Coupling SPH and thermochemical models of planets: Methodology and example of a Mars-sized body
巨大的撞击被认为可以解释类地行星及其卫星的各种特征。然而，到目前为止，大多数模型只考虑了碰撞的直接影响，而没有研究被撞击行星的长期内部演化。在这里，我们提出了一种新的方法，结合三维冲击物理碰撞计算与三维热化学内部演化模型。我们应用相结合的方法，一个巨大的火星大小的身体上的影响示范的例子，使用典型的碰撞参数从以前的研究。虽然在撞击模拟中使用的材料参数（状态方程、流变模型）可能对长期演变产生一定影响，但我们发现，撞击角度是新形成地壳空间分布的最关键参数。结果表明，在正面碰撞之后可以形成二分的地壳格局，而在考虑更可能的擦肩碰撞时，情况并非如此。我们的研究结果强调，整个过程的端到端的3-D计算需要在未来研究大规模影响行星内部演化的影响。
2017-10-09 astro-ph.EP
Mars' atmospheric neon suggests volatile-rich primitive mantle
火星大气中的氖（Ne）已被维京号探测到，也被发现为火星陨石中的捕获气体，尽管其丰度和同位素组成尚未得到很好的确定。由于从MAVEN最近的测量估计的Ne通过大气逃逸损失的时间尺度很短（0.6- 1 $\times$ 10 $^8$年），火星大气Ne的丰度和同位素组成反映了最近的大气气体供应主要来自火山脱气。因此，它可以作为内部挥发物含量的探针。在这里，我们表明，暂时知情的大气氖丰度表明最近的活火山活动和地幔更丰富的Ne比地球的地幔今天超过5- 80倍。地幔Ne丰度的估计需要有效的太阳星云气体捕获或吸积的Ne丰富的材料，如太阳风注入的灰尘在行星形成阶段，这两个提供了重要的限制在内部的其他挥发性元素的丰度和火星的吸积历史。通过原位分析或火星样品返回更精确地确定大气中Ne丰度和同位素组成对于区分Ne的可能来源至关重要。
2021-08-26 astro-ph.EP
Interior structure of Mars and other rock-and-iron planetary bodies
这里展示了如何通过使用岩石密度和地球已知的核心密度的某些方面以及使用富铁核心的对流原理来找到各种岩石和铁行星体的内部结构。对流使核心流体内部的密度和温度梯度最小化。如果在核-幔边界处，核流体的密度接近纯铁熔化密度，并且在内核边界处，密度对于富铁熔化物具有可能的最小值，则可以实现这一点。对于纯铁和具有最大轻杂质的铁的临界铁密度先前利用具有最可靠的实验标度的朗道一级相变理论获得。行星的内部密度是通过在小的径向步长中迭代计算重力和压力而得到的。转动惯量因素也计算和同意的机构，我们有准确的测量：月球，火星和水星。此外，还对系外行星Kepler-78 b、K2- 229 b和Kepler-10 b进行了计算。它们的核心都有富含铁的液体。较轻的太阳系天体没有内核，但最重的两颗系外行星在内核内有一个纯铁最内层的内核。计算了半径-质量平面内增长的内核的参数范围。随着内核的生长而产生的磁场保护着地球上的生命，对系外行星也是如此。这指导了在寻找生命的过程中选择系外行星进行研究。
2018-11-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
Similarity indexing of exoplanets in search for potential habitability: application to Mars-like worlds
