High Temperature Photochemistry in the Atmosphere of HD189733b
最近对热系外行星的红外光谱分析开始揭示它们的大气成分。在行星大气的深处,其成分是由热化学平衡控制的。光化学在大气层中变得重要,在高于1巴的水平上。这两种化学物质在热的类湍流大气中在约1-10巴之间竞争,这取决于涡流混合的强度和温度。HD 189733 b提供了一个很好的实验室来研究热大气的化学后果。HD 189733 b和HD 209458 b最近的光谱包含CH 4,CO2,CO和H2O的特征。在这里,我们确定的主要化学途径,管理的丰度的CH 4,CO2,CO和H2O的热化学平衡化学,光化学,及其组合的情况下。我们的研究结果表明,这些物种的丰度可以被光化学增强高于或低于热化学平衡值,所以必须采取一些谨慎时,假设大气是在严格的热化学平衡。
2010-04-23 astro-ph.EP
Photolytic Hazes in the Atmosphere of 51 Eri b
我们使用1D模型来解决光化学和可能的烟雾形成的照射温暖的木星,51波江座b。本计划的重点是碳,但硫的光化学结果是重要的。有机光化学烟雾的情况是有趣的,但缺乏令人信服的。如果有机烟雾形成,如果51 Eri b的垂直混合比木星弱,它们最有可能这样做,并且它们将在甲烷和水光解的高度以下被发现。更新颖的结果是,光化学将H $_2$ S转化为元素硫,在此处理为S $_8$。在较冷的模型中,S $_8$预计会凝结成固体硫颗粒的光学厚云,而在较暖的模型中,S $_8$与其他几种硫同素异形体一起保持蒸汽状态,这些硫同素异形体在视觉上引人注目,并且可能是可观察的。对于51 Eri b,有和没有冷凝硫的模型之间的分界线是在700 K的有效温度,这是在其实际有效温度的误差范围内;硫冷凝的局部温度在280和320 K之间。我们讨论的硫光化学反应非常普遍,应该在广泛的温度范围内的各种世界中发现,无论是比这里研究的650-750 K范围更冷还是更热,我们表明硫光化学反应的产物在紫外线辐射比51 Eri b弱几个数量级的行星上几乎同样丰富。
2016-04-25 astro-ph.EP
Photochemistry in hot H2-dominated exoplanet atmospheres
光化学有可能对系外行星的大气成分产生重大影响,从而对大气的辐射转移、热结构和动力学产生影响,特别是在紫外线丰富的恒星环境中。在这里,我们提出了第一个实验室实验模拟的结果,在高温下的富碳系外行星大气中的光化学。用红外光谱和质谱定量监测气相分子组成的演变。我们发现,H2/CO气体组成可以显着改变从热平衡组成时,在温度范围从600 K到1500 K的莱曼α光子照射。二氧化碳和水被认为是由光解引起的主要产物,而甲烷的形成也在较小程度上被观察到。我们发现,光化学效率是强烈相关的温度升高。我们的发现是,在超级太阳C/O=1的环境中,光化学可以有效地产生水,这代表了相对于太阳值C/O比= 0.54的C增强,这对许多系外行星透射光谱的解释具有重要意义。我们还发现在1500 K和莱曼α紫外线辐射下形成有机固体冷凝物,证实了在热木星系外行星大气中形成光化学雾的可能性,与太阳相比,其C/O比增强。
2022-02-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
A photochemical PHO network for hydrogen-dominated exoplanet atmospheres
本文构建了更新的PHO光化学网络,研究富氢系外行星大气中的磷化学,发现热木星和暖海王星中HOPO、PO等含氧磷分子常比PH3更占主导,并指出反应速率数据的不确定性是未来探测磷化氢的关键挑战。
2024-10-20 astro-ph.EP physics.chem-ph
A microwave plasma source for VUV atmospheric photochemistry
