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
Layered Uncertainty in Planetary Thermal History Models: Implications for Hypotheses Discrimination and Habitability Modeling
关于地球的冷却历史，已经提出了多种假设/模型。对地外生命的探索使这些模型进入了一个新的视角，因为它们与生命可以利用的两种能源之一相连。由于缺乏不确定性分析，区分不同地球冷却模型的能力以及采用这些模型来帮助评估行星可居住性的效用受到了阻碍。这促使分层的不确定性分析的一系列热历史模型，已应用于地球。分析评估耦合模型输入，初始条件和结构的不确定性。分层模型的不确定性，加上数据的不确定性和多个工作假设（另一种形式的不确定性），意味着即使模型是确定性的，结果也必须在概率意义上进行评估。对于地球的冷却历史，不确定性会导致模糊性-基于不同假设的多个模型可以匹配数据约束。这对使用这种模型来预测具有地球特征但比地球更古老的系外行星的条件具有影响，即，它对建立类地行星长期生命潜力的模型具有影响。即使对于我们所知道的最像地球的行星，地球本身，模型的不确定性和模糊性也会导致巨大的预测误差。考虑到这来自于数据限制最多的行星，我们应该期待一般类地行星模型的更大差异。分层不确定性方法可以通过将行星冷却模型与气候模型相结合并在它们之间传播不确定性来扩展，以从概率与二元观点评估可居住性。
2020-01-31 astro-ph.EP
Modeling Indications of Technology in Planetary Transit Light Curves -- Dark-side illumination
我们分析了地外文明使用轨道镜照亮同步旋转行星的黑暗面对行星过境光变曲线的潜在影响。以前基于行星尺度工程的副作用来探测文明的努力集中在影响宿主恒星输出的结构上（例如戴森球）。然而，较年轻的文明可能在工程方面不那么先进，但仍然能够将小型航天器送入轨道。由于M型矮星是太阳附近最常见的恒星类型，因此似乎有许多最近的可居住行星围绕着昏暗的低质量M型恒星运行，并且将同步旋转。从逻辑上讲，在这样一颗行星上进化的文明可能会受到启发，通过在L2拉格朗日点放置一个大镜子来照亮他们星球的黑暗面，或者发射一个小的薄镜子舰队进入行星轨道。我们简要地研究了这样一个轨道镜集合的要求和工程挑战，然后探讨它们对过境光变曲线的影响。我们将恒星边缘变暗和模型的一个简单的镜像舰队的影响，为过境的类地（R = 0.5至2 R_地球）行星，将同步旋转的轨道内的宜居带的主恒星。虽然这样的装置在开普勒数据中无法检测到，但JWST将提供必要的灵敏度来检测围绕附近恒星运行的类似地球的可居住行星的镜子舰队。
2018-06-06 astro-ph.EP
Stationary solutions to a Vlasov equation for planetary rings
在本文中，我们考虑一个弗拉索夫或无碰撞玻尔兹曼方程描述行星环的动力学。我们提出了一个简单的物理模型，其中环的粒子在两个主要物体的引力牛顿势下运动。我们忽略粒子间的引力。我们使用微扰技术，可以找到一阶显式解和二阶解，求解一组两个线性常微分方程。
2013-12-02 astro-ph.EP
Effects of stellar flybys on planetary systems: 3D modeling of the circumstellar disks damping effects
星团中的恒星飞掠被怀疑会影响行星系的轨道结构，导致偏心率激发和行星轨道与恒星赤道面之间的轨道不对准。我们探讨是否在行星的轨道要素的脉冲变化，所造成的双曲线恒星飞越，可以完全阻尼周围的恒星盘。分散星团所需的时间实际上与星周盘的寿命相当。我们在3D中模拟了一个由太阳型恒星组成的系统，该恒星被一个低密度盘包围，其中嵌入了一颗巨大的行星，第二颗恒星以双曲线的轨道与第二颗恒星相遇，第二颗恒星具有相似的质量和自己的盘。我们专注于极端的配置，一个非常深的恒星飞越扰动外部轨道上的类木行星。这可以完全测试磁盘消除恒星相遇影响的能力。我们发现，在恒星飞掠过程中的磁盘的质量损失量小于在2D模型中，其中一个单一的磁盘被认为是由于在遇到两个磁盘之间的质量交换。偏心率的阻尼比2D模型中的阻尼稍快，并且它发生在几千年量级的时间尺度上。大约10^4年后，在行星系统中留下的唯一痕迹是恒星赤道面和行星轨道之间的一个小于9度的小偏差。在一个现实的模型的基础上的三维模拟的恒星-行星-磁盘的相互作用，我们发现，恒星飞掠不能激发显着的偏心率和倾角的行星在星团。行星所在的星周盘在很短的时间尺度上阻尼了任何恒星相遇过程中产生的两个轨道参数的所有阶跃变化。所有过去的遭遇记录都被删除了。
2014-02-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
chemcomp: Modeling the chemical composition of planets formed in protoplanetary disks
本研究开源了chemcomp代码，该工具可模拟黏性原行星盘中行星的形成及化学组成演化，支持学界开展行星形成模型与观测约束的对比研究。
2023-11-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Impact of Planetary Phase Functions on Exo-Earth Detectability with EXOSIMS
Lunar & Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学月球与行星实验室）；Habitability, Atmospheres, and Biosignatures Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学宜居性、大气与生物标志物实验室）；NASA Nexus for Exoplanet System Science Virtual Planetary Laboratory, University of Washington（华盛顿大学虚拟行星实验室）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学西布莱机械与航空航天工程学院）；Carl Sagan Institute, Cornell University（康奈尔大学卡尔·萨根研究所）
