地球的回流将发生的强度取决于逃逸参数。当恒星外流包括在内时，我们看到不稳定的头波通过外流与行星风的相互作用形成。
2015-08-04 astro-ph.EP
A systematic study of \ce{CO2} planetary atmospheres and their link to the stellar environment
银河系实际上充满了系外行星;已经发现了数千颗行星，还有数千颗候选行星。类地行星在其他恒星周围很常见，预计将来会大量发现。这些行星是在太阳系外寻找潜在的可居住条件的主要目标。确定系外行星的大气成分对于了解它们的起源和演化是必不可少的，因为大气过程在行星结构的许多方面起着至关重要的作用。在这项工作中，我们构建和开发一个一维辐射转移模型的基础上的离散坐标方法在平面平行几何。辐射结果与对流通量有关，对流通量在任何高度重新分配能量，产生辐射-对流平衡的大气剖面。该模型已被应用到大量（6250）的紧密干燥的合成\ce{CO2}的气氛，并由此产生的压力和热分布已被解释的参数变化。虽然不如3D大气环流模型准确，但不能正确解释，例如，云和大气和海洋动力学，一维描述是计算成本低，并保留了重要的价值，允许多维参数扫描相对容易。
2020-06-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Aiolos- A multi-purpose 1-D hydrodynamics code for planetary atmospheres
Aiolos是一种新型一维多物理模拟代码，用于行星大气水动力逃逸和吸积模型，通过平衡方案提升数值稳定性，并支持多物种耦合与辐射传输，为行星演化研究提供新工具。
2022-07-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Optical hydrogen absorption consistent with a thin bow shock leading the hot Jupiter HD 189733b
弓形激波是一种普遍存在的天体物理现象，它是由物体超音速通过气体引起的。最近，热木星系外行星HD 189733 b和WASP 12-b的紫外线金属跃迁中的过境前吸收被解释为是由行星弓形激波中压缩的材料引起的。在这里，我们提出了一个强大的检测时间分辨过境前，以及在运输中，吸收签名周围的热木星系外行星HD 189733 b使用高光谱分辨率观测几个氢巴耳末线。凌日前特征的线形和时间序列吸收的形状对系外行星周围扩展结构的形态和物理特征提供了最强的约束。在途测量证实了以前的外逸层H-α探测，尽管这里测量的吸收深度低了约50%。凌日前的吸收特征发生在预测的光学凌日前125分钟，从行星到恒星盘的投影线性距离为7.2行星半径。在巴耳末线中观察到的吸收强度指示光学上厚但物理上小的几何形状。我们将此信号建模为行星弓形激波的早期进入。如果弓形激波是由行星磁层介导的，那么从模型中导出的大间隔距离表明赤道行星磁场强度为28 G。更好地了解系外行星的磁场强度对于理解这些磁场在行星演化中的作用以及宜居带内行星上生命的潜在发展至关重要。
2015-07-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Systematic Retrieval Analysis of Secondary Eclipse Spectra III: Diagnosing Chemical Disequilibrium in Planetary Atmospheres
化学不平衡最近已成为凌日系外行星、褐矮星和直接成像系外行星大气研究的一个相关课题。我们提出了一种新的方法来评估类木星大气是否处于化学不平衡状态，通过观测可检测或推断的气体，如H $_2$ O，CH $_4$，CO和H $_2$。我们的假设，根据以前的动力学模型研究，是较冷的大气将显示出更强的迹象，比较热的大气不平衡。我们验证了这一点与化学运输模型，并表明，行星的温度低于$\sim$ 1200 K可能会显示出最强烈的迹象不平衡，由于垂直淬火的CO，我们的新方法是能够捕捉到这个过程。我们还发现，在某些情况下，行星的组成可能会出现在平衡时，它实际上是不是由于简并的垂直混合比剖面的形状。我们确定了八个系外行星的不平衡状态，使用二次日食温度和丰度检索的结果。我们发现，在我们的样本中的所有行星是一致的热化学平衡，在3西格玛。未来的观测需要进一步限制丰度，以明确确定系外行星大气的不平衡。
2013-09-25 astro-ph.EP
Energy deposition in planetary and exoplanetary atmospheres induced by cosmic rays
University of Bern（伯尔尼大学）
本研究利用CosmicTransmutation代码模拟宇宙射线与行星磁场相互作用，发现磁场显著影响能量沉积，且需同时考虑银河宇宙射线和恒星高能粒子两种源。
2026-09-17 astro-ph.EP astro-ph.HE
Modelling H$_{3}^{+}$ in planetary atmospheres: effects of vertical gradients on observed quantities
自从大约30年前在木星极光中发现H $_{3}^{+}$离子以来，它一直是巨大行星高层大气的宝贵探测器。然而，绝大多数监测行星H $_{3}^{+}$辐射的观测依赖于通过发射层的列积分路径得出的参数。在这里，我们调查的影响，密度和温度梯度沿这样的路径上测得的H $_{3}^{+}$光谱和由此产生的解释。在一个非等温的大气中，H $_{3}^{+}$柱密度检索从这样的观察被发现代表一个下限，从真正的大气值减少20%或更多。天王星电离层的全球模拟显示，测量的H $_{3}^{+}$温度变化往往归因于众所周知的太阳天顶角效应，而不是真正的大气变化的迹象。最后，基于这些见解，推导出的垂直温度结构的初步方法证明在木星上使用模型再现的电子密度和H $_{3}^{+}$测量。纯粹的多样性和不确定性的条件下，行星大气禁止这项工作提供毯子定量校正因子，尽管如此，我们说明了几个简单的方法，已经强大的效用H $_{3}^{+}$观测在理解行星大气可以提高。