对系外行星的研究是当前行星科学和天体生物学研究的主要目标之一。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在找到一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟，并回答潜在的外可居住性问题。地球相似性指数（ESI）是这一探索的第一步，范围从1（地球）到0（与地球完全不同）。它被定义为行星的四个物理参数：半径、密度、逃逸速度和地面温度。ESI又分为内部ESI（半径和密度的几何平均值）和表面ESI（逃逸速度和地面温度的几何平均值）。这里的挑战是确定哪些系外行星参数在发现这种相似性方面是重要的;进入内部ESI和表面ESI的各个参数对全球ESI的贡献如何。由于进入地面ESI的地面温度是不可观测的量，因此难以确定其值。利用太阳系天体的已知数据，建立了太阳系外行星表面温度与平衡温度之间的定标关系，设计了一种估算太阳系外行星地面温度的有效方法，并利用我们的图解方法进行了进一步的分析。一种名为火星相似性指数（MSI）的新方法被引入，以识别可能适合极端生命形式居住的行星。MSI定义在1（现在的火星）和0（与现在的火星不同）之间，并使用与ESI相同的物理参数。我们对类火星行星感兴趣，以寻找可能存在极端生命形式的行星，例如生活在地球极端环境中的生命形式;例如，火星上的甲烷可能是甲烷特有的极端生命形式代谢的产物。
2018-06-07 astro-ph.EP
Coupled geophysical and thermal constraints link between Mars basal molten layer and the planet viscosity profile
本研究通过计算火星潮汐形变，结合地球物理与热约束探究内部结构，证实底部熔融层与岩石圈-地幔黏度反转等特征相关，且与固体内核不兼容，为探测火星内部结构提供了新路径。
2024-03-11 astro-ph.EP
Distribution of U and Th and Their Nuclear Fission in the Outer Core of the Earth and Their effects on the Geodynamics
本文提出地球外核中存在大量的产热元素U和Th。它们释放的热量可能是驱动地球内部物质运动（包括板块运动）的主要能源。根据地震层析成像，最热的区域是中太平洋下的地幔。结合地磁资料，得出了磁对流中心和热对流中心偏离地理中心向太平洋方向偏移400 km的结论。因此，在中太平洋下外核靠近赤道的位置，U、Th可能更为富集，并在那里形成了一个大的U、Th富集中心。另一个小的富铀、钍中心可能位于非洲下面较低的外核中靠近赤道的位置，它与固体内核后面的大的富铀、钍中心正相对。这两个富含铀、钍的中心可能导致了太平洋和非洲超级地幔柱的形成，并为板块构造系统的运行提供了能量。也可能导致内核西半球的温度高于东半球的温度，这可能是造成内核东西半球弹性各向异性的原因。在地球地质历史中，外核中U和Th的周期性核裂变可能发生过，也可能触发过地磁超时和反转。同时，这些事件中从外核释放的能量也可能引发了强烈而广泛的全球地质和火山活动，并造成地表的大规模喷发。
2009-05-11 astro-ph.EP physics.chem-ph physics.geo-ph
Terrestrial Planet Formation in a protoplanetary disk with a local mass depletion: A successful scenario for the formation of Mars
我们太阳系的类地行星形成模型已经成功地产生了质量和轨道与金星和地球相似的行星。然而，这些模型通常无法产生大约1.5 AU的火星大小的物体。通常围绕火星半长轴形成的天体，一般来说，比火星大得多。只有当木星和土星被假设有非常偏心的轨道（e $\sim$ 0.1），这似乎是相当不可能的太阳系，或者，如果原行星盘被截断在1.0 AU，模拟已经能够产生火星样的机构在正确的位置。在本文中，我们研究了火星形成的另一种情况，在这种情况下，原太阳星云密度的局部耗尽导致行星胚胎的非均匀形成，并最终形成大约1.5 AU的火星大小的行星。我们已经进行了广泛的数值模拟的形成类地行星在这样一个磁盘的不同规模的本地密度耗尽，和不同的轨道配置的巨行星。我们的模拟指出了在1.5 AU左右形成火星大小的天体的可能性，特别是当圆盘局部质量耗尽的规模适度高（50-75%）并且木星和土星最初处于当前轨道时。在这些系统中，火星类似物是由原行星物质形成的，这些原行星物质起源于当地质量耗尽的内部或外部区域。结果还表明，地球大小的行星可以形成约1 AU，通过原始的富水微行星和行星胚胎吸积大量的水。我们提出了我们的研究结果，并讨论了它们对我们的太阳系的类地行星的形成的影响。