研究利用EXOSIMS工具，探讨行星相位函数对类地行星探测的影响。通过纳入高保真地球模型相位依赖反射率进行模拟，发现现实相位函数和日冕仪内工作角参数影响产量估计，强调建模需更真实表示类地行星。
2026-07-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modeling the Historical Flux of Planetary Impactors
月球和类地行星的撞击坑记录为太阳系的形成和演化提供了重要线索。特别有趣的是3.8-3.9 Gyr ago（Ga）的时代，被称为Late Heavy Bombardment（LHB），当最年轻的月球盆地如Imperial和Orientale形成时。LHB被认为起源于缓慢下降的撞击物通量或晚期动力学不稳定性。在这里，我们开发了一个大型小行星撞击的历史通量模型，并讨论了它如何取决于各种参数，包括行星迁移/不稳定的时间和性质。我们发现，小行星撞击通量下降了1至2个数量级，在第一个1 Gyr，并保持相对不变，在过去的3 Gyr。早期的撞击是由在行星迁移/不稳定期间轨道变得兴奋的小行星和来自主带内部延伸的小行星（E带;半长轴1.6<a<2.1 au）造成的。行星不稳定性的早期和晚期版本的轮廓最初不同，但最终是相似的后~3 Ga。因此，不稳定性的时间只能通过考虑在太阳系历史的第一个~1.5 Gyr期间的撞击坑和其他限制来确定。我们对撞击通量的绝对校准表明，小行星可能不是造成LHB的原因，无论不稳定性发生的早或晚，因为校准的通量不足以解释Imperial/Orientale和大月球陨石坑的显著份额。彗星和类地行星形成的残余物提供了额外的，可能是早期撞击的主要来源。
2016-12-27 astro-ph.EP
Modeling Planetary System Formation with N-Body Simulations: Role of Gas Disk and Statistics Comparing to Observations
在行星形成的后期，当火星大小的核心出现时，行星核心之间的相互作用可以激发它们的轨道偏心率，加速它们的合并，从而塑造行星系统的最终结构。这一系列的工作有助于最终组装的行星系统与N体模拟，包括第一和第二类迁移的行星，气体吸积的大规模核心的粘性盘。本文采用I型和II型迁移的标准公式研究了太阳质量恒星周围行星系统的形成。最后得到了行星质量、半长轴和偏心率的统计分布，与观测系统的结果相当。我们的模拟预测了一些围绕太阳质量恒星的行星系统的轨道特征：36%的幸存行星是巨行星（Mp> 10 Me）。大部分的大质量巨行星（Mp> 30 Me）位于1-10AU之间。类地行星在<1-2天文单位的范围内或多或少分布均匀。内轨道的行星（小于1天文单位）可能会聚集在原恒星盘的内缘（3-5天）或其MRI死区（30-50天）。在质量偏心率图中有一个行星沙漠，即，在高偏心率轨道（e > 0.3 - 0.4）中缺乏质量为0.005 - 0.08 MJ的行星。巨行星（Mp> 10 Me）的平均离心率（~ 0.15）大于类地行星（Mp<10 Me）的平均离心率（~ 0.05）。一个拥有更多行星的行星系统，其行星质量和轨道偏心率平均都较小。
2011-03-17 astro-ph.EP
Gaussian processes for radial velocity modeling Better rotation periods and planetary parameters with the quasi-periodic kernel and constrained priors
本研究分析准周期高斯过程核在径向速度建模中的性能，发现约束不同超参数可分别提升恒星自转周期识别精度与行星探测效率，同时指出该方法的适用局限与贝叶斯证据的使用风险。
2023-04-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
$\texttt{PyTranSpot}$ - A tool for multiband light curve modeling of planetary transits and stellar spots
一些研究表明，恒星活动特征，如掩星和非掩星，可以影响凌日参数的测量，使凌日时间变化和透射光谱的研究产生偏差。我们提出了$\texttt{PyTranSpot}$，我们设计的模型多波段过境光变曲线显示星点异常，推断过境和现场参数。该代码遵循像素化的方法，在二维笛卡尔坐标网格上模拟恒星及其相应的边缘变暗，斑点和凌日行星。我们结合$\texttt{PyTranSpot}$与MCMC框架来研究和推导系外行星透射光谱，这为凌日恒星-行星系统的物理性质和不确定性提供了统计上可靠的值。我们通过分析四个不同恒星-行星系统的11条合成光变曲线和研究得很好的WASP-41 b系统的20条凌日光变曲线来验证$\texttt{PyTranSpot}$的性能。我们还研究了星斑对过境参数的影响，并推导出WASP-41 b的波长依赖过境深度值，覆盖范围为6200-9200 $Å$，表明平坦的透射光谱。
2017-10-30 astro-ph.EP
The mu Arae planetary system: Radial velocities and astrometry
利用哈勃太空望远镜精细制导传感器天体测量和已发表和以前未发表的径向速度测量，我们探索了系外行星系统μ Arae。我们的径向速度的建模结果在改进的轨道要素的四个先前已知的组件。我们的天体测量没有任何已知伴星的证据，但提供了三个伴星质量的上限。所有过去的精细制导传感器系外行星天体测量结果的最终总结揭示了对小倾角的偏见（更多的是正面而不是侧面）。这种偏差仍然无法用少量统计数据、建模技术、精细制导传感器机械问题或噪声主导数据的轨道建模来解释。使用我们精确的轨道根数进行的数值分析表明，行星d使μ Arae系统在10^5年的时间尺度上动态不稳定，这与以前的工作基本一致。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Phase Modeling of the TRAPPIST-1 Planetary Atmospheres
