On the Temperature Profiles and Emission Spectra of Mini-Neptune Atmospheres
对围绕M矮星运行的迷你海王星的大气观测开始提供对它们化学和热性质的限制，同时也提供了关于它们内部和潜在表面的线索。由于它们相对较大的尺度高度和较大的行星-恒星对比度，迷你海王星目前是描述温带低质量系外行星的理想目标。了解迷你海王星的热结构和光谱外观对于了解其大气的各个方面非常重要，包括辐射/对流能量输送，内部的边界条件以及潜在的可居住性。在本研究中，我们探索这些方面的迷你海王星使用自洽模型的气氛。首先，我们探索的影响，辐射，内部通量，金属丰度，云和霾的大气温度廓线和热发射光谱的温带迷你海王星。特别是，我们调查这些属性的影响上的辐射对流边界和低层大气中的热力学条件，作为与内部和/或潜在的表面的接口。基于最近关于迷你海王星K2-18 b可居住性的建议，我们发现了一系列物理驱动的大气条件，这些条件允许在这些行星富含H_2的大气下存在液态水。我们发现，JWST/MIRI分光光度法的热辐射观测可以对温和的迷你海王星（如K2-18 b）的可居住性进行有用的限制，并对较温暖的行星（如GJ 3470 b）的化学和热性质提供更详细的限制。我们的研究结果支持了温带迷你海王星的潜力，如K2-18 b作为寻找可居住系外行星的有希望的候选者。
2020-09-23 astro-ph.EP
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
Properties of Sub-Neptune Atmospheres: TOI-270 System
我们研究了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）探测和表征TOI-270系统中亚海王星系外行星大气层的潜力。亚海王星被认为更可能是水世界而不是气体矮星。我们使用三种大气成分模拟它们的大气-两个以氢为主的大气和一个以水为主的大气。然后，我们模拟这些大气的红外透射光谱的JWST仪器模式优化过境观测系外行星大气：NIRISS，NIRSpec和MIRI。然后，我们预测每个系外行星大气的可观测性。TOI-270 c和d是使用JWST透射光谱检测大气的优秀目标，仅需要使用NIRISS，NIRSpec和MIRI进行一次过境观测;对于清晰的富氢大气，可以获得更高的信噪比（SNR）。用NIRISS和NIRSpec进行少于3次的转变可能足以揭示分子特征。以水为主的大气层需要更多的凌日。在以水为主的大气中，水的光谱特征可以在2或3次凌日中用NIRISS探测到。我们发现，在多云的，富含H的大气中的光谱特征的检测不需要积分，只要那些所需的水为主的大气，这是一致的大气平均分子量的差异。TOI-270 c和d可能是JWST对亚海王星大气进行过境观测的主要目标。这些结果为观测者提供了有用的预测，他们可能会建议使用JWST来探测和表征TOI-270行星的大气层。
2020-04-26 astro-ph.EP
Magma ocean interactions can explain JWST observations of the sub-Neptune TOI-270 d
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy, University of Maryland（马里兰大学天文学系）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文学与天体物理学系）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学学会地球与行星实验室）
本研究通过建模揭示岩浆-大气相互作用可解释海王星类TOI-270 d大气中高分子含量，无需额外冰质物质积累。
2026-02-24 astro-ph.EP
ALMA detection of sulfur dioxide and carbon monoxide in the atmosphere of Neptune
空间和地面观测表明，巨大的冰行星海王星的大气层中存在许多活动和不稳定性。利用高分辨率阿塔卡玛大毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的7波段观测资料，对SO_2转动发射线（SO $_{2}$）进行了光谱探测，其频率为$ν$ = 343.476 GHz，跃迁J=57 $_{15,43}$ $-$ 58 $_{14,44}$ .我们还重新检测一氧化碳（CO）的发射线在频率$ν$ = 345.795 GHz的过渡J=3 $-$ 2。用$\geq$ 4 $σ$探测了尼泊尔大气中SO、$_{2}$和CO的分子谱线，并具有统计学意义。SO $_{2}$的统计柱密度为N（SO $_{2}$）= 2.61 $\times$ 10 $^{15}$ cm $^{-2}$，旋转温度$T_{SO_{2}}$ = 50 K; CO的统计柱密度为N（CO）= 1.86 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-2}$，旋转温度$T_{CO}$ = 29 K。海王星大气中SO $_{2}$的典型混合比为1.24 $\times$ 10 $^{-10}$，CO为0.88 $\times$ 10 $^{-6}$。自1994年以来，海王星大气中的SO $_{2}$和CO气体可能是由于Shoemaker-Levy 9撞击木星行星而产生的。
2021-05-06 astro-ph.EP
Is the hot, dense sub-Neptune TOI-824b an exposed Neptune mantle? Spitzer detection of the hot day side and reanalysis of the interior composition
开普勒和TESS任务揭示了大量的亚海王星系外行星。尽管如此丰富，我们对亚海王星的性质和成分多样性的理解仍然有限，在很大程度上是因为通过透射光谱的大气研究几乎完全针对低密度的亚海王星，甚至那些经常受到高海拔云层影响的亚海王星。最近TESS发现的热的，致密的TOI-824 b（$2.93\,R_\oplus$和$18.47\,M_\oplus$）打开了一个新的窗口，通过使通过二次日食的致密的亚海王星科学的研究。在这里，我们提出了TOI-824 b的热日侧通过斯皮策二次日食观测$3.6$和$4.5\,\mathrm{μm}$通道，结合其内部组成的再分析。测得的日食深度（142 $^{+57}_{-52}$和245 $^{+75}_{-77}$ ppm）和亮度温度（1463 $^{+183}_{-196}$和1484 $^{+180}_{-202}$ K）表明，热再分布较差（$f>$ 0.49）和邦德低反射率（A $_{B}<$ 0.26）。我们的结论是，TOI-824 b可能是一个“暴露的海王星地幔”：一颗行星，其内部像海王星一样富含水，从未吸积过氢包层，或者随后失去了氢包层。然后，高金属丰度包层重新发射了大部分来自白天的辐射，自然解释了炎热的白天温度。TOI-824 b的密度也与一个巨大的岩石核心一致，该核心吸积了高达1%的氢，但观测到的日食深度有利于我们的高金属丰度GCM模拟，太阳金…