2013-12-13 astro-ph.EP
"Isocrater" impacts: Conditions and mantle dynamical responses for different impactor types
不同类型和大小的撞击物在一定条件下可以在行星上产生相同直径的最终陨石坑。我们从比例定律中推导出这种“等速率撞击”的条件，以及描述不同撞击物如何影响目标行星内部的关系;这些关系对于太小而无法影响地幔的撞击也是有效的。分析表明，在一个给定的等径线撞击，小行星撞击产生的异常在较小的空间范围内比彗星或类似的撞击内部。内部的差异可能有助于根据地球物理观测来确定形成特定陨石坑的抛射体的特征，并可能提供一种可能性，以帮助限制古代撞击物人口的人口统计。对水星、金星、月球和火星形成盆地的一系列数值模型说明了不同类型的撞击物对不同行星的动力学影响。它表明，大规模撞击的特征可能会在火星、月球和水星上保留到现在，那里的对流不那么强烈，大部分异常与不断增长的盖子合并。另一方面，它们的特征在金星上早就被破坏了，金星上强烈的对流和反复出现的岩石圈不稳定性消除了更大的相干异常。
2018-02-23 astro-ph.EP
Interior Structures and Tidal Heating in the TRAPPIST-1 Planets
TRAPPIST-1系统拥有7颗行星，是迄今为止在单个系统中发现的系外行星数量最多的系统。该系统具有天体生物学意义，因为它的三颗行星在超冷M矮星的宜居带轨道上运行。假设行星是由不可压缩的铁，岩石，和H $_2$ O，我们确定每个行星可能的内部结构。为了确定有多少潮汐热可能会在每个行星内消散，我们构建了一个潮汐热生成模型，使用一个单一的统一的粘度和刚性的基础上，每个行星的行星的组成。除了TRAPPIST-1c外，所有七颗行星的密度都足够低，表明存在某种形式的H $_2$ O。行星b和c经历了来自行星潮汐的足够热量，以维持其岩石地幔中的岩浆海洋;行星c可能在其表面爆发硅酸盐岩浆，这可能是下一代仪器检测到的。行星d、e和f的潮汐热通量较低，但仍比地球的平均热流高出20倍。行星d和e最有可能适合居住。如果行星d的能量密度为$\gtrsim$ 0.3，它就能避免失控的温室状态。确定行星的质量在$\sim0.1$到0.5个地球质量之间，将确认或排除每个行星中H $_2$ O和/或铁的存在，并允许每个行星中热量产生和传输的详细模型。要了解富冰行星f、g和h的地球动力学，需要更复杂的建模，能够自洽地平衡岩石层和冰层中的热量产生和传输。
2018-01-24 astro-ph.EP
Interior Controls on the Habitability of Rocky Planets
本文综述岩石行星内部如何驱动表面条件和大气演化，探讨整体硅酸盐行星对宜居性起始、延续和停止的影响，并讨论相关观测方法与当前努力。
2024-03-26 astro-ph.EP
Rethinking the role of the giant planet instability in terrestrial planet formation models