过境紧凑的多行星系统提供了许多独特的机会来表征行星，包括研究大小分布，平均密度，轨道动力学和大气成分。在这些系统中相对较短的轨道周期确保了需要行星特定轨道位置的事件（例如主凌日和次食点）发生频率很高。行星的轨道运动和相关的相位变化提供了一种通过测量它们的赤道来限制大气成分的方法。在这里，我们描述了预期的相位变化的TRAPPIST-1系统和优越的结合时，相位效应的总和产生最大幅度的时间。我们还描述了TRAPPIST-1行星发射的红外通量和对整体相位振幅的影响。我们进一步提出了使用全球环流模型ROCKE-3D的TRAPPIST-1 e和TRAPPIST-1f假设现代地球和太古代大气成分的大气模型的结果。这些模拟用于计算反射光和热发射分量的预测相位曲线。我们讨论了这些签名的可探测性和未来的前景，类似的研究相对暗淡的M星的相位变化。
2020-12-24 astro-ph.EP
Modeling Carbon-Based Planets with MAGRATHEA
University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Nevada Center for Astrophysics（内华达天体物理学中心）；Department of Astronomy, University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校天文学系）
研究人员在开源行星内部求解器MAGRATHEA中添加碳质幔建模功能，以探索C/O比接近或超过0.9的行星系统中可能存在的碳基行星，完善行星内部结构的建模范围。
2026-08-31 astro-ph.EP
The open-source sunbather code: modeling escaping planetary atmospheres and their transit spectra
本文介绍开源 Python 代码 sunbather，用于模拟逃逸行星大气及其透射光谱，并发现金属丰度显著影响质量损失率，可用于解释氦线等观测数据。
2024-08-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Variational Principle for Planetary Interiors
在过去的几年里，被确认的行星数量已经超过了2000颗。很明显，它们代表了在我们自己的太阳系中看不到的结构多样性。除了非常详细的内部建模，有一个简单的分析框架来描述行星结构是有价值的。变分原理是物理学中的一个基本原理，它要求物理系统遵循使其作用最小化的轨迹。它是物理系统的微分方程公式的替代。将这一原理应用于行星内部可以将微分方程组漂亮地概括为一个，这为我们提供了一些对问题的见解。由此导出了一个普遍的质量-半径关系式、从状态方程到质量-半径关系式的误差传播估计以及适用于行星内部的维里定理。
2016-08-06 astro-ph.EP
Characterizing Microlensing Planetary System OGLE-2014-BLG-0676L with High-Resolution Image Constrained Light Curve Modeling
The University of Osaka（大阪大学）；NASA/Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）；Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA/GSFC（NASA/GSFC空间科学与技术研究卓越中心）；Massey University（梅西大学）；University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris, IAP（法国国家科学研究中心巴黎天文台）
该研究针对微引力透镜行星系统OGLE-2014-BLG-0676，将凯克AO高分辨率成像纳入光曲线建模，通过结合二者减轻系统效应和建模简并性，确定了该系统的主恒星质量、透镜距离、行星质量等物理性质，结果可被未来观测证实。
2026-07-23 astro-ph.EP astro-ph.GA
Resizing the giants: How modelling adiabatic interiors impacts predicted planetary radii
University of Zürich（苏黎世大学）
本文通过比较不同数值方法计算绝热温度梯度对巨行星内部结构和半径的影响，发现对数温度方程导致半径偏差高达3.4%，推荐使用非对数温度方程结合样条导数方法。
2026-06-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modeling stellar abundance patterns resulting from the addition of earthlike planetary material
关于恒星中的精确微分丰度（PDA）的文献是广泛的。巡天观测包括太阳附近的类太阳恒星、双星系统和星系团。在Ramirez等人（2019）和Nagar等人（2020）的论文中可以找到许多参考文献以及相关机制的讨论。这项工作的一个强大动力是丰度受到系外行星系统及其演变影响的可能性。我们计算得到的差异丰度（[El/H]），假设给定量的物质与大块地球的组成（Wang，et al. 2018）被添加到矮G型恒星的恒星对流区。对流区的质量是不确定的和可变的，取决于光谱类型。在这里，我们假设恒星对流区（SCZ）的质量为$5\cdot 10^{31}$ gm。这是0.025 $M_\odot$（Pinsonneault等人，2001，Chambers，2010）。对于其他SCZ质量，必须相应地调整参数。一般来说，类日恒星的成分与太阳的成分并不完全相同。在我们的模型中大致考虑了这种偶然性。附录讨论了挥发性和冷凝温度的问题。
2021-01-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observations, Thermochemical Calculations, and Modeling of Exoplanetary Atmospheres
