Terrestrial Exoplanet Simulator (TES): an error optimal planetary systems integrator that permits close encounters
我们提出TES，一个新的n体积分代码的准确和快速的传播的行星系的存在下，密切接触。TES建立在经典的Encke方法的基础上，只将扰动集成到开普勒轨迹中，以减少模拟的误差和运行时间。整个过程中使用可变步长，以便精确处理近距离接触。一套数值的改进，一起使TES最佳的能量误差。与使用ias15的直接集成相比，在所有考虑的测试问题中发现了更低的运行时间。工商业污水附加费是免费提供的。
2021-01-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
Simultaneous Optical Transmission Spectroscopy of a Terrestrial, Habitable-Zone Exoplanet with Two Ground-Based Multi-Object Spectrographs
研究岩石系外行星的大气层是比较这些行星和位于内太阳系的类地行星的行星学的关键。类地系外行星大气层显示出微弱的信号，试图探测它们是目前仪器的极限。我们关注的是宜居带类地系外行星LHS 1140 b。鉴于其25天的轨道周期和2小时的过境时间，捕获LHS 1140 b的过境具有挑战性。我们观察到这个物体的两次凌日，大约相隔1年，这产生了四个数据集，这要归功于我们同时使用安装在Las Campanas天文台双麦哲伦望远镜上的IMACS和LDSS 3C多物体光谱仪。我们提出了一个共同适合的白光曲线，以及共同适合20 nm波长分箱的光曲线，我们构建了一个透射光谱。将联合白光曲线残差分箱至3分钟时间箱得到的均方根值为145 ppm;分箱至10分钟时间箱得到的均方根值为77 ppm。我们在20 nm波长箱中的Rp ^2/Rs ^2的不确定性中位数为260 ppm，当用高斯过程回归拟合波长箱光变曲线时，我们实现了1.3倍光子噪声的平均精度。我们对Rp^2/Rs^2的精确度是清晰的氢主导大气特征振幅的四分之一，这意味着我们无法测试LHS 1140 b大气的现实模型。这里提出的技术和警告适用于凌日系外行星勘测卫星时代不断增长的地球样本，以及即将到来的新一代地面巨型分段镜望远镜。
2020-06-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Magnetospheres of Terrestrial Exoplanets and Exomoons: Implications for Habitability and Detection
描述宜居系外行星和/或其卫星的特征至关重要。在这里，我们展示了我们的磁场拓扑建模的结果，它表明，地球的系外行星，系外卫星耦合磁层一起工作，以保护早期的大气层的系外行星和系外卫星。当系外月磁层位于系外行星的磁层空腔内时，系外月磁层就像一个保护性的磁泡，当月球位于向阳面时，它提供了一个额外的磁层顶来面对恒星风。此外，磁重联将为早期系外行星和系外卫星之间的大气交换创造一个关键途径。当系外卫星的磁层位于系外行星的磁层之外时，它就成为抵御强烈恒星风的第一道防线，减少了系外行星大气层对太空的损失。简要讨论了这种类型的系外卫星将如何改变磁化系外行星的无线电发射。
2020-12-21 astro-ph.EP physics.space-ph
Terrestrial Exoplanet Internal Structure Constraints Enabled by Comprehensive Host Star Characterization Reveal that Terrestrial Planets in Mean-motion Resonances are Water Rich
本文通过自洽表征24颗宿主恒星并更新类地系外行星质量半径，发现共振类地行星核质量分数显著更低且富含水，并确认55 Cnc e和WASP-47 e为被剥离的迷你海王星核。
2025-08-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
How likely are Snowball episodes near the inner edge of the habitable zone?
了解全球冰川何时发生在类地行星上是气候演化研究的一个重大挑战。大多数关于温室气体（如CO2）在类地行星上如何随时间演变的模型都是确定性的，但地球气候历史的复杂性和非线性性质激发了对非确定性气候模型的研究。在这里，一个最简单的随机模型的CO2演化和气候的类地行星与不完美的CO2恒温器进行了研究。结果表明，在这个模型中，随着恒星光度的增加，平均大气CO浓度的降低使气候变得越来越不稳定，一旦接收到的恒星通量接近当今地球，就会出现低温状态的漂移。除非气候反馈总是迫使CO2浓度的变化随着接收到的恒星通量迅速下降，否则这意味着靠近宜居带内边缘的类地行星可能会相当频繁地进入雪球状态。对类地系外行星的日冕和颜色变化的观测应该可以让这一预测在未来得到直接检验。
2021-04-28 astro-ph.EP
High-Resolution Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet GJ 486b
绕M矮星运行的类地系外行星是利用现有或不久的将来的仪器进行透射光谱学的有希望的目标。这些岩石行星的大气成分仍然是一个悬而未决的问题，特别是考虑到来自其宿主M矮星的高X射线和紫外线通量可以驱动大气逃逸。1.3 $R_\oplus$系外行星GJ 486 b（$T_{\rm{eq}} \sim$ 700 K），绕着一颗M3.5恒星运行，预计在已知的类地系外行星中具有最强的透射光谱信号。我们使用三台不同的高分辨率光谱仪观测了GJ 486 b的三次凌日：斯巴鲁望远镜上的IRD，双子座南望远镜上的IGRINS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的SPIRou。我们通过互相关方法从各种各样的分子物种中搜索大气吸收，但没有检测到任何稳健的大气信号。尽管如此，我们的观测是足够敏感的，以排除几个明确的大气场景通过注入和恢复测试，并扩展到陆地制度的比较系外行星学。我们的研究结果表明，GJ 486 b没有一个明确的H $_2$ /He为主的大气，也没有一个明确的100%的水汽大气。其他具有高平均分子量或H $_2$ /He为主的大气层的二次大气层与云仍然是可能的。我们的发现提供了进一步的证据，表明绕M矮星运行的类地行星可能会经历显著的大气损失。
2023-03-20 astro-ph.EP
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
Potential Surface Ice Distribution on Close-in Terrestrial Exoplanets around M dwarfs
本文构建陆地—大气耦合模型，模拟无大气或稀薄N2大气的M型矮星近距类地行星，发现自旋—轨道比和转轴倾角主导地表冷阱及冰分布。