2022-11-21 astro-ph.EP
Carbon-rich Sub-Neptune Interiors Are Compatible with JWST Observations
本文提出亚海王星可能具有铁硅酸盐核、碳层和氢氦外壳构成的富碳内部结构，并通过光谱模拟证明TOI-270 d和K2-18 b与HST及JWST观测相容，而GJ 1214 b在假设原初大气条件下被排除。
2025-08-20 astro-ph.EP
Thermodynamically Governed Interior Models of Uranus and Neptune
天王星和海王星的内部模型通常假设离散的层，但只有当主要成分不混溶时，才有望出现尖锐的界面。如果吸积有利于挥发性最小的成分（顺便说一下也是最密集的）集中在中心，扩散界面可能会出现;在这种结构中出现的成分梯度可能会抑制对流。目前，有两条证据表明冰巨星内部可能存在氢-水不相容性。第一种是将实验氢-水临界曲线粗略外推至$\sim 3$ GPa（Bali等人，2013年）。这些数据是从一个含有硅酸盐的不纯系统中获得的，尽管天王星和海王星也可能是“脏的”。“目前的从头算模型不同意（Soubiran & Militzer 2015），尽管氢和水很难从第一原理量子力学以必要的精度建模。本文概述的冰巨星中氢-水不相容性的第二个论点，涉及到引力场和磁场的推理。虽然仍然缺乏共识，但我们在这里研究不相容的情况。应用由此产生的热力学约束，我们发现，海王星模型的信封含有大量的水摩尔分数，尽可能多的$χ\gtrsim 0.1$相对于氢，可以满足观测。相比之下，天王星模型似乎需要$χ\lesssim 0.01$，这可能暗示了氢和水的完全分离。氢-水的逐渐分离将提供足够的重力势能，足以为海王星提供大约十个太阳系生命周期的热流。氢-水的分层可以将海王星的冷却速度减慢一个数量级;不同的氢-水分层状态可以解释天王星和海王星不同的热流。
2021-01-30 astro-ph.EP
Possibilities for an Aerial Biosphere in Temperate Sub Neptune-Sized Exoplanet Atmospheres
通过探测系外行星大气生物特征气体寻找生命迹象的工作正在取得进展。然而，只有少数岩石系外行星的大气层适合用计划中的下一代望远镜进行观测。为了拓宽前景，我们描述了一个空中的，液态水云为基础的生物圈在亚海王星大小的温带系外行星的大气层中的可能性，那些接收类似地球的辐射从他们的主恒星。已知有一颗这样的行星（K2- 18 b），其他候选者正在跟踪。亚海王星比岩石系外行星更常见，也更容易观测研究，因为它们的体积更大，密度更低，大气层或包层更大。然而，正如我们所知，海王星下缺乏任何固体表面，因此值得考虑它们的大气层是否能够支持空中生物圈。我们回顾，综合，并建立在现有的研究。被动的微生物类生命粒子必须在有液态水云的地区持续足够长的时间进行代谢、繁殖和传播，然后才能向下运输到较低的海拔，那里可能太热，任何种类的生命都无法生存。需要动力学研究来充实生命粒子停留时间的定量细节。子海王星需要成为具有不稳定小行星带的行星系的一部分，以便陨石物质提供营养，尽管生命也需要有效地重复使用和回收金属。生命的起源可能是最严峻的限制性挑战。不管不确定性如何，我们可以对寻找生物特征气体保持开放的态度，作为对亚海王星系外行星的一般观测研究的一部分。
2021-06-14 astro-ph.EP
Redefining interiors and envelopes: hydrogen-silicate miscibility and its consequences for the structure and evolution of sub-Neptunes
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, The University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）
该研究通过考虑氢-硅酸盐混溶性，重新定义了类海王星内部和包层的结构演化，揭示了氢储存与释放对行星收缩和热演化的影响。
2025-09-16 astro-ph.EP
A new convection scheme for GCMs of temperate sub-Neptunes
本文提出一种可用于三维GCM的新质量通量对流方案，能刻画非稀薄及富氢背景大气中的对流差异，并在TRAPPIST-1e类地情形和K2-18b迷你海王星情形中得到验证。
2025-02-17 astro-ph.EP
Icy or rocky? Convective or stable? New interior models of Uranus and Neptune
University of Zürich（苏黎世大学）
该研究提出了一种新的方法，用于构建乌尔坎和海王星的内部模型，发现其内部结构可能包含水主导或岩质主导的配置，并挑战了传统将二者归类为冰巨星的观点。
2025-10-28 astro-ph.EP
The metal-poor atmosphere of a Neptune/Sub-Neptune planet progenitor
研究通过V1298 Tau b的透射光谱发现其拥有低金属度原始大气和水蒸气吸收，质量与密度极低，挑战核吸积理论并支持卵石吸积原位形成。
2023-12-28 astro-ph.EP
1D photochemical model of the ionosphere and the stratosphere of Neptune
海王星仍然是一个神秘的世界，值得进一步探索，是未来行星任务的一个高度优先目标，以便更好地了解冰巨行星的形成和演变。为了研究海王星大气中碳氢化合物和氧物种的起源和演化，我们建立了一个耦合的离子中性一维光化学模式。最新的化学方案来自土卫六大气层的化学方案，该方案与卡西尼-CIRS对氧物种和主要碳氢化合物的观测结果非常一致。我们得到的主要结果如下：离子-中性化学耦合在海王星大气中产生相对高丰度的芳烃（特别是苯）。我们的模型结果与观测结果吻合良好（考虑模型的不确定性）。大气层中有两个电离层峰值，分别位于10 $^{-5}$ mbar和10 $^{-3}$ mbar左右的压力水平之上。海王星上层大气中的氧物质的流入对许多离子的浓度有影响。我们表明，在海王星的大气中的原位探测将提供非常有趣的限制，特别是关于氧物种的起源和离子化学的贡献的光化学模型。对高层大气化学的精确描述对于更好地了解这颗行星的内部组成和形成过程至关重要。