本论文作为一个整体的目的是提供更好地了解热木星行星通过观察，进行热化学计算，并模拟其大气。我们使用了斯皮策多波长二次日食观测和具有高信噪比的目标，因为它们的深日食使我们能够探测光谱特征的特征，并更确定地评估行星大气结构和成分。第一章是一个简短的介绍。第二章介绍了WASP-14 b的斯皮策二次日食分析和大气特征。WASP-14 b是一颗高辐射、热木星。通过在大气分析中应用贝叶斯方法，我们发现与理论预测相反，没有逆温。第三章介绍了WASP-43 b斯皮策卫星的红外观测、数据分析和大气特征。WASP-43 b是轨道最近的热彗星之一，它与一颗热木星一起绕着最冷的恒星之一运行。大气分析排除了在其昼侧大气中存在强烈的逆温现象。第4章介绍了开源热化学平衡丰度（TEA）代码及其对几颗热木星的应用。TEA在迭代拉格朗日优化方案中使用吉布斯自由能最小化方法计算气态物质的丰度。代码是用Python编写的，可通过http://github.com/dzesmin/TEA向社区提供。第5章介绍了我对开源贝叶斯大气辐射转移（BART）代码的贡献，以及它在WASP-43 b上的应用。BART根据观测到的光谱信息来表征行星大气。它建立了一个行星大气模型，进行辐射传输计算以产生行星光谱模型，并使用统计模块将模型与观测结果进行比较。
2016-04-10 astro-ph.EP
AQUA: A Collection of H$_2$O Equations of State for Planetary Models
水是行星结构建模中的关键化学元素之一。由于其复杂的相图，状态方程通常只涵盖行星建模所需的部分压力-温度空间。我们构造了一个适用于0.1 ~ 400 TPa，150 K ~ $10^{5}$ K的H_PDMATHABMM_O状态方程，它可以用来模拟行星内部.我们结合在局部区域有效的状态方程，以形成跨越所述压力和温度范围的连续状态方程。我们提供了最重要的热力学量的列表值，即，密度、绝热温度梯度、熵、内能和水在该压力和温度范围内的体积声速。为了更好的可用性，我们还计算了密度-温度和密度-内能网格。我们进一步讨论了这个状态方程的行星的质量半径关系相比，其他流行的状态方程，如ANEOS和QEOS的影响。AQUA是对行星模型有用的现有状态方程的组合。我们表明，AQUA是在大多数地区的水的热力学一致的描述。在10 GPa以上的压力下，AQUA预测的系统密度大于ANEOS或QEOS。一个已经存在于先前提出的状态方程中的特征，这是这项工作的主要基础方程。我们表明，状态方程的选择可以有很大的影响的质量半径关系，这突出了未来发展的重要性，在该领域的状态方程和有关的实验数据在高压下的水。
2020-09-21 astro-ph.EP
An Efficient Method for Modeling High Magnification Planetary Microlensing Events
我提出了一个以前未发表的方法建模多个镜头微透镜事件，是基于图像为中心的射线拍摄方法的贝内特和Rhie。它已被用来模拟各种各样的二元和三元透镜系统，但它的目的是有效地模拟高放大率的行星微透镜事件，因为这些是迄今为止最具挑战性的事件建模。它被设计为足够有效地处理具有两个以上透镜质量和透镜轨道运动的微透镜事件。该方法使用极坐标积分网格，其在径向方向上的网格间距小于在角方向上的网格间距，并且其采用专门设计用于处理肢体变暗源的积分方案。我目前的测试表明，这些功能实现二阶精度的光变曲线的一些高放大率的行星事件。与在两个方向上具有相同网格间距的一阶积分方案（对于固定数量的网格点）相比，它们将计算精度提高了>100倍。该方法还包括Metropolis算法卡方面积最小化方法，该方法允许跳跃函数以允许快速收敛到卡方面积最小值的方式变化。最后，我介绍了一种全局参数空间搜索策略，它允许对光变曲线模型的参数空间进行盲搜索，而不需要在固定参数的大网格上进行卡方最小化。相反，参数空间是在初始条件的网格上探索的，用于使用完整的参数空间的一组卡方最小化。虽然这种方法可能比在一个大的参数网格上找到卡方最小值的方法更快，但我认为这种方法的主要优势在于具有多个行星信号的事件，在这种情况下，必须探索更高维的参数空间才能找到正确的光变曲线模型。
2010-06-02 astro-ph.EP astro-ph.GA
Computing Apparent Planetary Magnitudes for The Astronomical Almanac
本文报道了计算行星星等的改进方程。这些公式模拟了从20世纪50年代最早的滤光光度测量到现在的V波段观测。新的方程包含了几个以前没有用于生成物理星历的术语。这些包括火星的自转和公转角度，天王星的太阳下和地球下的纬度，以及海王星的长期时间依赖性。天文年历中使用的公式涵盖了从地球上可见的行星相位角。补充方程涵盖了超出地心限制的那些相位角。地心星等是在至少50年的时间跨度内计算的，并对结果进行了统计分析。报告了每颗行星的平均值、变化和极端星等。简要讨论了Johnson-Rupins和Sloan测光系统中除V以外的其它谱带。美国海军天文台提供的行星星等数据产品也被列出。附录描述了源代码和测试数据集，这些数据集可用于根据本文给出的方程和情况在线计算行星星等。这些档案作为本文件的补充材料张贴。它们也可以在SourceForge的项目https://sourceforge.net/projects/planetary-magnitudes/下的“文件”选项卡下的“Ap_Mag_Current_Version”文件夹中找到。
2018-08-06 astro-ph.EP
Mercury-Ar$χ$es: a high-performance n-body code for planet formation studies
INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所都灵天文台）；ICSC – National Research Centre for High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing（高性能计算、大数据与量子计算国家研究中心）；INAF - Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所空间天体物理学与行星科学研究所）；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）；Sharkmob
Mercury-Ar$χ$es是一种高性能n体代码，用于模拟行星形成过程中的行星增长、迁移及与盘气体的相互作用。
2026-01-23 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