过去几十年来，计算能力和数值方法的进步引发了对类地行星形成后期阶段的动力学研究的大量产出。在其他奇特的内太阳系性质中，模拟的能力在行星的地球化学推断的吸积时间尺度内重现火星的小质量，在富含钙铝的包裹体（CAIs）出现后，可以说是判断进化假说的黄金标准。目前，一些独立的模型能够一致地产生类似火星的行星，同时满足各种重要的观测和地球化学约束。然而，所有的模型仍然必须考虑到巨行星迁移和轨道不稳定的影响;动力学和宇宙化学约束表明，星云气体扩散后的第一个1亿年内发生了一个事件。如果不稳定发生在这个窗口的前几个百万年，扰动可能会影响火星的大部分生长。在这份手稿中，我们将注意力转向t= 5000万年后发生不稳定的情况。具体来说，我们模拟的不稳定性的影响，通过以前的胚胎吸积模型产生的三个近组装的地球系统，并包含三个大的原行星的轨道内部的收集火星质量的胚胎和碎片。虽然不稳定性持续引发月球形成的影响，并有效地从我们的模型中的火星区域去除过多的物质，但我们发现我们的最终系统过于动态地兴奋，缺乏火星和水星的类似物。因此，我们的结论是，虽然可能，我们的情况是更不可能比不稳定发生的时间更早，或在地球和金星的轨道是远远低于动态激发的时候。
2022-09-01 astro-ph.EP
Olivine-Carbonate Mineralogy of the Jezero Crater Region
一个保存完好的古老三角洲沉积物，再加上大量暴露的富含碳酸盐的物质，使尼利槽沟的杰泽罗陨石坑成为一个引人注目的天体生物学遗址。我们使用紧凑型侦察成像光谱仪火星（CRISM）的观测，以表征陨石坑和周围的分水岭的表面矿物。以前的研究已经记录了尼利槽沟地区的橄榄石和碳酸盐的存在。我们专注于这两个良好的研究岩性在Jezero陨石坑流域之间的相关性。我们绘制了橄榄石1 μm吸收带的位置和形状，发现碳酸盐只与橄榄石一起发现，橄榄石显示出向长波长移动的1 μm吸收带。然后，我们使用THEMIS覆盖尼利槽沟和进行测试，以调查是否长波长移动橄榄石签名与高热惯性露头。我们没有发现热惯性和独特的橄榄石签名之间的相关性。我们讨论了一系列的形成方案，包括这些橄榄石和碳酸盐协会的可能性是早期火星上的蛇纹石化反应的产物。这些岩性提供了一个机会，加深我们对早期火星的了解，并鉴于其古老性，可能提供一个框架，以研究形成的山谷网络，和热历史的火星地壳和内部从早期诺亚纪到今天。
2019-04-25 astro-ph.EP
Dynamical effects of multiple impacts: Large impacts on a Mars-like planet
一个完全组装的行星演化的最早阶段受到许多盆地形成影响的深刻影响，这些影响大到足以改变其更深内部的动力学。在某些情况下，这些影响的间隔很近，在很短的时间间隔内一个接着一个，因此它们的影响相互作用，导致的行为可能不同于两个单独和孤立影响的简单总和。我们使用二维模型的地幔对流在一个类火星行星和一个简单的参数化表示的影响的主要影响，研究一些动力学效应和相互作用的多个大的影响。在模型中，只有两个影响，我们确认，相互加强的动态影响的影响，更接近他们在空间和时间，但效果并不总是对应于简单的叠加的那些单一的，孤立的影响。在具有不同大小、距离和频率的多个（4-8个）撞击的模型中，地幔的全球响应在短期内与撞击序列一样可变，但在长期内，不同的演化路径收敛于几个指示变量，如平均流速、温度或热流。尽管如此，超过一定的冲击频率和能量，岩石圈不稳定性引发的大的影响发生在全球范围内，振兴地幔动力学的长时间跨度，并需要一个后期阶段的熔融生产除了在一个或两个影响模型中没有观察到的初始熔融阶段。在一次或几次非常大的撞击之后，一些岩石圈物质可能会下沉到地核-地幔边界，如果有足够的物质在那里积累，它会在数亿年内增加地核的热通量，可能会影响发电机的活动。
2019-01-27 astro-ph.EP
Terrestrial planet surfaces and interiors
本章概述太阳系岩石行星的表面与内部结构，回顾各行星层级的关键地质与地球物理过程及重大探索发现，揭示行星演化路径的多样性以加深对地球的理解。
2024-11-15 astro-ph.EP
A Data Science Approach to Study the Water Storage Capacity in Rocky Planet Mantles: Earth, Mars, and Exoplanets
本文运用统计学习等数据科学方法，结合地球和火星案例及系外行星观测数据，研究岩石行星地幔储水能力建模，并探讨了数据科学在矿物物理研究中的应用与局限。