低压微波等离子体放电是目前发展较好的一种技术,主要用于提供不同波长的辐射。这项工作的目的是表明,这些放电是一个有效的无窗真空紫外光子源行星大气光化学实验。要做到这一点,我们使用一个surfatron型放电与氖气流在毫巴的压力范围内耦合到一个光化学反应器。在VUV范围内工作允许专注于氮主导的气氛(λ<100 nm)。实验装置确保除了真空紫外光子之外没有其他能源(电子、亚稳原子)与反应介质相互作用。氖在73.6和74.3 nm处具有两条共振线,这两条共振线在压力或功率条件下表现不同。同时,在73.6 nm处发射的VUV光子通量已在不同的压力和功率条件下进行了实验估计,并且在2 × 1013 ph.s-1.cm-2和4 × 1014 ph.s-1.cm-2之间的大范围内变化,这与VUV同步加速器光子通量相当。我们的第一个案例研究是泰坦的大气层及其N2-CH 4大气层。有了这个真空紫外光源,HCN和C2 N2,两个主要的泰坦化合物的生产,检测,确保大气光化学实验的源的适用性。
2017-05-04 astro-ph.EP
The Effects of Consistent Chemical Kinetics Calculations on the Pressure-Temperature Profiles and Emission Spectra of Hot Jupiters
在这项工作中,我们调查的影响,计算非平衡化学丰度一致的温度结构的大气中的高辐射,接近气体巨系外行星。化学动力学模型在文献中被广泛用于研究热木星大气的化学成分,这些大气预计会通过垂直混合和光化学等过程被驱离化学平衡。迄今为止,所有这些模型都使用压力-温度(P-T)分布作为固定的模型输入。这导致化学与大气的辐射和热特性脱钩,尽管在自然界中它们是错综复杂地联系在一起的。我们使用一个一维的辐射对流平衡模型,ATMO,其中包括一个复杂的化学方案来计算P-T配置文件是完全符合非平衡化学丰度,包括垂直混合和光化学。我们的主要结论是,在强化学不平衡的情况下,一致的计算可以导致高达100 K的P-T曲线的差异相比,假设化学平衡的P-T曲线。这种温度变化反过来又会对化学丰度本身以及模拟的发射光谱产生重要影响。特别是,我们发现,执行化学动力学计算一致,可以减少非平衡化学的整体影响,可观察到的发射光谱的热闪烁。因此,从不一致的模型中得出的模拟观测结果可能会产生错误的解释。我们表明,这种行为是由于不一致的模型违反了大气的能量收支平衡。
2016-07-14 astro-ph.EP
Influence of C/O Ratio on Hot Jupiter Atmospheric Chemistry
我们已经进行了实验室实验,研究热木星大气中的化学成分,C/O比为0.35。我们已经比较了我们的结果与以前获得的大气中的C/O比为1的光化学有机气溶胶的化学和形成的C/O比的影响。我们发现,C/O比和气体混合物的组成强烈影响负责CO2的形成的途径。热化学反应是低C/O比大气中CO2形成的主要原因,而光化学反应是高C/O比大气中的主要过程,即使两种情况下的最终CO2浓度相同。我们的研究结果表明,低C/O气氛中的热化学平衡含有较高的水丰度,而高C/O气氛中的水显着耗尽。然而,在低C/O气氛中,水丰度不受UV光解的影响,而我们以前的工作表明,在高C/O比气氛中可以产生大量的水。水生产的这种对比表明,在解释系外行星过境光谱时,应考虑光化学。最后,我们没有观察到在低C/O大气中形成可检测量的非挥发性光化学气溶胶,与我们以前的研究相反。我们推断,对于C/O比< 1,水可能会抑制有机物的生长和气溶胶的形成,这表明光化学有机气溶胶可能会在行星中观察到,与它们的宿主恒星相比,这些行星呈现出碳富集。
2022-04-14 astro-ph.EP
A large range of haziness conditions in hot-Jupiter atmospheres