2024-05-08 astro-ph.EP
Influence of CO versus CH$_4$ on organic haze formation in atmospheres of diverse terrestrial exoplanets
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究不同碳源对地外行星大气中烟雾形成的影响，发现CH4比CO更有效，导致更高的烟雾产量和更复杂的化学组成。
2026-04-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Clouds will likely prevent the detection of water vapor in JWST transmission spectra of terrestrial exoplanets
我们即将对M型矮星宜居带中的类地系外行星的大气进行表征。由于其大的行星-恒星半径比和更高的凌日频率，绕M矮星运行的类地系外行星有利于透射光谱。在这项工作中，我们量化的影响，水云的幅度水蒸气传输光谱特征的类地系外行星绕M矮星。为此，我们从大气环流模型（GCM）实验潮汐锁定行星的合成透射光谱。我们改进以前的工作，考虑如何改变广泛的行星参数影响透射光谱。我们发现，云导致的数量增加了10-100倍的过境所需的检测水功能与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）与不同的旋转周期，入射恒星通量，表面压力，行星半径和表面重力。我们还发现，在我们的GCM模拟与地球半径的行星旋转周期$\gtrsim 12 \ \mathrm{days}$的昼侧云覆盖率有很大的增加。这种云覆盖的增加导致了绕M矮星缓慢旋转的系外行星的光谱特征更强的静音。我们预测，这将是极具挑战性的探测水传输功能的类地系外行星的大气中的宜居带的M矮星与JWST。然而，在云层之上混合良好的物种（例如，CO $_2$和CH $_4$）可能仍然可以在这些行星上用JWST探测到。
2019-12-18 astro-ph.EP
A Readily Implemented Atmosphere Sustainability Constraint for Terrestrial Exoplanets Orbiting Magnetically Active Stars
随着4,300多颗已确认的系外行星的出现，系外行星研究的下一个里程碑是确定这些新发现的世界中哪些可能存在生命。日冕物质抛射（CME）是由磁性活跃、引发超级耀斑的矮星产生的，对类地系外行星的可居住性构成直接威胁，因为它们可以剥夺它们的大气层。在这里，我们开发了一个易于实施的大气可持续性约束的陆地系外行星轨道活动的矮星，依赖于磁层压缩所造成的CME的影响。我们的约束集中在我们自己的日光层，适用于一个给定的系外行星，CME系统的理解，需要作为关键输入观测到的热辐射能量的耀斑发出的主恒星。将我们的约束应用于六颗著名的系外行星（开普勒-438 b，近半人马座b和Trappist-1d，-1e，-1f和-1g），在它们的恒星宿主的宜居带内或附近，表明只有开普勒-438 b可能具有大气可持续性对抗恒星CME。这似乎与最近的一些研究一致，然而，这些研究可能需要更苛刻的计算资源和观测输入。我们的物理直观的约束可以很容易地和enchanted应用，或一般化，大规模的系外行星调查，以检测行星，可以筛选的大气层，也许，可能的生物特征，在更高的优先级，由目前和未来的仪器。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Scaling Relations for Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Baroclinic Criticality
类地行星的宏观湍流大气环流介导了它们的赤道到极点的热传输。对于快速旋转的类地行星来说，中纬度的斜压不稳定性会导致湍流涡旋，从而将热量输送到极地。在这项工作中，我们推导出一个缩放理论的赤道到极点的温度对比度和散装直减率的地球系外行星大气。该理论建立在Jansen & Ferrari（2013）的工作基础上，并通过斜压涡动热通量和辐射加热/冷却之间的平衡来确定大气对斜压不稳定性（斜压“临界性”）的不稳定程度。我们比较我们的标度理论的大气环流模型（GCM）模拟，发现赤道到极点的温度对比度和散装直减率的理论预测大致同意GCM实验与不同的旋转速率和表面压力在整个斜压不稳定制度。我们的理论研究结果表明，斜压不稳定性是一个强有力的控制热传输的大气中的类地系外行星，和我们的缩放可以用来估计赤道到极点的温度对比度和散装直减率的类地系外行星。这些比例可以通过未来太空望远镜对类地系外行星的光谱检索和全相位光变曲线进行测试。
2019-08-07 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Reflected Light Observations of the Galilean Satellites from Cassini: a testbed for cold terrestrial exoplanets
对于大气层较薄或没有大气层的类地系外行星，其表面对行星的反射光信号有贡献。测量太阳系中天体的盘积分亮度的变化以及随照明和波长的变化对于规划直接成像的系外行星的成像观测和解释最终的数据集都是必不可少的。在这里，我们测量伽利略卫星的亮度变化作为行星中心经度，照明相位角和波长的函数。这些数据涵盖了400- 950 nm的波长范围，主要是0-25度的相位角，在60-140度附近有一些限制性的观测结果。尽管卫星之间的大小和密度相似，但表面的不均匀性会导致行星中心经度和相位角的圆盘综合反射率发生显着变化。我们发现这些变化足以确定月球的自转周期。我们还发现，在低相位角的表面可以产生8-36%的反射率的变化和有限的高相位角的观察表明，变化将在较高的相位角成比例地较大的幅度。此外，所有伽利略卫星在最有可能被直接成像任务观察到的阶段都比理想化朗伯模型预测的要暗。如果地球大小的系外行星具有与伽利略卫星相似的表面，我们发现未来的直接成像任务将需要达到低于0.1ppb的精度。如果达到必要的精度，未来的系外行星观测可以利用类似的观测计划来推断表面变化，确定旋转周期，并可能推断表面成分。
2020-09-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric Chemistry of Venus-like Exoplanets
我们使用热力学计算来模拟类地系外行星上的大气化学，这些行星的温度足以使大气层和岩石圈之间达到化学平衡，就像金星一样。我们的计算结果限制了光谱可观测气体的丰度、地面温度和压力以及地表的矿物学。这些结果将有助于规划未来由哈勃太空望远镜（HST），斯皮策，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），类地行星望远镜和达尔文等现有和拟议的空间观测站对地球大小的系外行星大气层的观测。
2010-12-07 astro-ph.EP