2023-04-07 astro-ph.EP physics.geo-ph
Absolute densities in exoplanetary systems: photodynamical modelling of Kepler-138
在有利的条件下，在多个系统中过境行星的密度可以单独从测光数据确定。动态信息可以从光变曲线中提取，只要建模是自洽的，即使用光动力学模型，它模拟单个光度观测，而不是更普遍使用的渡越时间。我们将这种方法应用于开普勒-138行星系。推导出的行星体积密度是一个因素的2比以前的测定更精确，我们发现在恒星体积密度与以前的研究的差异。这反过来又导致了恒星和行星的质量和半径的测定存在差异。特别是，我们发现内部行星开普勒-138b的大小介于火星和地球之间。鉴于我们的质量和密度估计，我们使用广义贝叶斯推断模型的行星内部的特征。该模型使我们能够量化内部简并并计算内部参数的置信区域，如核，地幔，海洋和气体层的厚度。我们发现Kepler-138 b和Kepler-138 d具有明显厚的挥发层，Kepler-138 b的气层可能是富集的。另一方面，开普勒-138c可能是纯岩石的。
2018-05-31 astro-ph.EP
Seeding Life on the Moons of the Outer Planets via Lithopanspermia
来自行星表面的物质可以通过巨大的撞击被喷射到太空中，并可能携带原始的生命形式。我们对这种喷射物进行了n体模拟，以确定来自地球和火星的岩石在太阳系的最终位置。我们发现，除了类地行星之间频繁的物质转移外，物质从地球和火星转移到木星和土星的卫星也是可能的，但很少。我们预计，这种转移最有可能发生在后期重轰炸期间，或者在接下来的10亿或20亿年期间。在这个时候，冰冷的卫星更温暖，可能很少或根本没有冰壳来防止陨石到达它们的液体内部。我们还注意到，在弹射后的第一个百万年里，再次撞击的比率很高。这可能会在一颗行星上重新播种生命，而这颗行星在被大撞击部分或完全灭菌后，这将有助于早期生命在后期重轰炸期间的生存。
2013-11-11 astro-ph.EP
Our Solar System Neighborhood: Three Diverging Tales of Planetary Habitability and Windows to Earth's Past and Future
该研究通过分析太阳系内金星、地球、火星三颗类地行星的基本特性及太阳演化对其演化路径的影响，提出三者的演化可作为行星宜居性研究的重要模板，助力构建更综合的宜居性研究方法。
2024-11-02 astro-ph.EP
Can a fractionally crystallized magma ocean explain the thermo-chemical evolution of Mars?
在行星吸积的后期阶段积累的撞击热可以熔化地球上的一个重要部分甚至整个地幔，从而形成全球性的岩浆海洋。[...]假设岩浆海洋的分离结晶，致密的堆积物产生于靠近表面的地方，这主要是由于演化的岩浆海洋液体中的铁富集（Elkins-Tanton等人，2003年）。这样就形成了一个重力不稳定的地幔，它很容易翻转。本文利用二维圆柱几何中的地幔对流模拟研究了火星的积云翻转及其对热演化的影响。我们提出了一套模拟使用不同的初始条件和强烈的温度依赖性的粘度。我们假设，所有的放射性热源已被富集在冻结阶段的岩浆海洋在最高的50公里，最初的蒸汽气氛所创造的冻结岩浆海洋脱气迅速失去，这意味着地面温度设置为今天的值。在这种情况下，停滞的盖子迅速形成在对流内部的顶部，防止最上面的致密堆积物下沉，即使允许塑性屈服机制。在这个致密的停滞盖之下，地幔化学梯度稳定下来。对流模式主要是由小规模的结构，这是很难调和的大规模火山的特点观察到火星的表面和部分融化停止在不到900 Ma。假设停滞的盖子可以因为额外的机制而破裂并允许最上面的致密层翻转，则获得稳定的密度梯度，其中致密材料和全部热源位于CMB上方。这种分层导致最低地幔的强烈过热[...]