Accurate and thermodynamically consistent hydrogen equation of state for planetary modeling with flow matching
Department of Astrophysics, University of Zürich（天文学系，苏黎世大学）
针对致密氢熵计算无共识的问题，基于ab initio分子动力学模拟，采用flow matching方法验证传统热力学积分，提出准确且热力学一致的氢状态方程构建框架，解决了木星绝热线的长期分歧。
2025-08-09 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Planetary Orbital Equations in Externally-Perturbed Systems: Position and Velocity-Dependent Forces
太阳系外行星的数量和种类越来越多，说明了描述行星摄动的重要性。行星轨道通常由物理直观的轨道要素描述。本文利用高斯方程的推广形式，将非平均摄动二体问题的运动方程用行星轨道根数显式表示。我们考虑了一组不同的位置和速度依赖的扰动，并推导出相关的具体情况下的方程：当他们平均超过快速变量（“绝热”近似），并在crosside和逆行平面的情况下。在每一种情况下，我们描述的性质的方程。作为潜在应用的简要演示，我们考虑银河潮汐的影响。我们测量最广泛的已知系外行星轨道，塞德娜类物体，和遥远的分散盘对象的影响，特别是关于绝热近似打破。Mathematica代码可以帮助推导方程，可根据要求免费提供。
2012-10-24 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Modeling Stellar Proton Event-induced particle radiation dose on close-in exoplanets
开普勒望远镜的观测发现了大量的近地系外行星的存在，以及偶然发现的恒星超级耀斑，其排放量比在太阳上观测到的高出几个数量级。这两者之间的相互作用及其对行星可居住性的影响是社区的极大兴趣。恒星质子事件与行星大气相互作用，产生次级粒子并增加表面的辐射剂量。这种效应在近距离的系外行星上被放大，可能对潜在的行星生命构成严重威胁。蒙特卡罗模拟被用来模拟SPE-induced粒子辐射剂量的表面上的这样的系外行星。结果表明，在大气柱深度、磁矩和轨道半径各不相同的近距离配置中，行星的表面辐射剂量范围很广。可以得出结论，对于具有相当大的大气层和磁层的近距离系外行星，恒星超级耀斑所贡献的辐射剂量可能不足以使行星灭菌（对于我们所知道的生命），但可能导致频繁的灭绝事件。根据最近的报道，硬光谱SPE与比邻星b的大气的相互作用进行了建模，并讨论了其可居住性的影响。
2016-09-28 astro-ph.EP
Planetary Ring Dynamics -- The Streamline Formalism -- 1. From Boltzmann Equation to Celestial Mechanics
这些1992年的演讲笔记提出了一个强大的形式主义，主要是在20世纪80年代由Borderies，Goldreich和Tremaine开发的，以解决行星环动力学问题。这些笔记特别强调环微观物理学，量化的帮助下，时刻的玻尔兹曼方程。他们还专注于窄环刚性进动的标准自引力模型，以及线性和非线性密度波的物理学。这些注释已得到更正，但只是略微扩展，没有更新。它们既作为流线形式主义的介绍，也作为我即将发表的评论（“窄环和锐边理论”）的一些技术问题的补充，该评论将涵盖这里没有涉及的物理学以及最近的发展。这篇评论将出现在《行星环系统》一书中（C。Murray和M. Tiscareno，eds.），将于今年晚些时候在剑桥大学出版社出版。
2017-03-15 astro-ph.EP
Atmosphere expansion and mass loss of close-orbit giant exoplanets heated by stellar XUV: I. Modeling of hydrodynamic escape of upper atmospheric material
在本系列论文中，我们提出了一个一致的描述质量损失过程。为了更全面地研究近轨道巨系外行星（热木星）的内禀磁场对大气物质逃逸和行星内磁层形成的影响，本文从一个高层大气膨胀的流体动力学模型出发.在考虑一个简单的氢大气模型时，我们着重考虑了大气气体的辐射加热和电离效应及其在太空中的膨胀。主要注意的是调查的具体条件的作用，在内部和外部边界的模拟域，根据不同的制度的材料逃逸（自由和限制流）的形成。对不同的过程，如XUV加热、材料电离和复合、H3+冷却、绝热冷却和Lyman-alpha冷却、Lyman-alpha再吸收进行了比较研究。我们确认我们的模拟结果与其他膨胀行星大气的流体动力学模型的结果基本一致。特别地，我们得到在典型的太阳型恒星轨道距离0.05 AU的条件下，热木星等离子体包层的最高温度可达~ 9000 K，流体动力逃逸速度约为9 km/s，质量损失率约为~（4-7）*10^10 g*s。在所考虑的恒星行星参数和XUV通量的范围内，在能量有限的情况下接近质量损失。列入行星固有的磁场的模型是一个主题的后续文件（文件二）。
2015-06-11 astro-ph.EP
Lagrange's planetary equations with time-dependent secular perturbations
本文推导了含显式时间依赖长期摄动的哈密顿系统中半长轴的演化方程，并以谐波和四极摄动为例进行了分析。
2024-05-28 astro-ph.EP astro-ph.GA gr-qc
Enhanced Predictive Modeling for Hazardous Near-Earth Object Detection: A Comparative Analysis of Advanced Resampling Strategies and Machine Learning Algorithms in Planetary Risk Assessment
Columbia University（哥伦比亚大学）
本文比较六种机器学习模型预测危险近地天体，发现随机森林和梯度提升分类器F2分数及准确率最高，凸显集成方法与针对性模型选择在行星风险评估中的价值。