Interferometric Space Missions for the Search for Terrestrial Exoplanets: Requirements on the Rejection Ratio
讨论了研究类地系外行星的空间任务的要求。然后，我们调查是否这样的任务，特别是达尔文调零干涉仪的设计，可以在一个简化的情况下进行。这里的关键因素是接受更高水平的恒星泄漏。我们建立了详细的要求，从任务的科学原理，并计算详细的参数，为实现这些要求所需的恒星抑制。我们利用达尔文输入目录来做这件事。在该样本中，大多数目标的主要噪声源对于所有目标基本上是恒定的，而泄漏随着距离的平方而减小。这意味着恒星泄漏仅对附近恒星的积分时间有影响，而对于更远的目标，其影响显着降低。我们评估不同的阵列配置和调零配置文件的影响，并确定恒星的检测效率可以最大化。
2006-06-30 astro-ph astro-ph.EP astro-ph.IM
On the water delivery to terrestrial embryos by ice pebble accretion
标准的吸积盘模型表明，太阳星云中的雪线在星云演化的后期向地球轨道内部迁移。在这个后期阶段，大量的冰可能以毫米到微米大小的鹅卵石的形式从外部区域输送到1个天文单位。这就提出了一个问题，为什么现在的地球如此缺水（海洋质量只有地球质量的0.023%）。在这里，我们量化的数量由陆地胚胎的雪线迁移后，假设没有机制停止在外盘地区的卵石流的冰卵石吸积。我们用一个简化的凝结方程来计算原行星盘中冰卵石的形成和径向向内漂移。利用最近的研究给出的解析表达式计算了胚胎的卵石吸积截面。我们发现，最终的质量和水含量的陆地胚胎强烈依赖于径向范围的气体盘，磁盘湍流的强度，以及雪线到达1 AU的时间。圆盘的径向范围决定了卵石流的寿命，而湍流决定了胚胎所在的中平面上卵石的密度。我们发现，只有当盘是紧凑的（< 100 AU），湍流在1 AU时很强，雪线在盘形成后2-4百万年后到达1 AU时，胚胎的最终含水量才会低于0.023重量%。如果太阳星云延伸到300天文单位，最初的岩石胚胎将演变成1-10个地球质量的冰冷行星，除非雪线迁移缓慢。如果地球外核的密度不足表明原始地球含有约1重量%的水，那么原始地球的形成可能具有较弱的湍流和较早（> 0.5- 200万年）的雪线迁移。
2016-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Composition of Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Meteorite Outgassing Experiments
类地系外行星可能在吸积过程中和吸积之后通过释气形成初始大气，尽管目前还没有关于如何将行星的整体组成与其早期大气特性联系起来的第一原理理解。对这种联系的重要见解可以通过分析陨石来获得，陨石是行星构建模块的代表性样本。我们进行实验室放气实验，使用质谱仪测量陨石样品加热到1200 $^{\circ}$ C时释放的挥发物的丰度。我们发现，从三个碳质球粒陨石样品的释气一致地产生H $_2$ O-丰富（平均~ 66%）的气氛，但有显着量的CO（~ 18%）和CO $_2$（~ 15%），以及较少量的H $_2$和H $_2$ S（高达1%）。这些结果提供了实验上的初始化学成分的理论模型中的类地行星大气，提供丰富的主要气体物种作为温度的函数。
2021-04-16 astro-ph.EP
Terrestrial, Habitable-Zone Exoplanet Frequency from Kepler
从开普勒的第一个136天的操作数据进行分析，以确定相对于半径，周期和主恒星光谱型的系外行星的分布。该分析外推估计地球，宜居带系外行星的百分比。开普勒的普查被认为是完整的明亮恒星（星等<14.0），其过境行星的半径>0.5地球和周期<42天。它还假设行星的大小分布与轨道周期无关，并且数据中没有隐藏的偏差。发现了六个重要的统计结果：在昏暗的目标恒星周围很少发现小行星，可能是仪器效应;发现中等大小行星的频率与宿主恒星是否明亮或昏暗无关;与较长周期相比，发现周期<3天的行星明显较少，几乎可以肯定是天体物理效应;所有周期小于42天的行星在星群中的频率为29%，其中陆地行星为9%，冰巨星为18%，气体巨星为3%;种群行星频率与周期呈幂律关系dN/dP ~ P^{β- 1}，β= 0.71 ± 0.08;外推到更长的周期，得到类地行星在FGK星宜居带的频率为η_ \oplus =（34 +/- 14）%。因此，大约有三分之一的FGK恒星被预测至少有一个类地行星，宜居带行星。
2011-09-22 astro-ph.EP
Predicted diversity in water content of terrestrial exoplanets orbiting M dwarfs
围绕M矮星的系外行星调查发现了越来越多的具有类似地球日射的系外行星。预计其中一些行星是岩石行星，具有有利于表面液态水的温和气候的潜力。然而，各种模型预测，在M矮星周围的经典宜居带中轨道运行的类地行星没有水或水太多，这表明M矮星周围的宜居行星可能很罕见。在这里，我们提出了一个更新的行星人口合成模型的结果，其中包括水富集在原始大气中的影响，所造成的大气氢氧化的岩石材料从传入的星子和岩浆海洋。我们发现，这种原始大气中的水生产被发现显着影响陆地岩石水行星的出现，产生不同的水含量。我们估计，5-10%的行星与大小$<1.3 R_\oplus$轨道早中期M矮星有适当的海水量的可居住性。这样的发生率将足以通过正在进行的和不久的将来的M-矮行星调查任务来检测潜在的宜居行星。
2022-09-29 astro-ph.EP
Thin H$_2$-dominated Atmospheres as Signposts of Magmatic Outgassing on Tidally-Heated Terrestrial Exoplanets
University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究提出潮汐加热的偏心类地行星可通过火山脱气维持薄H$_2$主导大气，并建立内部-大气模型结合JWST观测以识别此类行星及其内部状态。
2025-10-08 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres II: H2S and SO2 Photochemistry in Anoxic Atmospheres
硫气体是地球上火山和生物排放物的常见成分，预计将成为类地系外行星大气的重要输入气体。我们研究了大气成分和含硫化合物的类地系外行星的光谱（即，H2S和SO2）从其表面释放。本文采用一维光化学模型和辐射转移模型，研究了大气中硫从还原到氧化的化学过程。最重要的发现是，基于H2，N2和CO2大气模型，H2S和SO2在几乎所有类型的类地系外行星大气中的化学寿命都很短。这意味着直接检测表面硫排放是不可能的，因为它们的表面排放率需要非常高（>1000倍地球火山硫排放），这些气体才能达到可检测的水平。我们还发现，从地表排放的硫化合物导致大气中元素硫和硫酸的光化学形成，如果饱和，这些元素硫和硫酸会冷凝形成气溶胶。对于类太阳恒星或M星的宜居带中的类地系外行星，类地硫排放率导致在宽范围的颗粒直径（0.1-1微米）的以H2为主的还原性大气中由元素硫组成的光学厚雾，这在我们的模拟中被假定为自由参数。在由N2和CO2组成的氧化大气中，如果地表硫排放量比地球火山硫排放量高2个数量级，则会形成由元素硫气溶胶（S8）或硫酸气溶胶（H2SO 4）组成的光学厚霾。虽然不太可能通过H2S和SO2的光谱特征直接探测到它们，但可以通过用下一代空间望远镜观察反射光中与气溶胶有关的特征来推断它们的排放。