2020-11-16 astro-ph.EP
TOI-421 b: A Hot Sub-Neptune with a Haze-Free, Low Mean Molecular Weight Atmosphere
本文利用JWST透射光谱研究热亚海王星TOI-421 b，发现其大气无霾且平均分子量低，与太阳金属丰度一致，并支持高温亚海王星因缺甲烷而不形成碳氢霾的观点。
2025-01-02 astro-ph.EP
Laboratory Simulations of Haze Formation in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes: Particle Color and Size Distribution
超级地球和迷你海王星是约3500颗已确认的系外行星中最丰富的行星类型，预计将呈现出各种各样的大气成分。最近超级地球和迷你海王星的透射光谱已经证明了系外行星在其大气层的高海拔处有薄雾/云层的可能性。然而，这些粒子在系外行星大气中的组成、尺寸分布和光学性质却知之甚少。在这里，我们介绍了在一系列行星大气条件下光化学雾霾形成的实验室研究结果，以及对产生的雾霾颗粒颜色和尺寸的观察结果。我们发现，大气温度和金属含量强烈影响颗粒的颜色和大小，从而改变颗粒的光学性质（例如，吸收率、散射等）;在更大的范围内，这会影响系外行星的大气和地面温度，以及它们潜在的可居住性。我们的研究结果提供了对烟雾形成和颗粒特性的限制，这些限制可以作为系外行星大气建模的关键输入，并指导未来使用凌日系外行星勘测卫星（TESS），詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外勘测望远镜（WFIRST）对超级地球和迷你海王星的观测。
2018-03-05 astro-ph.EP
Resolving the flat-spectrum conundrum: clumpy aerosol distributions in sub-Neptune atmospheres
研究通过分析亚 Neptune行星TOI-776c的传输光谱，发现浓密气溶胶分布能解释其平坦光谱与低金属度大气层之间的矛盾。
2025-11-24 astro-ph.EP
The upper atmospheres of Uranus and Neptune
我们回顾了目前对天王星和海王星上层大气的理解，并探讨了即将到来的研究这些令人兴奋的行星的机会。冰巨星是太阳系中最不为人所知的行星，仅分别在1986年和1989年被一艘航天器访问过。高层大气在将大气与磁场中的力和过程联系起来方面起着关键作用。例如，极光电流系统可以驱动带电粒子进入大气层，通过焦耳加热的方式加热它。对H $_3^+$的地面观测提供了对高层大气内发生的物理特性和过程的有力的远程诊断，并为天王星提供了丰富的数据集。这些观测跨越了近三十年，揭示了高层大气在1992年至2018年期间以每年约8 K的速度持续冷却，从$\sim$ 750 K到$\sim$ 500 K。这种趋势的原因尚不清楚，但可能与由于倾斜和偏移磁场导致的焦耳加热率的季节性变化有关，或者可能与碳氢化合物垂直分布的变化有关。H $_3^+$尚未在海王星被发现，但这一发现为即将到来的设施，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和下一代30米望远镜提供了唾手可得的成果。探测海王星的H $_3^+$将使自1989年以来首次对其高层大气进行表征。为了充分了解冰巨星，我们需要专门的轨道任务，就像卡西尼号探测土星一样。只有将对磁场的现场观测与在轨遥感相结合，我们才能完整地了解能量如何在大气和磁场之间移动。
2020-09-04 astro-ph.EP
The effect of Lyman $α$ radiation on mini-Neptune atmospheres around M stars: application to GJ 436b
围绕M星运行的迷你海王星是已知系外行星中数量不断增加的一部分。它们中的一些非常靠近它们的主恒星，接收大量的紫外线辐射。许多M星在H I Lyman $α$谱线（Ly $α$）发出强烈的色球层辐射，位于1215.67 nm，是最明亮的远紫外发射谱线。我们发现，进入的Ly $α$通量的影响可以显着改变的微型海王星的大气的光化学。我们以GJ 436 b为例，考虑其大气成分的不同金属丰度。对于太阳成分，H $_2$ O-混合比由于Ly $α$辐射而显示出最大的变化。H $_2$ O吸收大部分辐射，从而屏蔽CH $_4$，其解离主要由其他远紫外波长（$\sim1300$）的辐射驱动。H $_2$ O的光解作用也会影响大气中的其他物质，包括H、H $_2$、CO $_2$、CO、OH和O。对于金属丰度高的大气，H $_2$ O-和CO $_2$ -混合比变化最大，从而屏蔽CH $_4$。直接测量主恒星的紫外线通量对于了解系外行星大气中的光化学非常重要。这是至关重要的，特别是在1到10个$^{-6}$条之间的区域，这是产生大多数可观测光谱特征的大气部分。
2014-10-08 astro-ph.EP
Haze Production in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes: Insights from the Lab
许多太阳系的大气层都有气溶胶，包括土卫六和冥王星特有的有机烟雾。烟雾颗粒显著影响大气温度结构，并且可以向世界的表面提供有机材料，从而影响其可居住性。对系外行星大气层的观测表明存在气溶胶，特别是在较冷（<800 K），较小（<0.3倍木星质量）的系外行星。目前还不清楚使系外行星大气的光谱特征消失的气溶胶是冷凝云还是光化学烟雾，这很难仅从理论上预测。我们在这里提出的第一个实验室烟雾模拟实验的大气成分预计超级地球和迷你海王星。我们探索了从300到600 K的温度和一系列大气金属含量（100倍、1000倍、10000倍太阳能）;所有的模拟大气都产生了粒子，（300和400 K）1000倍太阳金属丰度（“H2O主导”，富含CH 4）实验显示出比我们的标准Titan模拟更高的霾产生速率（约10 mg/hr，而Titan为7.4 mg/hr）。然而，粒子的产生速率变化很大，测量的速率低至0.04毫克/小时（100倍太阳金属丰度，600 K）。在这里，我们表明，我们应该期待一些，但不是全部，超级地球和迷你海王星的大气层拥有厚厚的光化学产生的阴霾。
2018-01-19 astro-ph.EP