2014-04-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
The long-term evolution of the atmosphere of Venus: processes and feedback mechanisms
这项工作回顾了金星大气层的长期演变，以及大气层的成分通过走廊-外部循环的调制。金星大气层的形成和演变，导致当代的表面条件，仍然是激烈争论的话题，涉及到许多学科的问题。我们探索这些不同的相互关联的机制，形成了大气的演变，从挥发性的源和汇。从内部深处到大气层顶部，我们描述了火山放气，表面大气相互作用和大气逃逸。此外，我们解决了更复杂的方面的历史，金星，包括晚吸积影响的作用，如何磁场生成绑定到长期的演变，以及地球化学和地球动力学反馈周期对大气演变的影响。我们强调合理的最终成员进化途径，金星可能遵循，从吸积到目前的状态，基于建模和观察。在第一种情况下，地球在岩浆海洋阶段因大气逃逸而干燥。在第二种情况下，金星可能在很长一段时间内拥有表面液态水，直到其温和的气候不稳定，进入失控的温室阶段。在第三种情况下，金星低效的释气可能使水留在行星内部，氢被困在地核中，地幔被氧化。我们将讨论现有的证据和未来的观测和任务，以完善我们对金星历史的理解，以及金星过去、现在或未来内部、表面和大气之间复杂的反馈循环。
2022-08-31 astro-ph.EP physics.geo-ph
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
Two Possible Orbital Histories of Phobos
本文通过数值积分比较火卫一的古老内迁假说与环—卫星循环假说，发现二者均符合其当前轨道，且火卫二偏心率因弱混沌不能用于区分二者。
2025-03-16 astro-ph.EP
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 Validated Low-to-Intermediate Mass Planetary Interior Structure Model and New Mass-Radius Relations
McMaster University（麦克马斯特大学）；Origins Institute, McMaster University（麦克马斯特大学起源研究所）
基于最新状态方程和物理矿物学，构建了精确到0.2%-1%的行星内部结构模型，并计算了0.01-100 M⊕行星的质量-半径关系，发现幂律指数随质量和核质量分数增加。
2026-05-27 astro-ph.EP
In Situ Geochronology for the Next Decade: Mission Designs for the Moon, Mars, and Vesta
地质年代学，或确定地质事件的绝对年龄，是许多关于行星和太阳系形成和演化的研究的基础。古代和现代岩浆产物的绝对年龄对岩浆海洋和地壳形成的动力学以及内部热机和不同的地幔/地壳源区的寿命和演化提供了强有力的制约。绝对测年法也将可居住性标记与地球上生命进化的时间尺度联系起来。然而，整个内太阳系具有地质年代学意义的地形的数量远远超过了我们从所有这些地形进行采样返回的能力。为了准备即将到来的十年调查，我们的团队制定了一套中级（新边疆）任务概念，以三个不同的地点（月球，火星和灶神星），其中记录太阳系轰击，岩浆活动和/或可居住性的地点被独特地保存和访问。我们开发了一个概念性的有效载荷，直接日期行星表面，包括两个仪器能够测量辐射年龄在原位，成像光谱仪，光学相机，以提供现场地质背景和样品表征，微量元素分析仪，以增强样品的背景，和样品采集和处理系统。在我们的研究中，携带这种有效载荷到月球、火星和灶神星的着陆器可能符合新边疆的成本上限（约10亿美元）。这种类型的任务将提供对行星历史的关键限制，同时也使一系列广泛的调查成为可能，如基本地质特征，地貌分析，遥感分析的地面实况，主要，次要，痕量和挥发性元素的分析，大气和其他长期监测，有机分子分析以及土壤和岩土工程特性。
2021-01-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Coupled atmospHere Interior modeL Intercomparison (CHILI). I. Evolutionary Modelling -- Primordial Magma Oceans of Earth and Venus