2013-02-26 astro-ph.EP
Obliquity and Eccentricity Constraints For Terrestrial Exoplanets
近年来的系外行星发现表明，类地行星异常常见。这些行星中的许多都处于紧凑的系统中，导致复杂的轨道动力学。确定这些行星表面状况的关键一步是了解大气层顶部入射的纬度相关通量作为轨道相位的函数。影响通量随时间变化的两个主要性质是行星的轨道密度和轨道偏心率。我们推导出的标准，通量变化，由于双折射是等价的通量变化，由于轨道偏心率。这种等效性计算的最大和平均通量的情况下，后者包括昼夜周期的影响。我们将这些计算应用于四个已知的多行星系统（GJ 163，K2-3，开普勒-186和Proxima Centauri），在那里我们使用轨道动力学考虑约束类地行星的偏心率，并模拟入射通量的影响。我们讨论了这些模拟气候模型的影响，类地行星和轮廓可检测的签名的行星的相似性。
2021-08-10 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres I: Photochemistry Model and Benchmark Cases
我们提出了一个全面的光化学模型，探索地球系外行星大气的化学成分。光化学模型是从头开始设计的，有能力处理所有类型的类地行星大气，从氧化到还原，这使得代码适用于广泛的预期类地系外行星成分的应用。一维化学传输模式处理多达800个化学反应，光化学过程，干和湿沉积，表面排放和热逃逸的O，H，C，N和S轴承物种，以及元素硫和硫酸气溶胶的形成和沉积。我们通过计算当前地球和火星的大气成分来验证该模型，并与地球和火星大气中主要痕量气体的观测结果一致。我们模拟了几个合理的类地系外行星的大气场景，并选择了三个基准情况下，从还原到氧化的大气。最有趣的发现是，在缺氧的大气中，原子氢总是比羟基自由基更丰富的活性自由基。原子氢是否是感兴趣分子的最重要的去除路径还取决于相关的反应速率。我们还发现火山碳化合物（即，CH4和CO2）在化学上是长寿命的，并且在还原性和氧化性气氛中往往很好地混合，并且它们到表面的干沉积速度控制大气氧化状态。此外，我们重新审视了光化学产生的氧气是否会导致检测含氧光合作用的误报，并发现在1巴富含二氧化碳的大气中，如果没有还原气体的表面排放，氧气和臭氧可能会达到以前被认为是生命的独特特征的水平。
2012-10-25 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
Detailed chemical compositions of planet-hosting stars: II. Exploration of the interiors of terrestrial-type exoplanets
发现和描述系外行星的一个主要目标是确定与我们的地球相似（或不同）的陆地型世界。最近的研究结果强调了将挥发分去除（即挥发物的消耗）应用于行星宿主恒星的化学成分以限制陆地型系外行星的整体成分和内部的重要性。在这项工作中，我们采用这样的方法选择的样本13行星托管类日恒星，其中高精度的光球丰度已被确定在该系列的第一篇论文。与由此产生的脱挥发分恒星组成（即模型行星的整体组成）以及其他限制，包括质量和半径，我们模拟详细的矿物学和内部结构的假设，可居住区的类地行星（“外地球”）围绕这些恒星。模型输出结果显示，这些地外行星中的大多数预计将具有与地球大致相似的成分和内部结构，这与从污染的白矮星分析中独立得出的结论一致。例外的是开普勒-10和开普勒-37系外地球，我们预测它们被强烈氧化，因此会形成比地球小得多的金属核心。研究我们的去挥发模型在其极端以及不同的行星质量和半径（在地球政权）揭示了潜在的扰动在内部的类地行星。通过考虑（i）高精度恒星丰度，（ii）去挥发，（iii）行星质量和半径，这项工作代表了探索陆地型系外行星详细矿物学和内部结构的重要步骤，这反过来又是我们理解行星动力学和长期演化的基础。
2022-04-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detecting Atmospheric CO2 Trends as Population-Level Signatures for Long-Term Stable Water Oceans and Biotic Activity on Temperate Terrestrial Exoplanets
本研究评估了LIFE任务探测宜居带类地系外行星大气CO2趋势以指示碳酸盐-硅酸盐风化反馈和生物活动的可行性，发现其能稳健探测种群层面CO2趋势，但需修正CO2分压偏差才能准确区分生物与非生物种群。
2025-05-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Tierras Observatory: An ultra-precise photometer to characterize nearby terrestrial exoplanets
我们报告的状况Tierras天文台，一个翻新的1.3米超精密全自动光度计位于F。L.山顶上的惠普尔天文台亚利桑那州霍普金斯Tierras的设计目的是将系统误差，特别是可降水量（PWV）限制在250 ppm，从而能够表征绕$< 0.3 \, R_{\odot}$恒星运行的类地行星凌日，以及可能发现的系外卫星和系外环。能够实现我们的科学目标的设计选择包括：一个四透镜的焦点缩小器和视场扩大器，以将望远镜的视场从$11.94'$侧增加到$0.48^{\circ}$侧;一个定制的窄带通（$40.2$ nm FWHM）滤光片，以$863.5$ nm为中心，以最小化已知限制红矮星地基测光的PWV误差;和一个深耗尽型$4K \times 4K$ CCD，具有300 ke-full阱和在我们的带通中的QE $>85\%$，工作在帧传输模式。我们还在设计一组挡板，以尽量减少到达图像平面的大量散射光。Tierras将于2021年初开始科学运营。
2020-12-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Future of Exoplanet Direct Detection
衍射从根本上限制了我们对系外行星进行成像和表征的能力。目前和计划中的对系外行星的日冕探测正在取得令人难以置信的进展，但从根本上说，它受到了几个λ/D的内部工作角的限制。在可预见的未来，一些关键的主题，如前5000万年内系外行星的人口统计和类地行星的红外表征，都超出了单孔径角分辨率的范围。干涉测量在系外行星探测和表征方面具有一些优势，我们在本白皮书中探讨了一些可能的潜在科学突破。我们在这里证明，对“系外行星干涉测量”的投资可以通过空间相干性为斑点抑制开辟新的可能性，极大地提高了确定系外行星轨道的天体测量精度，能够对年轻的巨型系外行星（年龄<5000万年的星团）进行普查，以及从太空探测类地行星和寻找大气生物标志物的红外调零的无与伦比的潜力。所有迹象都表明，系外行星和干涉仪的未来令人兴奋，尽管这一承诺需要几十年才能实现。