Helium Depletion in Escaping Atmospheres of Sub-Neptunes: A Signature of Primary-to-Secondary Transition
研究通过模拟大气逃逸和脱气过程，揭示短周期亚 Neptune 星系中氦耗尽与原生到次生大气过渡的关系。
2025-11-19 astro-ph.EP
Water Vapour Absorption in the Clear Atmosphere of an exo-Neptune
到目前为止，透射光谱学已经在木星大小的系外行星中检测到原子和分子吸收，但是在过境期间测量较小（海王星大小）行星大气中分子吸收的密集努力只显示了无特征的光谱。由此得出的结论是，大多数小而温暖的行星在其大气层中进化以维持高平均分子量，不透明的云或散射的薄雾，模糊了我们观察这些大气层组成的能力。在这里，我们报告的观察HAT-P-11b（~4地球半径）从光学到红外的透射光谱。我们在1.4微米波长处检测到水蒸气吸收。水吸收的幅度（约为百万分之250）表明行星大气在~1毫巴以下主要是清洁的，并且足够富含氢以显示大尺度高度。该光谱表明行星大气的重元素丰度上限约为太阳的700倍。这与行星形成的核心吸积理论非常一致，在该理论中，气体巨行星通过直接将原行星星云中富含氢的气体吸积到一个巨大的岩石或冰的核心上来获得它们的大气层。
2014-09-29 astro-ph.EP
Neptune's Inner Moons and Rings Are Exposed Icy Body Interiors
California Institute of Technology（加州理工学院）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
本研究通过詹姆斯·韦伯空间望远镜观测海王星内卫星与环，发现其含富镁层状硅酸盐，推测由被摧毁原始卫星的内部物质再吸积形成，可获取外太阳系已分化冰质天体内部组成。
2026-07-31 astro-ph.EP
Monosilane Worlds: Sub-Neptunes with Atmospheres Shaped by Reduced Magma Oceans
本文提出考虑H₂O溶解进入岩浆洋后，单硅烷可在具有无FeO还原岩浆洋的亚海王星大气中持续存在，并通过一维大气化学模型揭示其摩尔分数可达0.1–10%，为未来探测还原岩浆洋岩石核心提供依据。
2025-05-06 astro-ph.EP
The Role of Intrinsic Temperature and Vertical Mixing in Characterizing Sub-Neptune Atmospheres
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Southeastern Universities Research Association（东南部大学研究协会）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）；University of Washington（华盛顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文通过探索固有温度与垂直混合参数的全面范围，揭示其对类海王星大气成分的影响，以更准确地表征其大气结构。
2026-01-26 astro-ph.EP
Can Carbon Fractionation Provide Evidence for Aerial Biospheres in the Atmospheres of Temperate Sub-Neptunes?
对其他星球生命迹象的搜寻主要集中在类地行星上。然而，最近的研究认为，生命可能存在于温带亚海王星的大气中。在这里，我们评估二氧化碳同位素作为空中生命证据的有用性。碳同位素特别重要，因为代谢过程优先使用较轻的$^{12}$ C而不是$^{13}$ C。原则上，即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将能够光谱解析CO $_{2}$的$^{12}$ C和$^{13}$ C同位素，但不能解析CO和CH $_{4}$。我们模拟了观测CO $_{2}$同位素在H $_{2}$为主的大气中我们最近的（$< 40$ pc），温带（平衡温度为250-350 K）次海王星与M矮宿主星。我们发现$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$是可区分的，如果大气层是H $_{2}$为主的几个百分点的CO $_{2}$的最理想的目标与地球一样的组成的两个最丰富的同位素，$^{12}$ CO $_{2}$和$^{13}$ CO $_{2}$。由于类海王星的金属丰度为100 $\times$太阳能，C/O为0.55，我们无法在温带次海王星的大气中区分$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$。如果大气成分基本上遵循金属丰度标度，则在H $_{2}$占主导地位的大气中，CO $_{2}$的浓度将过低，无法区分CO $_{2}$同位素与JWST。相比之下，在较高…
2022-05-12 astro-ph.EP
Sub-Neptunes as Soot Factories: Deep Atmosphere Hydrocarbon Formation and Quenching as the Origin of Sub-Neptune Aerosol Trends
The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Maryland（马里兰大学）
研究通过构建最全面的碳反应网络，揭示了深大气中碳氢化合物形成与淬灭机制，解释了亚 Neptune 气溶胶趋势的化学起源。
2026-05-02 astro-ph.EP
An Equation of State for Supercritical Silicate-Hydrogen Mixtures at Sub-Neptune Interior Conditions
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究构建亚海王星内部条件下超临界MgSiO₃H₄的物态方程，发现其热力学与结构特性异于纯MgSiO₃液体，将其应用于亚海王星结构模型可更准确分析氢分配对行星绝热曲线的影响。
2026-08-28 astro-ph.EP
The SPACE Program. I. The featureless spectrum of HD 86226 c challenges sub-Neptune atmosphere trends