2025-08-20 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.AI
STCTM: a forward modeling and retrieval framework for stellar contamination and stellar spectra
本文提出STCTM框架，通过贝叶斯反演建模恒星表面非均匀性引起的凌星光源效应对透射光谱的污染，并利用exotune子模块从凌星外光谱获取数据驱动先验，以区分行星与恒星的贡献。
2025-08-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Limitations of Using BCA Codes for Modeling the Sputtering Behavior of Planetary Surfaces
University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Laboratory for Astrophysics and Surface Physics, University of Virginia（弗吉尼亚大学天体物理与表面物理实验室）；Space Sciences Laboratory, University of California（加州大学空间科学实验室）；TU Wien（维也纳工业大学）
研究指出二元碰撞近似（BCA）代码在模拟矿物溅射时存在局限性，无法同时准确预测溅射产额和角度分布，主要源于几何简化及忽略分子簇溅射等过程。
2026-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.chem-ph
Modeling pN2 through Geological Time: Implications for Planetary Climates and Atmospheric Biosignatures
氮是地球上所有生命的主要营养素，并且很可能在地外生物圈中发挥类似的作用。地球表面氮的主要储存库是大气中的N2，但最近的研究提出，这个储存库的大小可能在地球历史的过程中波动很大，在新太古代的水平特别低-可能是生物活动的结果。我们使用了一个地球化学箱模型来测试哪些条件是造成大气N2压力大幅波动的必要条件。我们的模型的参数受到现代地球的观测和重建的生物质埋藏和氧化风化在深的时间。一个一维气候模式被用来模拟对大气气候的潜在影响。在第二组测试中，我们扰动了我们的盒子模型，以研究哪些参数对大气pN 2的演变影响最大，并考虑对其他行星上氮循环的可能影响。我们的研究结果表明，（a）在太古代，需要高速率的生物质埋藏，以将大气pN 2降低到不到现代水平的一半，（b）由此产生的对温度的影响可能已经通过增加太阳光度和pCO 2的温和增加得到补偿，以及（c）大气氧化可能通过氧化风化引发了逐步pN 2反弹。一般来说，生命似乎是类地行星上大气pN 2显著波动的必要条件。我们的研究结果进一步支持了这样一种观点，即富含N2和O2的系外行星大气是产氧生物圈的标志。
2016-12-08 astro-ph.EP
Comparative Analysis of the Model for Exoplanet Atmosphere Outflow
模拟行星大气外流对于理解系外行星系统的演化和解释其观测结果非常重要。系外行星大气层的现代理论模型变得越来越详细和多成分，这使得新的研究人员难以参与该范围。在这里，第一次，我们提出的气体动力学方法纳入我们的空气动力学模型，这已经提出了测试的结果。实验结果证明了该方法的正确性和实用性。为了模拟行星风，我们提出了一个新的流体动力学模型配备了恒星紫外辐射加热的唯象函数。在这个模型中的一般流动与在更详细的空气动力学模型中得到的结果很好地一致。该模型可用于方法的目的和测试的气体动力学模块的自洽化学动力学模型的行星风。
2021-05-29 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
Eigenvectors, Circulation and Linear Instabilities for Planetary Science in 3 Dimensions (ECLIPS3D)
上下文对线性波和不稳定性的研究对于理解大气的物理演变是必要的，并且可以对使用全球环流模式（GCM）进行的模拟中发现的复杂流动提供物理解释。特别是，在赤道的热超导体的超旋转流的加速主要是在几个简化的假设下进行研究，放松可能会影响最终的结果。目标。我们开发和基准的公开可用的算法来识别周围的任何初始稳定状态的大气的本征模。我们还解决了线性稳态。方法.本文对具有任意速度和温度分布的稳态行星大气的流体动力学方程进行了线性化。然后，我们离散的线性方程在适当的交错网格，并解决特征向量和线性稳定的解决方案，使用并行库线性代数：ScaLAPACK。我们还实现了能量方程的后验计算，以获得更多的信息的模式的基本物理。结果我们的代码是基准对经典的波和不稳定性的测试情况下，在多种几何形状。定常线性环流的计算也重现了热彗星大气的预期结果。最后，我们展示了我们的能量方程的鲁棒性，以及它对模式的物理洞察力。结论.我们已经开发和基准代码的线性过程的研究在行星大气，任意的稳定状态。一个后验能量方程的计算提供了增加的鲁棒性和物理意义所获得的本征模。该代码可以应用于各种问题，特别是进一步研究热木星的GCM模拟的超旋转的初始自旋。
2019-09-09 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.flu-dyn
The planetary-mass-limit VLT/SINFONI library: Spectral extraction and atmospheric characterization via forward modeling
本研究利用21份VLT/SINFONI K波段存档观测数据，通过正向建模分析行星质量伴星与孤立褐矮星的大气属性，发现M/L型过渡处有效温度骤降，且两类天体K波段光谱无显著差异，还补充了3颗伴星的碳氧比测量数据。
2025-07-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Revisiting the HD 21749 Planetary System with Stellar Activity Modeling