2019-07-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Venus Benchmark: Resolving Degeneracies in Terrestrial Exoplanet Spectra with DAVINCI
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本研究提出利用即将开展的DAVINCI任务获取的金星高保真大气剖面数据，解决类地系外行星光谱的简并性问题，可大幅提升系外行星大气建模的精度。
2026-09-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric Circulation of Terrestrial Exoplanets
对其他恒星周围行星的研究始于对气态巨星的研究，但现在正在扩展到超级地球和类地行星的发现和表征。基于这一观测潮，我们探讨了类地系外行星大气环流的基本动力学原理，并讨论了类地系外行星大气环流与水文循环和全球尺度气候反馈的相互作用。类地系外行星占据了广泛的物理和动力学条件，其中只有一小部分尚未被详细探索。我们的方法是列出控制类地行星上大气环流的基本动力学原理--广义的--并展示它们如何为理解这些世界的大气行为提供基础。我们首先调查基本的大气动力学，包括地转的作用，斜压不稳定性，并在强旋转制度（“外热带”）和哈德利环流的作用，波调整的热结构，并在缓慢旋转制度（“热带”）的赤道超旋转的趋势。然后，我们调查水文循环的关键要素，包括控制降水，湿度和云量的因素。接下来，我们总结了环流影响全球平均气候的关键机制，从而影响行星的可居住性。特别是，我们讨论了失控的温室效应，过渡到雪球状态，大气崩溃，以及大气环流和CO2风化率之间的联系。最后，我们总结了未来这一新兴领域的关键问题和挑战。
2013-06-11 astro-ph.EP
Assessing the Interior Structure of Terrestrial Exoplanets with Implications for Habitability
天体物理观测揭示了系外行星的半径和质量的巨大差异。重要的是要描述系外行星的内部，以了解行星的多样性，并进一步确定地球的独特性。评估内部结构具有挑战性，因为数据很少，不确定性很大。因此，对于给定的系外行星，一系列内部结构模型可以满足现有数据。通常，内部模型的目的是约束径向结构和组成的核心和地幔，以及额外的冰，海洋和气体层，如果合适的。约束这些层的参数也可以告诉我们内部动力学。然而，它仍然具有挑战性的约束内部动态使用内部结构模型，因为结构模型是相对不敏感的热状态的行星。然而，阐明内部动力学仍然是外行星学的一个关键目标，因为它在确定表面条件和可居住性方面发挥着重要作用。到目前为止，可以排除类似地球的可居住性，因为超级地球非常接近它们的恒星，因此具有高地面温度，促进了当地的岩浆海洋。
2017-10-16 astro-ph.EP
Role of gaseous giants in the dynamical evolution of terrestrial planets and water delivery in the habitable zone
在目前的研究中，我们研究了一个巨大的行星在富水胚胎和星子的动力学演化的影响，位于雪线以外的系统围绕太阳的恒星，以确定什么样的类地行星可以形成在这些系统的宜居带（以下简称HZ）。为此，我们进行了行星吸积的N体模拟，考虑到气体已经从盘中消散，并且在系统的雪线之外形成了一颗巨大的行星，在3 au处。我们发现，一个质量值介于土星质量和木星质量之间的巨大行星，代表了一个极限，从雪线之外向内移动的富含水的胚胎的数量开始减少。从这一点来看，我们的研究表明，质量超过一个木星质量的巨行星成为向内迁移的富含水的胚胎的有效动力学障碍。此外，我们推断，在HZ中存活的这些胚胎的数量显着减少的系统，主机一个巨大的行星比一个更大的质量。这一结果具有重要的影响，关于形成的类地行星在HZ具有非常高的水含量，并可能提供一个选择标准，在寻找潜在的宜居系外行星的系统，主机周围的气态巨星太阳型恒星。
2018-08-27 astro-ph.EP
Thermal phase curves of nontransiting terrestrial exoplanets 1. Characterizing atmospheres
虽然凌日光谱是研究系外行星大气的组成、热性质和动力学的一种强大方法，但只有少数凌日的类地系外行星足够接近，可以进行重要的凌日光谱。热相位曲线（行星的视红外辐射随轨道相位的变化）已经在凌日和非凌日两种构型的热彗星上观测到，并且可以在热的类地系外行星上观测到。我们研究了潮汐锁定的类地行星的热辐射的波长和相位的变化作为大气压力的增加，并解决这些多波段的相位曲线的可观测性和使用它们来检测大气成分的能力。我们使用了一个三维气候模式（GCM）来模拟一个类地行星在围绕M3矮星的8天轨道上的CO2大气及其作为其轨道相位的函数的表观红外辐射。我们估计的信号，光子噪声比在2.5和20微米之间的窄带为10 pc的目标观察6和1.5米的望远镜（分别为JWST和ECHO的大小）。我们发现，大气吸收带产生的签名，我们称之为变化谱。没有大气层的行星产生很大的变化，可以很容易地从密集的吸收大气层中区分出来。光子噪声限制附近系统的分光光度法可以使我们能够检测和表征的大气层的非过境类地行星已知的径向速度调查。这类观测的两个明显障碍是在至少一个轨道期间所需的光度灵敏度（1 E-5）和恒星的内在变化。然而，克服这些障碍将使获得一个数量级以上的目标比过境光谱。
2011-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric Dynamics of a Near Tidally Locked Earth-Size Planet
地球大小的行星处于或接近潮汐锁定状态的发现和表征对于理解类地行星的演化至关重要，金星是一个明显的类比。系外行星科学处于描述数百个陆地行星大气特征的起点，从而提供了远大于太阳系内有限的陆地行星大气清单的统计样本。然而，用于表征系外行星大气的基于模型的方法依赖于太阳系数据，导致我们有限的库存既是基础又是关键的大气实验室。目前的类地系外行星人口统计数据严重偏向于短周期行星，其中许多行星预计将被潮汐锁定，也可能是失控的温室候选者，类似于金星。在这里，我们描述了陆地系外行星人口的增加和气候模拟潮汐锁定的研究。这些系外行星的研究被放置在金星的背景下，金星是一个地球大小的异步转子的本地例子，接近潮汐锁定极限。我们描述了最近关于金星大气动力学的经验教训，以及这些经验教训如何与我们兄弟星球的进化有关。我们讨论了这些经验教训的系外行星大气的影响，并概述了金星气候的全面表征，以实现全面和强大的解释陆地行星大气的必要性。