本研究通过HST数据表征了炽热亚海王星HD 86226 c，发现其透射光谱无特征，排除了无云太阳金属丰度大气，表明该行星可能具有高金属丰度大气或非典型云层，挑战了已有的亚海王星气溶胶趋势。
2025-08-13 astro-ph.EP
Characterising Atmospheres of Cloudy Temperate Mini-Neptunes with JWST
即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）承诺在使用凌日光谱学研究温和的迷你海王星大气方面发生一代人的转变。然而，高海拔云的威胁，阻碍他们的大气特性的静音光谱特征。在这项研究中，我们系统地调查JWST仪器配置的特点多云的小海王星大气，评估仪器选择和波长覆盖的重要性，重点是近红外光谱仪和NIRSpec。我们认为两个温和的迷你海王星附近的M矮星，K2-18 b和TOI-732 c，平衡温度低于400 K，作为案例研究和评估使用不同的仪器配置，每个仪器一个过境的意见。我们发现，他们的JWST透射光谱与适度的观测时间和足够的波长覆盖范围可以提供精确的丰度限制的关键分子H2O，CH 4和NH3，即使在显着高海拔的云的存在下。最佳约束条件是通过组合所有三个高分辨率NIRSpec光栅（G140 H + G235 H + G395 H）获得的，这些光栅共同跨越~1-5 $μ$ m范围。使用这种三仪器配置进行的单次凌日观测允许对K2-18 b和TOI-732 c的云顶压力分别进行精确的丰度限制，分别低至3 mbar和0.1 mbar，假设标称太阳金属丰度为10倍。约束因工具组合而异。我们发现，NIRSpec G235 H + G395 H是最佳的双仪器配置，而NIRISS或NIRSpec G235 H是最佳的单仪器观测。如果没有高空云层，即使是单仪器观测也可以为这些行星提供良好的丰度限制。我们的研究…
2022-05-03 astro-ph.EP
Impact of Clouds on the Atmosphere-Mantle Interface of Sub-Neptunes
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系）；NASA Ames Research Center（NASA艾姆斯研究中心）；SETI Institute（SETI研究所）
使用PICASO 1D气候模型耦合内部结构和岩浆-大气化学框架，量化云如何改变亚海王星的大气和内部结构，发现云会导致深层加热和浅层冷却，并显著改变界面组成。
2026-05-26 astro-ph.EP
Non-detection of Helium in the Upper Atmospheres of Three Sub-Neptune Exoplanets
我们提出了在三个亚海王星大小的行星的上层大气中寻找氦，以调查这些无处不在的物体的起源。低密度行星中氦的检测将成为原行星星云吸积初级大气存在的强有力证据，因为预计岩石行星的次级大气中不会存在大量氦。我们使用Keck+NIRSPEC获得了行星GJ1214b，GJ9827d和HD97658b围绕10，833 Ang He三重态特征的高分辨率凌日光谱。我们没有检测到任何行星的氦吸收，尽管达到了高水平的灵敏度。我们通过比较一维模型的网格与数据，使用未检测来设定行星热层温度和大气损失率的限制。我们还进行了内部结构和大气损失的耦合计算，这表明行星的大部分大气（风）相对于其原始组成来说，氦的含量最多会适度增加（耗尽）。我们对GJ1214 b和GJ9827 d的氦三重态的探测不足，与这些行星目前质量损失模型的预测高度不一致。需要更高的信噪比数据来检测HD97658b预测的氦特征。我们确定的不确定性，在EUV通量的宿主恒星和缺乏详细的质量损失模型，专门为冷却和金属增强的大气作为我们的结果的解释的主要限制。最终，我们的研究结果表明，亚海王星行星的上层大气与气体巨行星的大气有着根本的不同。
2020-10-05 astro-ph.EP
Strong fractionation of deuterium and helium in sub-Neptune atmospheres along the radius valley
研究使用 IsoFATE 模型模拟亚海王星大气逃逸中的氘和氦分馏，发现分馏机制和质量保留依赖性可为探究半径谷起源、行星表面压力及区分行星类型提供新策略。
2024-04-26 astro-ph.EP
New indication for a dichotomy in the interior structure of Uranus and Neptune from the application of modified shape and rotation data
自从旅行者号飞越天王星和海王星以来，从对行星卫星运动的长期观测中得到了改进的重力场数据，并提出了修改的形状和固体旋转周期。与旅行者数据相比，天王星的旋转周期更快（-40 min），海王星的旋转周期更慢（+1 h20），发现动态高度和风速最小化。我们应用改进的重力数据，修改的形状和旋转数据，和物理LM-R状态方程计算绝热三层结构模型，其中岩石被限制在核心，和均匀的热演化模型的天王星和海王星。我们提出了全方位的结构模型的旅行者和修改后的形状和旋转数据。与以往仅基于Voyager数据或经验EOS的研究相比，我们发现天王星和海王星在大气重元素质量分数Z1和无量纲转动惯量nI上可能存在观测上显著的差异。对于天王星，我们发现Z1 < 8%，nI=0.2224（1），而对于海王星，当应用修改的形状和旋转数据时，Z1 < 65%，nI=0.2555（2），而对于未修改的数据，我们计算出天王星的Z1 < 17%，nI=0.230（1），海王星的Z1 < 54%，nI=0.2410（8）。在这些情况下，太阳金属丰度模型（Z1=0.015）仍然是可能的。每颗行星的冷却时间与最近用旅行者号自转周期计算的结果相似：海王星的光度可以通过假设其内部是绝热的来解释，而天王星冷却得太慢。更准确地确定这些行星的重力场、形状、自转周期、大气重元素丰度和固有光度，对于提高我们对冰行星内部结构和演化的理解至关重要。
2012-07-10 astro-ph.EP
Ring Seismology of the Ice Giants Uranus and Neptune
我们评估的前景，使用环地震探测冰巨人天王星和海王星的内部。我们这样做，通过计算正常模式光谱不同的内部模型的天王星和海王星使用恒星振荡代码GYRE。这些光谱提供了预测，在这些行星的环系统中，可能会检测到内部振荡的影响。我们发现，f-模式共振与方位阶$m=2$或$7 \leq m \leq 19$之间的内环（6，5，4，$α$，和$β$）的天王星，而f-模式共振与$2 \leq m \leq 12$落在纤细的$ζ$环区域。此外，与$m=2$或$6 \leq m \leq 13$的f模式共振可能会给海王星的脆弱加勒环带来方位角结构。我们还发现，g模式共振可能落在这些行星的中间到外环。虽然最有可能需要一个轨道器来确认环中的任何波与行星简正模之间的关联，但简正模光谱的多样性意味着，在天王星或海王星环中识别出一个或两个模式将消除各种内部模型，从而有助于解释旅行者观测和未来的航天器测量。