HD 21749是一颗明亮的K矮星（$V=8.1$等），亮度为16 pc，已知拥有一颗内类地行星HD 21749c和一颗外亚海王星HD 21749b，两者都由TESS提供。后续的光谱观测测量HD 21749 b的质量为$22.7\pm2.2\ M_{\oplus}$，密度为$7.0^{+1.6}_{-1.3}$ g~cm $^{-3}$，使其成为致密的次海王星之一。然而，质量测量被怀疑受到恒星旋转的影响。在这里，我们提出了新的高节奏PFS RV数据解开恒星活动信号的行星信号。我们发现，HD 21749有一个类似的旋转时标作为行星的轨道周期，和行星轨道RV信号的幅度估计是类似的恒星活动信号。我们执行高斯过程（GP）回归的测光和RVs从HARPS和PFS模拟恒星活动信号。我们的新模型揭示了HD 21749 b的半径为$2.86\pm0.20\ R_{\oplus}$，轨道周期为$35.6133\pm0.0005$ d，质量为$M_{b}=20.0\pm2.7\ M_{\oplus}$，在偏心轨道上的密度为$4.8^{+2.0}_{-1.4}$ g~cm $^{-3}$，这与该系统的最新公布值一致。HD 21749 c的轨道周期为$7.7902\pm0.0006$ d，半径为$1.13\pm0.10\ R_{\oplus}$，质量上限为3 $σ$。我们的Monte Carlo模拟证实，如…
2020-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Interior and Climate Modeling of the Venus Zone Planet TOI-2285 b
本研究结合内部结构、挥发物储量与 ROCKE-3D 气候模拟，分析位于 HZ 与 VZ 内的 TOI-2285 b，并用 JWST 光谱预测验证其存在温和气候情景的可能。
2025-05-15 astro-ph.EP
Radial Velocity Observations and Light Curve Noise Modeling Confirm That Kepler-91b is a Giant Planet Orbiting a Giant Star
Kepler-91 b是一个罕见的热木星绕红巨星凌日的例子，为研究与主序星相比不同条件下热木星的形成和组成提供了可能性。然而，开普勒-91b的行星性质，这是由Lillo-Box等人使用相位曲线变化证实的，最近基于对开普勒数据的重新分析而受到质疑。我们已经从Hobby-Eberly望远镜获得了地面径向速度观测结果，并通过同时对开普勒和径向速度数据进行建模，明确证实了开普勒-91b的行星性质。恒星表现出时间相关的噪声，由于恒星颗粒，我们作为一个高斯过程模型。我们假设，正是这种噪声成分导致先前的研究怀疑开普勒-91 b是一个假阳性。我们的工作证实了Lillo-Box等人提出的结论，即开普勒-91 b是一颗0.73+/-0.13 Mjup的行星，围绕一颗红巨星运行。
2015-02-12 astro-ph.EP
OGLE-2012-BLG-0455/MOA-2012-BLG-206: Microlensing event with ambiguity in planetary interpretations caused by incomplete coverage of planetary signal
描述微透镜行星的特征是通过模拟观测到的透镜光变曲线来完成的。在这个过程中，经常会遇到不同透镜参数的解决方案会导致相似的光变曲线，导致难以唯一地解释透镜系统，因此理解不同类型简并的原因是重要的。在这项工作中，我们表明，不完全覆盖的行星扰动可能会导致退化的解决方案，即使是行星信号检测到具有高水平的统计意义的事件。我们证明了实际观察到的事件OGLE-2012-BLG-0455/MOA-2012-BLG-206的简并性。对于测量总数为6963的数据集，该高放大倍数事件$(A_{\rm max}\sim400)$的峰值表现出与具有$Δχ^{2}\gtrsim4000$的点透镜模型的非常强的偏差。从光变曲线的详细建模中，我们发现这种偏差可以用四种不同的解决方案来解释，即，两组完全不同的解，每一组都有两倍的简并性。虽然两重（所谓的“近/宽”）简并性是很好理解的，但根本不同的解决方案之间的简并性是以前不知道的。这种简并的模型光变曲线在观测未覆盖的部分有很大的不同，表明简并是由扰动的不完全覆盖引起的。预计在这项工作中引入的简并的频率将大大减少与目前的透镜调查和后续实验的改进和新的调查的到来。
2014-04-10 astro-ph.EP
Accelerating Radiative Transfer for Planetary Atmospheres by Orders of Magnitude with a Transformer-Based Machine Learning Model
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109, USA（喷气推进实验室、加州理工学院）；NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA 94035, USA（NASA阿姆斯研究中心）；California Institute of Technology, Pasadena, CA, 91125, USA（加州理工学院）
针对行星大气辐射传输计算成本高的问题，开发了基于仅编码器transformer架构的辐射传输模拟器，在保持约1%误差的同时实现100倍加速，为GCMs等模型提供更高效精确的方案。
2025-10-30 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
Modeling the surface temperature of Earth-like planets