2022-04-20 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation and Thermal Phase-Curve Offset of Tidally and Non-Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
利用一个理想化的大气环流模式，我们研究了类地类地行星在各种轨道构型下的大气环流。我们放松的共同假设的行星被潮汐锁定，并期待在大气动力学的作用，可以在所观察到的热相位曲线时，亚恒星点是不稳定的。在缓慢旋转的行星中，移动的强迫可以在对流层上层引起强烈的喷流，无论是逆行还是逆行，对周日强迫的速度和方向都很敏感。我们发现，与以前的浅水模型实验相一致，热相位曲线偏移是敏感的亚恒星点移动的速度在行星表面。对于一颗轨道周期已知的行星，结果表明，观测到的热点可能位于亚恒星点的东边或西边，这取决于行星是否被潮汐锁定。
2018-07-16 astro-ph.EP
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
Enhanced constraints on the interior composition and structure of terrestrial exoplanets
系外行星内部模型通常假设行星的元素丰度与其母星的元素丰度相同。主恒星丰度是行星丰度的良好代表，但仅适用于难熔元素。对于类地行星来说尤其如此，这可以从太阳与地球和其他内太阳系天体之间的整体化学成分的相对差异中得到证明。因此，行星主星的元素丰度必须被去挥发，以便正确地表示其类地行星的整体化学成分。此外，镍和轻元素与铁一起对类地行星的核心做出了重要贡献。因此，我们采用了扩展的化学网络的核心，由铁/镍比为18 $\pm$ 4（按数量）的约束。通过将这些约束应用于太阳，我们的模型再现了地幔和核心的组成，以及地球的核心质量分数。我们还将我们的建模应用于四颗具有精确测量元素丰度的系外行星宿主恒星：开普勒-10，开普勒-20，开普勒-21和开普勒-100。如果这些恒星在它们的宜居带中也有类地行星，我们发现绕开普勒-21运行的行星最像地球，而绕开普勒-10运行的行星最不像地球。为了评估岩石系外行星在内部组成和结构方面与地球的相似性，高精度的宿主恒星丰度至关重要。我们的模拟表明，丰度的不确定性应优于$\sim$ 0.04 dex，以便进行此类评估。
2018-12-03 astro-ph.EP
Brightness modulations of our nearest terrestrial planet Venus reveal atmospheric super-rotation rather than surface features
在其主星的宜居带内或附近运行的类地系外行星可能适合生命存在。有人提出，对这些行星反射星光的时间序列测量将揭示它们的自转周期、主要表面特征和一些大气信息。从Akatsuki航天器获得的图像中，我们发现金星在283，365和2020 nm处的亮度受到3.7和4.6天的两个周期中的一个或两个的调制，典型的振幅<10%，但偶尔的事件为20- 40%。调制与固体旋转无关;它们是由叠加在超旋转风上的行星尺度波引起的。在这里，我们建议，两个调制周期的大小值的比例不是一个整数意味着大气的存在，如果检测到在系外行星，但它仍然是模糊的大气是光学薄或厚，分别为地球或金星。可能需要进行多波长和长时间基线观测，以便在这两种情况之间作出决定。最终，金星代表了一个假阳性解释的亮度调制的类地系外行星的表面特征。
2020-11-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
Mineral snowflakes on exoplanets and brown dwarfs: Effects of micro-porosity, size distributions, and particle shape
系外行星大气特征已成为研究系外行星形成、演化的重要工具。然而，云仍然是表征的一个关键挑战：即将到来的空间望远镜（如JWST，ARIEL）和地面高分辨率光谱仪（如CRIRES+）将产生需要详细了解云形成和云效应的数据。我们的目标是了解云颗粒的微孔性如何影响云的结构，颗粒大小和物质成分。我们研究了微孔粒子的光谱效应，粒子大小分布，和非球形云粒子。我们扩展了我们的动力学非平衡云形成模型，并使用规定的1D（T_gas-p_gas）DRIFT-PHOENIX配置文件的网格。我们应用有效介质理论和米氏理论来模拟云粒子的光谱特性与微孔隙度和派生的粒径分布。我们使用空心球的统计分布来表示非球形云粒子的影响。高度微孔的云颗粒（90%真空）具有更大的表面积，能够在大气中比致密颗粒更高的地方有效地生长。这些矿物雪花的单次散射和横截面积的增加导致云层仅在波长约为100 ${\rm μm}$时变得光学薄，而不是在约为20 ${\rm μm}$时变得光学薄。当云粒子出现局部变化的高斯尺寸分布时，也可以看到云粒子的显著增强。非球形颗粒增加了硅酸盐光谱特征的不透明度，这进一步增加了云变得光学薄的波长。JWST MIRI将根据云的光学薄波长对微孔和非球形云粒子的特征敏感。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Earth$'$s polar night boundary layer as an analogue for dark side inversions on synchronously rotating terrestrial exoplanets
决定同步旋转行星的潜在可居住性的一个关键因素是暗侧表面和自由大气之间的大气边界层逆温的强度。在这里，我们分析了从南极和加拿大警报中心的极夜测量中获得的数据，这是地球上最接近同步旋转系外行星黑暗面条件的类似物，分别没有和有海洋影响。在地球上，这种逆温的强度很少超过30 K，这是因为由所谓的中尺度斜坡风等现象引起的湍流混合效应，这种斜坡风的水平尺度为10 s到100 s km，表明对近地表暗面逆温有类似的限制。我们讨论了反演强度对地形和全球尺度环流等因素的敏感性，并将其与Proxima Centauri b行星的模拟进行了比较。我们的研究结果表明，与地球数据的比较在系外行星研究的重要性，并强调需要进一步研究的系外行星大气塌陷问题，使用中尺度和涡分辨模型。
2020-03-13 astro-ph.EP
Atmospheric characterization of terrestrial exoplanets in the mid-infrared: biosignatures, habitability & diversity
本文论证了发展中红外波段大型天基系外行星成像任务对于表征类地行星大气、搜寻生物印记和评估宜居性的独特价值，并建议ESA在“Voyage 2050”框架下牵头推进。
2021-08-20 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Collisional formation of massive exomoons of super-terrestrial exoplanets