2022-06-11 astro-ph.EP
Chemical mapping of temperate sub-Neptune atmospheres: Constraining the deep-interior H2O/H2 using the atmospheric CO2/CH4
本研究针对温带次海王星内部组成简并问题，结合辐射传输与光化学建模，发现大气CO₂/CH₄比可约束深部H₂O/H₂比，还识别出OCS、SO₂为富水指示物，为通过大气表征研究其内部组成与形成机制提供了新方法。
2024-08-02 astro-ph.EP
The D/H ratio in the atmospheres of Uranus and Neptune from Herschel PACS observations
本文分析了Herschel-PACS对天王星和海王星大气中转动R（0）和R（1）HD线的测量结果，以获得两颗行星更精确的D/H比。D/H比的推导还包括红外空间天文台（ISO）上的短波光谱仪先前对R（2）线的测量。讨论了三个转动跃迁的谱线信息，并将其应用于辐射转移计算。所有三条线的最佳同时拟合只需要与天王星的斯皮策温度廓线有一个微小的偏离，与海王星的旅行者温度廓线的偏离限制在2K以内（都在对流层顶附近）。天王星和海王星的D/H比值非常相似，分别为（4.4 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$和（4.1 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$。虽然氘富集在两个大气相比，原太阳值得到证实，它被发现是较低的相比，以前的分析。使用Podolak et al.（1995），Helled et al.（2011）和Nettelmann et al.（2013）的内部模型，并假设在行星历史中大气和内部发生完全混合，我们推导出天王星原行星冰的D/H介于（5.75--7.0）$\times10^{-5}$之间，海王星介于（5.1--7.7）$\times10^{-5}$之间。相反，采用彗星的D/H为（15-30）$\times10^{-5}$之间的原行星冰，我们限制两颗行星的内部模型有一个冰的质量分数为14- 32%，即这两颗行星是岩石为主。
2013-01-24 astro-ph.EP
The Surface and Interior Conditions of Temperate Sub-Neptune TOI-270 d
研究通过理论探索和建模，确定了温带亚 Neptune 星球 TOI-270 d 的可能内部和表面条件，包括大气和内部结构的可能情景及宜居条件下的大气质量分数和压力范围。
2025-11-20 astro-ph.EP
3D Modeling of Moist Convective Inhibition in Idealized Sub-Neptune Atmospheres
本研究针对富氢大气中湿对流抑制问题，采用纳入湍流混合、蒸发过程的三维对流解析模拟开展验证，证实亚海王星等富氢大气中可凝结示踪物超临界阈值时会形成稳定对流抑制层。
2025-11-17 astro-ph.EP
Differentiation, the exception not the rule -- Evidence for full miscibility in sub-Neptune interiors
该研究通过将 MgSiO₃-H₂、MgSiO₃-Fe 和 Fe-H₂ 二元体系混溶性外推到三元空间，证明亚海王星深处硅酸盐、铁和氢可完全混溶，挑战传统核幔分异模型。
2025-10-03 astro-ph.EP
Atmospheric dynamics of temperate sub-Neptunes. Part I: dry dynamics
亚海王星（半径在2到4 R $_{\oplus}$之间的行星）在M矮星周围有大量的存在，但是这些行星的大气动力学相对来说还没有被探索过。在本文中，我们的目标是提供一个基本的支撑一般低平均分子量，温带次海王星大气的干动力学。我们使用ExoFMS GCM与理想化的灰色气体辐射方案来模拟具有不同水平的星座和旋转速率的行星大气，使用K2- 18 b的大气作为我们的控制。我们发现，潮汐锁定，温带次海王星的大气层有微弱的水平温度梯度，由于其缓慢的旋转速率和氢占主导地位的组成。纬向风结构主要由角动量守恒驱动的高纬旋转急流控制。在低压下，我们观察到超旋转的赤道射流，我们建议是由一个Rossby-Kelvin不稳定性类似的轴对称强迫的理想化大气模拟中看到的类型。通过查看潮汐锁定坐标中的流动，我们发现主要的翻转环流是在昼侧和夜侧之间，我们推导出连接潮汐锁定流函数和垂直速度到星座的比例关系。将我们的结果与K2- 18 b的唯一其他GCM研究进行比较，我们发现动力学方面存在显着的质的差异，强调需要进一步合作和调查不同动力学核心和物理参数化的影响。本文为研究温带次海王星的干动力学提供了一个基线，第二部分将在此基础上介绍潮湿的影响。
2021-12-21 astro-ph.EP
Coupling magma-ocean and atmospheres in spectral retrievals of sub-Neptunes
National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Groningen（格罗宁根大学）
本文提出 MELTYQ 框架，通过结合岩浆-大气平衡模型与贝叶斯光谱检索，实现对亚 Neptune 大气和岩浆海洋性质的定量关联，但指出当前框架存在若干限制。
2026-05-09 astro-ph.EP
The Metal-Rich Atmosphere of the Neptune HAT-P-26b