我们提出了一个研究的光化学烟雾的系外行星大气的自洽模型的基础上,包括烟雾微物理,不平衡化学,辐射反馈。我们推导出所需的霾属性,以匹配HST观测10个热蒸发器。HAT-P-12 b、HD-189733 b、HD-209458 b和WASP-6 b要求霾质量通量在5 × 10 $^{-15}$和9 × 10 $^{-12} g.cm^{-2}.s^{-1}$之间,以匹配观测结果。平衡温度高于2000 K的WASP-12 b和WASP-19 b与霾的存在不相容,并且更适合重金属。HAT-P-1b和WASP-31 b没有显示出明确的证据,表明存在质量通量上限分别为10 $^{-15}$和10 $^{-16}g.cm^{-2}.s^{-1}$的霾,而WASP-17 b和WASP-39 b的质量通量上限为10 $^{-16} g.cm^{-2}.s^{-1}$。我们讨论了自洽模型的影响,我们推导出上限的阴霾丰度的光化学结果的基础上。我们的研究结果表明,HCN作为主要的烟雾前体高达1300 K的有效温度和CO以上。我们推导出的霾质量通量的基础上拟合的观测结果是一致的,与形成产率高达$\sim$ 6.4\%的光化学。考虑到所使用的低分辨率观测结果,不平衡化学对光谱的影响可以忽略不计,但会影响化学成分和温度分布。我们发现,烟雾产生更热的高层大气温度与光谱的可检测的影响。云可能对解释HD-209458…
2022-06-27 astro-ph.EP
On the Composition of Young, Directly Imaged Giant Planets
在过去的十年中,在直接探测和描述与其宿主恒星相距较远的年轻自发光巨行星方面取得了重大进展。这些行星中的一些显示出不平衡过程的证据,如在其大气中的运输引起的淬火;光化学也可能很重要,尽管轨道距离很大。这些不平衡的化学过程可能会改变行星的预期成分、光谱行为、热结构和冷却历史,并可能混淆大量元素比例的测定,这为行星形成机制提供了重要的见解。使用热/光化学动力学和运输模型,我们调查在何种程度上不平衡的化学影响直接成像的巨型系外行星的组成和光谱。特定的“年轻的彗星”,如HR 8799 b和51 Eri b的结果,作为行星有效温度,表面重力,入射紫外线通量和深层大气对流强度的函数的一般趋势。我们发现,淬火是非常重要的年轻的criteriters,导致CO/CH 4和N2/NH3的比例远远大于,和H2O混合比的一个因素,几个小于,化学平衡的预测。光化学在这些行星上也很重要,二氧化碳和HCN是关键的光化学产物。当平流层温度较低时,二氧化碳成为主要成分,并且通过H2 + OH反应的水再循环在动力学上被抑制。有效温度<~ 700 K的年轻木星处于一种特别有趣的光化学状态,与凌日热木星和我们太阳系的巨行星都不同。
2016-08-30 astro-ph.EP
Sulfur photochemistry observationally traces mantle redox states of rocky planets
University of Groningen(格罗宁根大学);Academia Sinica(中央研究院);University of Cambridge(剑桥大学)
研究不同类型岩石行星中,脱气与光化学如何共同决定大气组成。通过耦合PROTEUS框架与化学模型模拟,发现大气组成受地幔氧化还原状态和脱气历史控制,光化学影响高层大气,其产生的SO2特征可被JWST探测,为观测提供方向。
2026-07-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
On the origin of the non-detection of metastable HeI in the upper atmosphere of the hot Jupiter WASP-80b
本研究通过观测数据推导恒星极紫外通量、开展三维磁流体动力学模拟,探究热木星WASP-80b高层大气中亚稳态HeI未被探测到的成因,指出低星冕[Fe/O]丰度导致的低恒星EUV通量是主因,并强调高质量EUV光谱对提升行星大气表征能力的重要性。
2023-03-16 astro-ph.EP
The GAPS Programme at TNG. XXXII. The revealing non-detection of metastable HeI in the atmosphere of the hot Jupiter WASP-80b