围绕类地或超类地系外行星运行的系外卫星尚未被发现;因此，它们的可能存在和性质仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们探索通过巨大的行星碰撞形成的系外卫星。我们利用光滑粒子流体动力学（SPH）碰撞模拟和调查一个大的相空间的地球/超地球行星碰撞。我们描述了这种碰撞的性质，发现一种罕见的情况下，其中一个exomoon形式通过一个放牧和捕获的情况下，除了一些放牧和合并或击中和运行的情况。然而，通常情况下，我们的碰撞形成巨大的环行星盘，为此，我们使用后续的N体模拟，以获得随后的系外卫星的下限质量估计。我们调查的质量，长期的潮汐稳定性，组成和起源的物质在光盘和exomoons。我们的巨型撞击模型通常会产生相对富含铁的卫星，这些卫星形成于行星的同步半径之外，因此会以稳定的轨道向外潮汐演化，而不是被摧毁。我们的研究结果表明，通过单一的巨大撞击，碰撞形成目前可探测到的绕超级类地行星运行的系外卫星是极其困难的。也许有可能通过多次撞击形成的较小的系外卫星的几次合并来形成大质量的、可探测的系外卫星，但需要更多的研究才能得出结论。鉴于目前的观测计划，搜索应主要集中在更大的行星类别。然而，我们的模型预测的大约四分之一的系外卫星大约是水星质量或更多，并且更有可能被检测到，因为未来仪器的检测能力提高了2倍，这为它们的发展提供了进一步的动力。
2020-01-28 astro-ph.EP
Identification and characterization of the host stars in planetary microlensing with ELTs
微透镜提供了一个独特的机会来探测温带和雪线以外的系外行星，小到木星卫星，在银河系外的距离，甚至自由浮动的系外行星，其他方法的灵敏度急剧下降的制度。这是因为微透镜效应并不依赖于行星宿主恒星的亮度。因此，微透镜方法在研究雪线以外的系外行星方面提供了很大的优势，对核心吸积机制进行了测试，特别是在气体吸积形成巨行星的逃逸阶段。在这里，我们建议使用微透镜方法稳健且常规地测量距离宿主恒星超过1 AU的系外行星的质量;我们的实验依赖于直接对宿主恒星（即透镜）进行成像和解析，使其与微透镜事件的背景源分离，这需要ELT提供的高空间分辨率。这个项目的一个直接结果将是雪线以外的行星出现率，这将使我们能够辨别不同的行星形成机制。
2019-03-11 astro-ph.EP
Analogous response of temperate terrestrial exoplanets and Earth's climate dynamics to greenhouse gas supplement
本文通过ExoCAM和CMIP6模拟对比TRAPPIST-1e与地球，发现CO2补充在非受照区域引发类似放大增温并改变全球环流，同时增加近地表稳定性、降低低气压稳定性，揭示两类行星气候动力学对温室气体补充具有一致的相对响应。
2023-07-05 astro-ph.EP physics.ao-ph
Stellar Aspects of Habitability: Characterizing Target Stars for Terrestrial Planet Search Missions
在本文中，我们提出和讨论的标准，选择潜在的目标恒星适合寻找类地行星，特别强调恒星方面的可居住性。搜寻类地系外行星的任务将探索数百颗邻近恒星（主要是F、G、K和M恒星）周围类地系外行星的存在和可居住性。必须对潜在目标系统清单进行评估，以便制定搜寻类地系外行星的飞行任务概念。利用达尔文全天星表（DASSC），我们讨论了恒星的选择标准，配置相关的子目录和恒星活动的可居住性的含义。
2010-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Impact of Planetary Rotation Rate on the Reflectance and Thermal Emission Spectrum of Terrestrial Exoplanets Around Sun-like Stars
需要建立强有力的大气和辐射转移模型，以正确解释类地系外行星的反射光和热发射光谱。这将有助于打破众多大气，行星和恒星因素之间的观测简并性，这些因素驱动行星气候。在这里，我们使用ROCKE-3D大气环流模型模拟了太阳周围类似地球的世界的气候，这些世界的旋转周期越来越慢，从类似地球到完全与太阳同步。然后，我们提供这些结果作为输入的光谱行星模型（SPM），它采用智能辐射转移模型来模拟行星的光谱，因为它将被观察到从未来的太空望远镜。我们发现，行星自转速率减慢的主要可观察影响是云分布、高度和不透明度的改变，这些变化随后通过改变生物相关气体物种的吸收带深度（例如，H2O、O2和O3）。我们还确定了一个潜在的诊断功能的同步旋转的世界中红外H2O吸收/发射谱线。
2020-04-01 astro-ph.EP
The influence of bulk composition on long-term interior-atmosphere evolution of terrestrial exoplanets
目的：类地行星的次级大气层是在地质时期与内部相互作用的结果而形成和演变的。我们的目标是量化的影响，行星的整体组成的内部-地球大小的类地行星的大气演化，以帮助解释未来的观测地球系外行星的大气。研究方法：我们使用的地球化学模型，以确定主要元素组成的行星内部（MgO，FeO和SiO2）的岩浆海洋结晶后，行星形成，预测的组成配置文件的内部作为我们的长期热演化模型的初始条件。我们的一维演化模型预测的压力-温度结构的内部，我们用来评估近表面的熔体生产和随后的挥发性放气。挥发物根据质量守恒在内部和大气之间交换。结果如下：基于Hypatia目录中报告的恒星组成，我们预测大约一半的岩石系外行星具有作为单层对流（全地幔对流）的地幔，另一半由于存在中地幔成分边界而表现出双层对流。双层对流是更有可能的行星与高块体行星铁含量和低镁/硅比。我们发现，低Mg/Si比的行星往往冷却缓慢，因为它们的地幔粘度高。因此，低Mg/Si的行星也倾向于通过广泛的熔化迅速失去挥发物。此外，岩石圈的动力学机制（板块构造与停滞盖）对热演化和挥发物循环具有一级影响。这些结果表明，地球外行星大气的组成可以提供信息的动力学制度的岩石圈和内部的热化学演化。
2020-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
Solid grains ejected from terrestrial exoplanets as a probe of the abundance of life in the Milky Way
本文提出通过收集系外行星小行星撞击喷射至太阳系的约1 $μ$m固体微粒来探测生命，预计每年约 $10^5$ 颗此类微粒抵达地球，可通过太空探测器或极地冰层提取以寻找生物特征。
2023-02-10 astro-ph.EP astro-ph.GA q-bio.PE
Interior convection regime, host star luminosity, and predicted atmospheric CO2 abundance in terrestrial exoplanets