基于行星地面温度的时空分布，提出了一种新的类地行星地面温度模型（ESTM）。ESTM采用了一个表面能平衡模式，并辅以：辐射对流大气柱计算，一套基于物理的对流输送参数化，以及比标准EBM更精确的地面和云特性描述。该参数化方法适用于大气层较浅、轴对称度适中（θ>= 45 ^o）的旋转类地行星。与文献中的三维大气动力学模式的比较表明，当自转速率、日射量、表面气压和行星半径在0.5 ≤ Ω/Ω_o ≤ 2，0.75 ≤ S/S_o ≤ 1.25，0.3 ≤ p/（1 bar）≤ 10，0.5 ≤ R/R_o ≤ 2。ESTM具有极低的计算成本，并且可以在行星参数几乎不知道（如对于大多数系外行星）和/或需要针对不同参数配置进行多次运行时使用。对一颗测试案例系外行星（开普勒-62 e）的模型模拟表明，在类地行星预期范围内的表面压力的不确定性可能会对平均温度产生约60 K的影响。在ESTM的有效性范围内，表面压力的影响大于由旋转速率、轴向刚度和海洋分数的不确定性所预测的影响。我们讨论了利用ESTM的灵活性进行行星可居住性的统计排名的可能性。
2015-04-28 astro-ph.EP
On the nature of the tertiary companion to FW Tau: ALMA CO observations and SED modeling
一般认为，行星质量伴星可能是通过引力盘不稳定性或核心吸积形成的。在形成过程中识别这些物体将为相互竞争的形成理论提供最直接的检验。仍在形成中的行星质量物体的最有希望的候选者之一是FW Tau系统中的第三个物体。我们在这里展示了ALMA第1周期的观测结果，证实了最近发表的在第三个物体周围检测到1.3 mm尘埃盘的结果，并首次清晰地检测到了单个峰值$^{12}$ CO（2-1）线，为同时存在气体盘提供了直接证据。我们进行辐射转移建模的第三个对象在FW头，发现目前的观测结果是一致的，无论是嵌入在一个边缘盘或嵌入在一个低倾角盘，这是外部照射的二进制同伴的行星褐矮星。进一步的观察与ALMA，旨在高信噪比检测非污染的天然气管道，需要最终揭示的性质，第三个对象在FW头。
2015-06-02 astro-ph.EP
Plasma physics and planetary astrophysics
在这篇评论中，我简要地总结了目前的状态下的行星内部的特征条件下，从类地行星到类木行星的物质性质的实验和理论研究。我首先集中在两个最轻的元素，氢和氦，并讨论最近的理论和实验研究，他们的性质在高压和高温。然后，我讨论了这些属性的影响，以及较重元素的状态方程，行星内部。最后，我强调了系外行星过境观测和推断的质量半径关系，以确定行星内部的组成的重要性。
2009-12-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Probing the interiors of the ice giants: Shock compression of water to 700 GPa and 3.8 g/ccm
最近，已确认的太阳系外行星系的数量有了巨大的增加。我们对它们形成的理解与系外行星内部结构模型有关，这些模型依赖于轻元素和水等化合物的状态方程。在这里，我们提出了前所未有的准确性，水的冲击压缩数据表明水的状态方程中常用的行星建模显着高估的压缩性在行星内部的相关条件。此外，我们表明，在这些条件下，它的行为，包括反射率和等熵响应，是很好地描述了最近的第一性原理为基础的状态方程。这些发现主张将这种水模型用作海王星，天王星和“热海王星”系外行星的建模标准，并应提高我们对这些类型行星的理解。
2012-01-12 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Planetary Accretion Shocks with a Realistic Equation of State
气态巨行星形成的最后阶段包括从母原行星盘吸积气体。一般来说，下落的气体可能接近自由落体速度，产生吸积激波，导致强烈的激波加热和辐射。我们研究的运动学和能量的吸积冲击使用一维辐射流体动力学模拟。我们的模拟功能的第一个自洽处理氢的解离和电离，辐射传输，和现实的灰色不透明度。通过探索大范围的巨行星质量（0.1 - 3 M $_{J}$）和吸积率（$10^{-3}$-$10^{-2}$ M $_{\oplus}\cdot\rm{yr}^{-1}$），我们专注于全球激波效率和最终的吸积气体的熵。我们发现，当吸积激波的光度超过一个临界光度时，吸积激波的辐射可以使入射气体中的氢分子完全解离。同时，激波后熵一般分为"冷"（$<12k_{\rm{B}}/m_{\rm H}$）和"热"（$>16k_{\rm{B}}/m_{\rm H}$）两组，这取决于$\rm{H}_2$解离吸热过程的程度。虽然需要2D或3D模拟来更真实地理解吸积过程，但这种区别可能会延续并揭示年轻直接成像行星的解释。
2022-01-26 astro-ph.EP
Physical and chemical structure of planet-forming disks probed by millimeter observations and modeling
由尘埃和气体组成的原行星盘普遍存在于年轻恒星周围，通常被认为是行星系统的摇篮。它们的寿命、外观和结构是由恒星辐射、重力、热压、磁场、气体粘性、湍流和旋转之间的相互作用决定的。分子和尘埃是圆盘中主要的加热和冷却介质。尘埃颗粒控制着盘的不透明度，重新处理大部分的恒星辐射，并屏蔽电离紫外线/X射线光子的分子。行星系统的形成也会动态地演变，从而极大地改变其气体和尘埃密度结构。在过去的十年中，由于新的毫米波/红外设施（SMA，PdBI，CARMA，Herschel，e-VLA，ALMA）的升级或出现，我们对磁盘化学成分的理解取得了重大进展。自PPV以来，我们对磁盘物理和化学的理解已经取得了一些重大突破。本文将介绍和讨论这些改进对我们理解磁盘的物理结构和化学组成的影响。
2014-02-14 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.space-ph
The Propagation of Strong Shocks into Planetary and Stellar Atmospheres
在这项工作中，我们提出了一个数学模型的冲击波发生在梯度密度分布的传播。这些波可以发生在广泛的天体物理事件中，例如行星和恒星大气层中的碰撞，常见的信封爆炸和奇特的Ia型超新星。冲击波的行为和它的演变可以使用II型自相似的解决方案建模。在这样的解决方案的冲击波的演变是由边界条件的冲击前和一个奇点在冲击区。我们展示了如何可以确定不同的状态方程和密度分布的演变，并比较这些结果的数值模拟。这些发现也被应用于各种天体物理现象，以进一步检验其有效性。
2021-07-04 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