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；University of Washington（华盛顿大学）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Stanford University（斯坦福大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Laboratoire de Mathématiques de Versailles（凡尔赛数学实验室）；Université Paris Cité, Institut de physique du globe de Paris, CNRS（巴黎西岱大学，巴黎地球物理学院，法国国家科学研究中心）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；SRON Netherlands Research Organisation（荷兰研究组织SRON）；Leiden Observatory, University of Leiden（莱顿大学莱登天文台）；School of Physics, University of Bristol（布里斯托大学物理学院）；Institut für Geologische Wissenschaften, Freie Universität Berlin（柏林自由大学地质科学研究所）
通过耦合大气-内部模型比对项目，基准测试地球和金星演化代码，发现岩浆洋固化时间尺度对挥发分分配、逃逸过程、地幔粘度和熔融等参数高度敏感。
2026-06-24 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Water delivery by pebble accretion to rocky planets in habitable zones in evolving disks
地球海洋的质量仅为整个行星质量的2.3 x 10^{-4}。即使包括内部的水，也最多为10^{-3}-10 ^{-2}。古代火星可能有类似或稍小的水部分。阐明水向系外行星系统中位于宜居带的岩石行星输送的机制，以及水向地球和火星输送的机制，具有重要意义。在这里，我们认为水输送到行星的冰卵石后，雪线向内通过行星轨道，并得出水团分数（f_{water}）的最后一颗行星作为磁盘参数的函数，并讨论参数，重现f_{water}推断地球和古代火星。我们用一维模型计算了冰卵石的生长和径向漂移，并通过同时求解雪线迁移和盘耗散来计算冰卵石在行星上的吸积，从而计算行星的f_{water}。我们发现，f_{water}是由在行星轨道雪线通过的时刻（t = t_{snow}）保存在外盘区域的冰尘物质的总质量（M_{res}）调节。因为在卵石形成前缘到达盘外缘（t = t_{pff}）后M_{res}迅速衰减，所以f_{water}对比率t_{snow} / t_{pff}敏感，该比率由盘参数决定。我们发现t_{snow} / t_{pff} < 10 or >10是重要的。通过推导出能再现数值计算结果的f_{water}的解析公式，我们发现在初始盘大小为30-50 au，初始盘质量吸积率为10^{-8}-10 ^{-7}）Msun/y的盘中，接近1 au的岩石行星的f_{water}为10^{-4}-10 …
2023-03-17 astro-ph.EP
A Volatile-Poor Formation of LHS 3844b based on its Lack of Significant Atmosphere
系外行星的发现已经进入了类地行星的领域，这正在成为大气研究的主题。LHS 3844 b是一颗半径为1.3地球的行星，围绕一颗M4.5-5矮星运行0.46天。后续观测表明，这颗行星基本上没有大气层。这种缺乏大气层的情况对LHS 3844 b的天体物理和地球物理造成了限制，主要是挥发性脱气的程度和大气侵蚀的速度。我们估计的年龄的主机恒星$7.8\pm1.6$陀螺仪，并找到一个活跃的过去相媲美的比邻星的证据。我们使用的火山出气和大气侵蚀的地球动力学模型表明，明显缺乏大气是一致的挥发性差地幔LHS 3844 b。我们表明，核心是不太可能主机足够的C产生一个足够的挥发性差地幔，除非散装行星是挥发性差相对于地球。虽然我们不能排除一个巨大的影响剥离LHS 3844 b的大气，我们表明，这种机制将需要显着的地幔剥离，可能留下LHS 3844 b作为一个富铁的“超级汞”。较小的撞击可能造成大气侵蚀，但前提是行星已经开始脱气，并受到半径为500-1000公里、以逃逸速度运行的$10^3$撞击物的轰击。我们讨论的形成和迁移的情况下，可以解释一个不稳定的穷人的起源，包括一个未观测到的大规模的伴侣行星的潜力。LHS 3844 b的挥发性相对较低，这表明该行星是在雪线内部形成的。
2020-09-22 astro-ph.EP