2019-04-10 astro-ph.EP physics.space-ph
Scattering blanketing effect of Earth's proto-atmosphere: enhanced suppression of planetary radiation and magma ocean cooling
本研究开发了原生大气的一维辐射传输及耦合热演化模型，发现瑞利散射显著抑制行星辐射并延长岩浆海寿命，支持月球岩浆海起源说。
2025-04-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
Susceptibility of planetary atmospheres to mass loss and growth by planetesimal impacts: the impact shoreline
本文研究了微行星撞击对行星大气的影响。大气的演化取决于挥发物的增益与大气剥离损失的比值f_v;对于恒定轰击，f_v<1的大气在有限时间内被破坏，而f_v>1的大气随时间线性增长。用一个碰撞结果公式说明了f_v与小行星碰撞速度、大小分布和组成的关系。低质量和/或靠近恒星的行星具有在撞击中耗尽的大气层，而高质量和/或遥远的行星则会产生次级大气层。将这些结果划分为fv=1的撞击海岸线，类似于Zahnle和Catling的宇宙海岸线。撞击海岸线的位置取决于假设的撞击微行星的性质，因此，对于像地球这样的行星的大气演化的结论只有与这些假设一样强。对系外行星群的应用表明，在~1.5R_earth处行星半径分布的间隙与撞击海岸线重合，这与观测到的间隙对轨道周期和恒星质量的依赖性相似。如果有足够的撞击，缝隙下方的行星预计将失去大气层，而缝隙上方的行星可能会有挥发物含量增加的大气层。大气层变化的程度取决于一颗行星所经历的总轰击，以及该系统的其他行星和微行星（通常未知），尽管大质量的遥远行星的吸积效率很低。低光度恒星周围的宜居带行星更容易受到大气层剥离的影响，如果类似地球的撞击有利于生命的发展，那么M星就不适合作为承载生命的行星的宿主。
2019-10-23 astro-ph.EP
A New Method For Studying Exoplanet Atmospheres Using Planetary Infrared Excess
迄今为止，观测者揭示系外行星大气层的组成或热结构的能力主要依靠两种技术：高对比度直接成像和对凌日系外行星的时间序列观测。前者目前仅限于描述年轻的大质量物体的特征，而后者则需要接近90度的轨道倾角，从而将大气研究限制在系外行星总数的一小部分。在这里，我们提出了一种观测和分析技术，用于研究非凌日系外行星的大气层，该技术依赖于获取同时的宽波长光谱和从恒星光谱中分辨行星红外发射。这种方法可以提供一种有效的手段来研究系外行星的大气动力学，使用稀疏采样的相位曲线观测或机制，以寻找生命迹象的非过境系外行星轨道最近的M-矮星（如Proxima Centauri）。如果詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的观测结果证明这种测量行星红外过量（PIE）的方法是有效的，那么这种测量行星红外过量（PIE）的方法将打开附近大量非凌日系外行星的大气特征。
2020-07-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Theory for planetary exospheres: III. Radiation pressure effect on the Circular Restricted Three Body Problem and its implication on planetary atmospheres
行星外太空层在其外部知之甚少，因为中性密度与仪器的探测能力相比很低。因此，外逸层模型往往是这种高空的主要信息来源。本文提出了一种新的方法来分析恒星辐射压对行星外大气层的附加影响。在一系列的论文中，我们提出了一个哈密顿方法的辐射压力的动力学轨迹，密度分布和逃逸的热通量的影响。我们的工作是对Bishop和Chamberlain（1989）研究的概括。在第三篇论文中，我们研究了恒星辐射压对圆形限制三体问题（CR3BP）的影响，也称为光引力CR3BP，以及它对行星外球面逃逸和稳定性的影响，特别是对热彗星。特别是，我们描述了变换的等势和拉格朗日点的位置，我们提供了一个修改后的方程的希尔球半径，包括辐射压力的影响。最后，热木星HD 209458b的应用程序揭示了恒星辐射压力引起的吹脱逃逸制度的存在。
2015-08-03 astro-ph.EP
Unstructured Grid Dynamical Modeling of Planetary Atmospheres using planetMPAS: The Influence of the Rigid Lid, Computational Efficiency, and Examples of Martian and Jovian Application
我们提出了一个新的行星全球环流模式，planetMPAS，最先进的NCAR MPAS大气环流模式的基础上。利用WRF和MPAS的交叉兼容性，planetMPAS包含了大部分用于火星和泰坦等类地行星的planetWRF物理参数化方案。PlanetMPAS还包括一套物理学，代表木星大气的辐射转移，干对流，湿对流及其相关的微观物理学。我们证明，尽管刚性盖近似，planetMPAS是适合模拟火星和木星大气中的气候系统与潜在的应用程序，如土卫六缓慢旋转的行星。使用planetMPAS进行的模拟表明，新模型可以再现火星和木星上观测到的许多特征，例如火星上的季节性CO2循环、极地氩富集、纬向平均温度和定性尘埃不透明度，以及木星上的赤道超旋转和带状纬向风模式。
2022-10-31 astro-ph.EP