热木星WASP-80 b已被确定为探测和测量高层大气中HeI吸收的可能的理想目标。我们使用HARPS-N和GIANO-B高分辨率光谱仪在光学和近红外波段观测到WASP-80 b的4次主要凌日,重点是HeI三重态。我们进一步采用了一个三维的流体动力学高层大气模式来理解观测结果。我们没有发现任何迹象表明,在氦三重态的位置与0.7%的上限(即1.11行星半径; 95%的置信水平)的行星吸收。我们重新估计了恒星的高能量发射,我们结合恒星光球模型产生的流体动力学建模的输入。我们得到,假设太阳的氦氢丰度比,氦吸收应该已经检测到。考虑到恒星风比太阳风弱25倍,我们只能假设氦与氢的丰度比比太阳风小16倍,才能重现没有探测到的情况。相反,考虑到恒星风比太阳风强10倍,我们只能用比太阳风小10倍的He与H丰度比来重现未探测到的情况。我们试图通过收集所有过去的HeI测量结果来理解这一结果,寻找与恒星高能发射和行星引力的相关性,但没有找到任何相关性。WASP-80 b并不是唯一一颗估计氦氢丰度比低于太阳的行星,这表明存在有效的物理机制(例如相分离、磁场),能够显著改变热彗星高层大气中氦氢含量。行星的宏观性质和恒星光谱能量分布的形状不足以预测在行星大气中是否存在可检测的亚稳态He,因为He丰度似乎也起着重要作用。
2021-12-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Signatures of Nitrogen Chemistry in Hot Jupiter Atmospheres
对系外行星大气分子组成的推断通常集中在含C、H和O的分子上。最近,HST WFC 3透射光谱中1.55 $μ$ m附近的额外吸收已归因于含氮化学物质:NH $_3$或HCN。这些物种如果大量存在,将是不平衡化学过程-例如垂直混合和光化学-的有力指标。反过来,衍生的N丰度也可能对行星形成机制产生重要的限制。在这里,我们研究了氮化学在系外行星大气中的可探测性。除了WFC 3带通(1.1-1.7 $μ$ m),我们发现,在K波段的观测在$\sim$ 2.2 $μ$ m,可实现与目前的地面望远镜,采样一个强大的NH $_3$功能,而在$\sim$ 3.1 $μ$ m和$\sim$ 4.0 $μ$ m样本强HCN功能。在这样的观测预期,我们预测吸收特征振幅由于氮化学在1-5 $μ$ m光谱范围可能为一个典型的热木星。最后,我们进行大气反演的9个热木星的透射光谱在搜索的近红外吸收功能暗示氮化学。我们报告了WASP-31 b中NH $_3$(2.2 $σ$)、WASP-63 b中HCN(2.3 $σ$)的微弱检测,以及HD 209458 b中可能归因于NH $_3$的过量吸收。1-5 $μ$ m的高精度观测(例如,与詹姆斯韦伯太空望远镜),将使明确的氮化学探测,反过来作为不平衡的大气化学和行星形成过程的强大诊断。
2017-11-01 astro-ph.EP
H2S and SO2 detectability in Hot Jupiters: Sulfur species as indicator of metallicity and C/O ratio
硫的高宇宙丰度和中等挥发性和化学性质允许使用含硫物质作为热木星系外行星大气中化学过程的示踪剂。然而,尽管它的性质和相关性作为巨行星的形成历史的示踪剂,很少有人注意到这个物种在热木星大气的背景下。在这里,我们提供了在不同条件下热木星大气中含硫物种丰度的概述,并探讨其可观测性。我们使用的光化学动力学代码VULCAN热木星大气不平衡化学模型。这些大气的透射光谱是使用ARCiS建模框架创建的。我们改变模型参数,如扩散系数,我们研究的重要性,光化学对所产生的混合比。此外,我们通过将金属丰度从太阳增加到太阳的10倍来改变大气的化学成分。我们还探讨了不同的C/O比。我们发现,H2S和SO2是最好的候选人之间的1和10微米的检测,使用的光谱分辨率,是船上的JWST仪器的代表。H2S最容易在~1500 K的平衡温度和0.7至0.9之间的C/O比下检测到,随着金属丰度的增加,理想值略有增加。SO2最有可能在低C/O比和高金属丰度下在~1000 K的平衡温度下被检测到。尽管如此,在这两种分子中,我们预计SO2检测更常见,因为它在更受地层模型青睐的情况下是可检测的。我们的结论是,H2S和SO2将最有可能在未来几年内检测到的JWST和这些物种的检测将提供信息的大气过程和行星形成的情况。
2022-11-16 astro-ph.EP
Thermometric Soots on Warm Jupiters?