The Inner Solar System's Habitability Through Time
地球、火星和金星，在不断演化的太阳照射下，有着迷人但不同的可居住性历史。虽然今天只有地球表面被认为是可居住的，但这三颗行星在其历史早期可能同时是可居住的。我们考虑如何在这些行星上以相似或不同的方式运行的物理过程决定了它们的大气层和表面随时间的创造和演变。其中包括决定其内部动力学类型和有无磁场的地球物理和地球化学过程;充当大气质量和组成的源或汇的地表-大气交换过程;控制气体逃逸到太空的太阳-行星相互作用;以及与这些相互作用以决定气候和可居住性的大气过程。这三颗行星的不同演化为思考在太阳系外寻找生命提供了宝贵的背景。
2019-10-17 astro-ph.EP
From Underground Oceans to Continents: A Glimpse into the Water Inventory on Rocky Planets using Host Star Abundances
Carnegie Institution for Science（卡内基科学研究所）；Purdue University（普渡大学）
本研究利用APOGEE和GALAH的689颗岩质行星样本，首次探究地幔组成、地形与行星半径对岩质行星水储量的影响，发现地幔氧化态、地形显著影响储水能力与地表淹没情况，为行星宜居性研究提供新依据。
2025-10-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Highly Volcanic Exoplanets, Lava Worlds, and Magma Ocean Worlds: An Emerging Class of Dynamic Exoplanets of Significant Scientific Priority
高度火山的系外行星，可以被不同地描述为“熔岩世界”，“岩浆海洋世界”或“超级Ios”，是调查的高优先级目标。“熔岩世界”一词可能指任何表面有大量熔岩湖的行星，而“岩浆海洋世界”一词则指表面有全球或半球形岩浆海洋的行星。“高度火山行星”，包括超级Ios，可能只是有大量或大量的任何形式的活跃爆炸或喷出火山。它们的组成、温度、活动速率、火山喷发方式和背景重力大小都有很大的不同，岩浆过程也各不相同。在不久的将来，所有这些类别的世界都可能是最具特征的岩石系外行星，这是由于它们在短轨道周期内优先出现的观测优势以及它们在红外线中明亮的昼侧通量。凌日技术应该能够在一定程度上对这些类似于热彗星的世界进行表征。了解高火山世界的过程对于解释即将发生的观测至关重要。这些世界的物理状态可能不仅会影响地球动力学过程，还可能影响行星形成以及对可居住性至关重要的现象。火山和岩浆活动使化学研究成为可能，否则光谱学无法获得内部成分。这些世界对于评估行星内部元素丰度与恒星宿主相比的程度至关重要，也可能提供研究非常年轻的地球和许多硅酸盐行星的早期形式的途径，预计岩浆海洋和表面熔岩湖将更加普遍。我们认为，在科学和公众的长期利益方面，高火山世界可能成为仅次于可居住世界的世界。
2018-04-13 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Melting and Mixing States of the Earth's Mantle after the Moon-Forming Impact
地球的月球被认为是在大约45亿年前由地球和撞击物之间的撞击形成的。这次撞击可能是如此的猛烈，以至于它可能混合和均匀化了地球的地幔。然而，这一观点似乎与地球化学研究不一致，这些研究表明地球的地幔没有被撞击混合。另一个可能的结果是，这一高能撞击熔化了整个地幔，但地幔熔化的程度还没有得到很好的理解，尽管它肯定对地球内部和大气的后续演化产生了重大影响。为了了解地球地幔的初始状态，我们使用平滑粒子流体动力学（SPH）对三种不同的模型进行了巨大的撞击模拟：（a）标准：一个火星大小的撞击物撞击原地球，（b）快速旋转的地球：一个小撞击物撞击快速旋转的原地球，（c）亚地球：两个半地球大小的行星碰撞。我们使用两种类型的状态方程（MgSiO 3液体和镁橄榄石）来描述地球的地幔。我们发现，地幔在（a）中仍然是未混合的，但在（b）和（c）中可能是混合的。混合的程度在（c）中是最广泛的。因此，（a）与地幔不均匀性的保存最一致，（c）可能最不一致，而（b）可能介于两者之间。我们确定，地球的地幔成为大部分熔融的影响，在所有的模型。状态方程的选择并不影响这些结果。此外，我们的研究结果表明，地幔物质的熵增益的巨大影响不能很好地预测的Rankine-Hugoniot方程。此外，我们表明，地幔可以保持不混合的月球形成的时间尺度上，如果它不成为混合的影响。
2015-06-16 astro-ph.EP