透射光谱学使得能够精确测量许多巨大系外行星的大气H2O丰度。对于热木星来说，将H2O丰度与金属丰度联系起来提供了对其形成条件的有力探测。然而，对海王星质量系外行星的金属丰度测量现在才变得可行。外海王星被认为拥有超太阳的金属丰度，来自于富H2O和富固体的微行星的吸积。然而，对海王星外HAT-P-26 b的初步调查表明，它的金属丰度比行星形成的核心吸积理论和天王星和海王星对太阳系的预期要低得多。在这里，我们报告了一个广泛的大气检索分析HAT-P-26 b，结合所有可用的观测，揭示其组成，温度结构和云的特性。我们的分析显示，大气中含有1.5（+2.1）（-0.9）%的H2O，O/H为18.1（+25.9）（-11.3）x太阳能，C/O < 0.33（至2 $σ$）。这更新的金属丰度，最精确的外海王星金属丰度报告日期，表明形成历史与显着的星子吸积，虽然低于天王星和海王星。我们还报告了在4.1 $σ$置信度下金属磨损的证据。潜在候选物被鉴定为TiH（3.6 $σ$）、CrH（2.1 $σ$）或ScH（1.8 $σ$）。维持气相金属在导出的温度（~560 K），需要强大的不平衡过程或外部补充。最后，我们模拟了HAT-P-26 b的JWST保证时间观测。假设成分与当前观测结果一致，我们预测JWST可以检测H2O（29 $σ$）、CH 4（6.2 $σ$）、CO2（13 $σ$）和CO（3.7 $…
2019-03-21 astro-ph.EP
Rayleigh Scattering in the Atmosphere of the Warm Exo-Neptune GJ 3470b
GJ 3470 b是一颗温暖的海王星大小的行星，它正穿过一颗M矮星。像其他少数已经获得透射光谱的小型系外行星一样，GJ 3470 b在近红外和中红外波段表现出平坦的光谱。最近，在其大气中探测到瑞利散射的尝试性报道。这个信号表现为观测到的行星半径随着可见光波长的减小而增加。我们着手验证这一探测结果，并利用LCOGT网络和柯伊伯望远镜在四个不同的波段（Sloan g '，Sloan i'，Harris B和Harris V）观察了这颗行星的几次凌日。我们的分析揭示了一个强大的瑞利散射斜率，从而证实了以前的结果。这使得GJ 3470 b成为已知最小的具有瑞利散射检测的系外行星。我们发现，最合理的情况是氢/氦为主的大气层覆盖的云，模糊的红外线和薄雾，从而引起可见光散射的吸收功能。我们的研究结果表明，即使使用米级望远镜，也可以从地面进行系外行星大气特征描述。
2015-11-17 astro-ph.EP
Escape of Water- and Metal-enriched Atmospheres from compact Hot mini-Neptunes with CHAIN
University of Bern（伯尔尼大学）；Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）；European Space Agency (ESA), European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲空间局（ESA）欧洲空间研究与技术中心（ESTEC））；Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文与天体物理系）
本研究利用CHAIN模型模拟GJ 9827 d和TOI-238 b两颗亚海王星行星的富水和富金属大气，发现高水/金属丰度导致大气冷却和加热增加，显著降低大气质量损失率，且富水大气更稳定，氢优先逃逸使金属/H比随时间增加。
2026-06-01 astro-ph.EP
A featureless transmission spectrum for the Neptune-mass exoplanet GJ 436b
GJ 436 b是一颗温暖的太阳系外行星，大约800 K，周期性地遮蔽其低质量（太阳质量的一半）的宿主恒星，并且是少数几个可以详细描述的海王星质量行星之一。先前的观测表明，它的大气中甲烷与CO的比例比在这些温度下以氢为主的大气模型预测的小100，000倍。最近的一项研究提出，如果行星大气中比H和He重的元素显着增加，这种不寻常的化学物质可以解释。在这项研究中，我们提出了补充观测GJ 436 b的大气层在过境期间获得的。我们的观测表明，这颗行星的透射光谱实际上是没有特征的，排除了无云、以氢为主的大气模型，其显著性极高，为48 σ。测得的光谱与位于约1毫巴压力下的高云或薄雾层或相对贫氢（3%的氢和氦质量分数）的大气成分一致。
2014-01-14 astro-ph.EP
Accurate and Approximate Calculations of Raman Scattering in the Atmosphere of Neptune
拉曼散射H $_2$在海王星的大气中有显着的影响，其反射率为$λ<$ 0.5 $μ$米，产生基线下降$\sim$ 20%，在一个明确的大气和$\sim$ 10%，在一个朦胧的大气。在这里，我们提出了第一个辐射传输算法，包括偏振和拉曼散射，有利于计算空间分辨光谱。新的计算表明，Cochran和Trafton（1978年，Astrophys. J. 219，756-762）的建议，即在深CH $_4$带中反射的光主要是拉曼散射的，对于CH $_4$垂直分布的当前估计是无效的，这意味着只有4%的拉曼贡献。与IUE、HST和地面观测结果的比较证实，高空烟雾吸收使海王星的$\sim$在0.22-0.26 m范围内减少了$\sim$ 6%，在0.35-0.45 $μ$ m范围内减少了$\sim$ 13%。我们使用精确的计算来评估拉曼散射的几个近似。Karkoschka（1994，Icarus 111，174-192）从观察到的光谱中去除拉曼效应的方法被证明具有有限的适用性，并且对弱CH $_4$吸收带的深度校正不足。华莱士（1972年，Astrophys。J. 176，249-257）近似产生比最初提出的低5%的几何散射值$\sim$，但是可以通过增加来自振动跃迁的散射贡献而得到很大改善。Pollack等人（1986，Icarus 65，442-466）的近似是不准确和不稳定的，但也可以通过几…
2015-04-10 astro-ph.EP
Diversity of low-mass planet atmospheres in the C-H-O-N-S-Cl system with interior dissolution, nonideality, and condensation: Application to TRAPPIST-1e and sub-Neptunes
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Ludwig Maximilian University（慕尼黑大学）
研究通过Atmodeller模型分析低质量行星大气多样性，揭示岩浆洋阶段CO主导大气及高温下C/H比增加的特征，为TRAPPIST-1e和类海王星行星大气演化提供新见解。
2025-11-25 astro-ph.EP
Superionic to superionic phase change in water: consequences for the interiors of Uranus and Neptune