本研究通过耦合地质与大气模型模拟两种地幔对流状态下类地行星的演化，发现两类行星宜居气候占比相近，但可通过探测25颗行星的CO₂丰度（>0.1 bar）以高置信度推断主导对流状态，为未来空间望远镜任务设计提供参考。
2024-12-10 astro-ph.EP
A Catalog of Exoplanets with Equilibrium Temperature less than 600 K
NASA的系外行星档案搜索了平衡温度低于600 K，质量不确定性小于27%，半径不确定性小于8%的行星。这次搜索产生了93颗行星，质量从0.3到1680 ME;如果包括太阳系行星，则有101颗行星。本目录中样品的特征是：（1）94%的类地行星的质量小于2.9 ME，半径小于1.4 RE，（3）样本的人口略有下降，与先前确定的半径差距从1.5到2.0 RE一致，（4）半径范围在1.50至2.25 RE的行星符合富含气体的陆地成分或岩石冰陆地成分，具有超临界水圈和小于20%的水团分数，（5）在4.5 ~ 7.5RE半径范围内观测到一个超海王星半径沙漠;（6）土星组成的行星质量在15 ~ 170 ME之间，半径在7.9 ~ 10.1RE之间，（7）在样本中发现了一个几乎贫瘠的亚土星质量半径沙漠，这表明缺乏质量超过20 ME和半径在4.0至7.5 RE范围内的行星，（8）大多数木星组成的行星的半径在10.9和12.4 RE之间，质量超过200 ME，（9）除了少数例外，行星半径可以用作行星组成分类的代理，分为陆地，富含气体的陆地或超临界水圈陆地，岩石-冰巨人，和气体巨星组成类这个样本的Teq小于600 K的行星。该样品的特征与核心吸积模型的几个预测一致，包括气体吸积和失控吸积的临界核心质量的预测值，卵石隔离质量和土星质量沙漠。
2023-03-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Stellar Proton Event-induced surface radiation dose as a constraint on the habitability of terrestrial exoplanets
发现在邻近恒星周围的宜居带中运行的类地系外行星是现代天文学的重大发展之一。超过12颗这样的行星，如Proxima Centauri b和TRAPPIST-1 e，都处于近距离配置中，它们与主恒星的接近使它们对恒星活动高度敏感。像耀斑这样的偶发事件有可能对近距离行星造成严重破坏，对它们的可居住性产生不利影响。快速旋转的年轻M型恒星上的耀斑发生频率比G型恒星高出100倍，这使得它们的行星更容易受到恒星活动的影响。恒星质子事件（SPE）产生的恒星高能粒子（SEP）会造成大气层破坏（侵蚀和光化学变化），并产生次级粒子，从而导致行星表面辐射剂量增加。我们探讨的SPE和行星因素在确定行星表面辐射剂量的作用。这些因素包括SPE通量和光谱，行星柱密度和磁场强度。以1956年至2012年期间观测到的70个主要太阳事件的粒子谱为代表，我们使用GEANT 4蒙特卡罗模型模拟SPE与系外行星大气的相互作用，并计算表面辐射剂量。我们证明，除了注量，SPE光谱也是一个决定表面辐射剂量的关键因素。我们讨论了这些发现在约束类地系外行星的可居住性的影响。
2019-10-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Plausible constraints on the range of bulk terrestrial exoplanet compositions in the Solar neighbourhood
本研究基于恒星化学丰度分析，约束太阳邻域岩石系外行星的组成范围，发现恒星Fe/Mg与核心大小强相关，Mg/Si指示地幔矿物学，并提出21种代表性行星组成供建模研究使用。
2022-12-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
The atmospheric circulation and climate of terrestrial planets orbiting Sun-like and M-dwarf stars over a broad range of planetary parameters
最近发现的温带类地行星绕附近的恒星和承诺的特点，其大气激发了需要了解的多样性可能的行星参数如何影响气候的类地行星。在这项工作中，我们调查的大气环流和气候的类太阳和M-矮星的类地系外行星的轨道上广泛的可能的行星参数，包括行星自转周期，表面压力，入射恒星通量，表面重力，行星半径和云粒子大小。我们这样做使用的大气环流模式（GCM），其中包括非灰色辐射转移和云的影响。从这套模拟的结果一般表现出定性相似的依赖关系的环流和气候的行星参数作为理想化的GCM，与定量的差异，由于包括额外的模型物理。值得注意的是，我们发现有效云粒子大小是一个关键的未知参数，可以极大地影响类地系外行星的气候。我们证实了低和高白昼侧云覆盖率的同步旋转的类地行星旋转周期增加之间的过渡。我们确定，这种云的过渡是由于涡驱动的收敛附近的亚恒星点，不应该是参数化依赖。最后，我们计算全相位光变曲线从我们的模拟行星绕M-矮星，发现改变入射恒星通量和旋转周期影响可观察到的属性的类地系外行星。我们的GCM结果可以指导对未来太空望远镜观测到的广泛可能的类地系外行星的行星气候的预期。
2019-02-08 astro-ph.EP
Optical Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet LHS 3844b from 13 Ground-Based Transit Observations
对光谱可及的类地系外行星的大气研究为这些世界和太阳系类地行星之间的比较行星学奠定了基础。LHS 3844 b是一颗高辐射的类地系外行星（R=1.303+/-0.022R_Earth），绕着一颗距离地球15秒差距的中M矮星运行。基于近红外斯皮策相位曲线的工作排除了这颗行星上表面压力>/=10巴的大气。我们提出了13个凌日观测LHS 3844 b采取的麦哲伦粘土望远镜和LDSS 3C多目标光谱仪覆盖620-1020 nm。我们使用高斯过程回归分别分析了13个数据集，并提出了白色和光谱光曲线。在组合白光曲线中，当合并到10分钟时，我们实现了65 ppm的RMS精度。（Rp/Rs）^2的平均白光曲线值为0.4170+/-0.0046%。为了构建透射光谱，我们将白光曲线分成20个分光光度带，每个带跨度为20 nm，并计算每个带的（Rp/Rs）^2的平均值。我们比较了两套大气模型的透射谱。我们不赞成一个清晰的，太阳组成的大气（mu=2.34）与表面压力>/=0.1巴至5.2西格玛的信心。我们不赞成表面压力>/=0.1 bar至低置信度（2.9-sigma）的透明H2O蒸汽气氛（mu=18）。我们观察到的透射光谱倾向于一条平线。对于表面压力>/=1 bar的太阳成分大气，我们排除了云顶压力为0.1 bar（5.3-sigma）的云，但我们无法解决低压下的高空云。我们的研究结果进一步证明LHS 3…
2020-08-12 astro-ph.EP