使用密度泛函分子动力学自由能计算，我们表明，体心立方相的超离子冰以前被认为是唯一的阶段，实际上是不稳定的相比，一个新的阶段与氧的位置在面心立方晶格网站。新相具有比bc相低的质子迁移率，并且可以表现出更高的熔融温度。我们预测在1 +/- 0.5 Mbar的压力下，这两个阶段之间会发生过渡，这对天王星和海王星等冰巨星的内部可能产生影响。
2013-02-14 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
A Mirage or an Oasis? Water Vapor in the Atmosphere of the Warm Neptune TOI-674 b
我们报告的观测最近发现的温暖的海王星TOI-674 b（5.25 \rearth{}，23.6 \mearth{}）与哈勃太空望远镜的宽视场相机3仪器。TOI-674 b位于海王星沙漠，这是一个在短轨道周期内观测到的海王星大小的系外行星。沙漠中的行星被认为由于光蒸发质量损失或轨道迁移而具有复杂的演化历史，因此识别其大气层的成分对于了解其起源至关重要。我们用G141棱镜获得了行星大气的近红外透射光谱。在提取、去趋势和拟合光谱光变曲线以测量行星的透射光谱之后，我们使用petitRADTRANS大气光谱合成代码对行星的大气进行检索，以确定存在哪些吸收剂。这些结果表明，由于在2.9 $σ$（贝叶斯因子= 15.8）处的水蒸气，在1.4 $μ$ m处的吸收增加的中等证据，以及在2.2 $σ$（贝叶斯因子= 4.0）处存在云的弱证据。TOI-674 b是进一步研究的强有力候选者，以完善水丰度，这是我们的数据限制很差。我们还结合了新的TESS短节奏光学测光，以及斯皮策/IRAC数据，并重新调整了行星的过境参数。我们发现这颗行星有以下凌日参数：$R_p/R_* = 0.1135\pm0.0006$、$T_0 = 2458544.523792\pm0.000452$ BJD和$P = 1.977198\pm0.00007$ d。这些测量完善了行星半径的估计，并改善了未来对这个非常有趣的温暖海王星的过…
2022-08-24 astro-ph.EP
Thermal evolution of Uranus and Neptune I: adiabatic models
海王星的亮度经常被发现与绝热内部一致，而天王星的低光度挑战了这一假设。在这里，我们应用修改后的状态方程数据的氢，氦，水和计算热演化的天王星和海王星假设绝热内部。为此，我们开发了一个新的行星模型和演化代码。我们研究了太阳能、太阳能注入量、氢、氦和水的状态方程对冷却时间的影响。天王星的冷却时间约为$τ_\text{U}=5.1\times 10^9\text{ years}$，海王星的冷却时间约为$τ_\text{N}=3.7\times 10^9\text{ years}$，这与已知的$4.56\times 10^9\text{ years}$行星的年龄相吻合，这意味着这两颗行星现在的光度都不能用绝热冷却来解释。我们还发现，输入参数的不确定性，如辐射水平的事项一般比海王星天王星。我们的研究结果表明，与常见的假设相反，这两颗行星在更深的内部都不是完全绝热的。
2019-11-01 astro-ph.EP
Spectrally resolved helium absorption from the extended atmosphere of a warm Neptune-mass exoplanet
恒星加热导致靠近的系外行星的大气层膨胀和逃逸。这些扩展的大气很难观测，因为它们的主要光谱特征--紫外波长的中性氢--被星际介质强烈吸收。我们报告的近红外三重中性氦在过境温暖的海王星质量系外行星HAT-P-11b使用地基，高分辨率观测检测。氦特征在两次独立的凌日中是可重复的，平均吸收深度为1.08+/-0.05%。通过对该行星上层大气的3D模拟来解释吸收光谱，表明它延伸到5个行星半径之外，具有大尺度的高度和氦质量损失率< 3x10^5 g/s。吸收的净蓝移可能是由高空风以3 km/s的速度从白天向黑夜流动造成的。
2018-12-05 astro-ph.EP
The importance of silicate vapor in determining the structure, radii, and envelope mass fractions of sub-Neptunes
大量的硅酸盐蒸汽预计将在亚海王星行星的硅酸盐-大气界面的典型温度条件下处于化学平衡状态，该温度可能超过5000 K。以前的大气结构模型和这些系外行星的演化，已经被用来限制它们的大气质量分数，忽略了这种成分的耦合。在这项工作中，我们表明，硅酸盐蒸汽在氢为主的大气中作为一种可冷凝的物种，随着海拔高度的丰富减少。由此产生的平均分子量梯度抑制对流温度高于$\sim 4000$ K，诱导近表面辐射层。与具有相同基本温度和对流的纯H/He大气的行星相比，这个辐射层减小了行星的总半径。因此，我们预计硅酸盐蒸汽对推断的包层质量分数和亚海王星行星的热演化有重大影响。我们证明了半径的差异，因此在推断的大气质量，是最大的行星有较大的质量，平衡温度，和大气质量分数。这种影响对于年轻的行星来说是最大的，但是对于一些亚海王星来说，差异可以持续到千兆年的时间尺度。对于一颗具有$T_\mathrm{eq}=1000$ K和年龄为$\sim 300$ Myr的$10 M_\oplus$行星，当考虑硅酸盐蒸汽时，观测到的半径与大气质量分数为10%一致，如果假设大气中只有H/He，则会被误解为大气质量分数为2%。大气中硅酸盐蒸汽的存在也被认为对原始氢大气的吸积和损失有重要影响。
2022-06-20 astro-ph.EP
Bifurcation in the history of Uranus and Neptune: the role of giant impacts
尽管有许多相似之处，但天王星和海王星之间有着显著的观测差异：天王星是倾斜的，并且有一组规则的卫星，这表明它们是从圆盘中吸积而来的，而海王星的卫星是不规则的，是被捕获的物体。此外，海王星似乎有一个内部热源，而天王星与太阳绝缘处于平衡状态。最后，基于重力数据的结构模型表明，天王星比海王星更集中。我们进行了一系列高分辨率的SPH模拟，以研究这些差异是否可以用巨大的撞击来解释。对于天王星，我们发现倾斜的撞击可以使其旋转轴倾斜，并喷射出足够的物质来形成一个形成常规卫星的圆盘。有些圆盘是巨大的，并且足够延伸，由足够的岩石材料组成，可以解释天王星规则卫星的形成。对于海王星，我们研究了正面碰撞是否会混合内部，并导致绝热温度分布，这可能解释其较大的通量和较高的转动惯量值。我们发现，大质量和密集的抛射体可以穿透到中心，并在内部深处沉积质量和能量，导致海王星的内部集中度较低。我们的结论是，冰巨人之间的二分法可以用它们形成后的猛烈撞击来解释。
2019-11-22 astro-ph.EP