本文用一维热化学和光化学动力学模式预报了暖、热对流层(800 < T < 1200 K)的平流层化学不平衡。热化学和垂直混合通常比光化学更重要。在1200 K时,甲烷被水热分解产生的OH自由基氧化成CO和CO2。在T < 1000 K时,甲烷是反应性的,但足够稳定,可以到达平流层,而水足够稳定,可以通过与H2反应来抑制OH水平。这些趋势将反应气体中的有效C/O比提高到1以上。还原产物如乙烯、乙炔和氰化氢变得丰富;进一步聚合应导致多环芳烃(多环芳烃)和烟尘的形成。在硫化学中可以看到平行位移,CS和CS2取代S2和HS作为有趣的不平衡产物。虽然较低的温度是有利于碳氢化合物的主要因素,但较高的垂直混合率、较低的金属含量和较低的入射紫外辐射也有利于有机合成。高涡流扩散系数Kzz > 10^10 cm 2/s尤其有利于乙炔(形成多环芳烃的第一步)的形成。在大多数情况下,从凌日观测推断的行星组成与从同一行星反射或发射的光推断的行星组成有明显的不同。HD 189733 b与其他热彗星相比的特殊性质-宽带蓝色薄雾,几乎没有Na或K的迹象,以及低金属含量的暗示-如果行星足够冷,可以用有机薄雾来解释。无论这种解释是否适用于HD 189733 b本身,在不久的将来肯定会发现许多富含有机物的暖温物质。
2010-07-16 astro-ph.EP
Linking atmospheric chemistry of the hot Jupiter HD 209458b to its formation location through infrared transmission and emission spectra
热彗星大气中碳、氮和氧的元素比例可能是它们在原恒星盘中形成位置的线索。在这项工作中,我们采用气相化学丰度的C,N和O从几个位置在光盘化学动力学模型的热木星HD 209458 b的信封的来源,并使用一维化学动力学模型,处理垂直混合和光化学演变的行星的大气成分。我们考虑两个大气压力-温度分布,一个有,一个没有热逆温。从每一个产生的32个大气成分配置文件,我们发现,分子CH 4,NH 3,HCN,和C2 H2是更突出的大气中使用一个现实的非倒置的P-T配置文件相比,以前的平衡化学为基础的工作,使用分析的P-T配置文件计算。我们还计算了这些大气的合成透射和发射光谱,发现许多光谱特征随行星包络吸积的圆盘位置而变化。通过与使用最新的高分辨率地面观测检测到的物种进行比较,我们的模型表明HD 209458 b可能已经在其原恒星盘的CO2和CH 4冰线之间吸积了大部分气体,其超级太阳能C/O比,这反过来又直接继承了其化学丰度。最后,我们模拟观测地球与詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST),并表明,关键物种的光谱特征的差异可以识别。我们的研究证明了JWST在提供对热木星形成环境的新见解方面的巨大重要性。
2022-05-11 astro-ph.EP
Search for helium in the upper atmosphere of the hot Jupiter WASP-127 b using Gemini/Phoenix
大规模的系外行星搜索调查表明,大气逃逸是一个普遍存在的过程,它塑造了行星的演化和人口统计。然而,我们对这一过程缺乏详细的了解,因为迄今为止发现的系外行星很少能够探测到大气逃逸的特征。最近,在1.083 $μ$ m的亚稳态氦三重态已被证明是一个可行的窗口,存在的富氦逃逸信封周围的短周期系外行星。我们的目标是首次使用凤凰光谱仪在膨胀的热木星WASP-127 b的高层大气中寻找氦。我们观察到一次运输,并手动减少了数据,因为没有可用的管道。我们没有发现表明WASP-127 b周围存在氦的显著的在途吸收信号,并且在覆盖He三重态的0.075 nm通带中将过量吸收的90%置信上限设定为0.87%。考虑到这颗行星的大尺度高度,缺乏可探测的特征可能是由于不利的光电离条件,以填充亚稳态He三重态。这一结论得到了主恒星日冕和色球层活动较低以及系统年龄较老的推断的支持,这导致了行星周围相对温和的高能环境。
2020-07-17 astro-ph.EP
Pseudo 2D chemical model of hot Jupiter atmospheres: application to HD 209458b and HD 189733b
我们已经开发了一个伪二维模式的行星大气,它考虑到热化学动力学,光化学,垂直混合,和水平运输,后者被模拟为一个统一的纬向风。我们已经将该模型应用于热彗星HD 209458 b和HD 189733 b的大气。采用的涡流扩散系数计算以下的行为被动示踪剂在三维大气环流模型,这导致涡流值显着低于以前的估计。我们发现,由于各种物理和化学过程的相互作用,这两个热彗星大气中分子随高度和经度的分布是复杂的。大部分分子的分布是由强烈的纬向风和有限的垂直运输范围驱动的,导致化学成分随经度的重要均匀化。一般来说,分子丰度水平淬灭到最热昼侧区域的典型值,因此较冷的昼侧区域的成分被较暖昼侧区域的成分高度污染。因此,甲烷的丰度仍然很低,甚至低于先前一维模型的预测,这可能与HD 209458 b向阳面观测推断的高甲烷含量相冲突。丰度的重要纵向均匀性的另一个结果是,化学成分的变化对发射光谱随相位的变化以及从凌日入口到出口的透射光谱的变化几乎没有影响,光谱中的这些变化主要是由于温度的变化而不是行星不同侧面之间的成分变化。
2014-03-11 astro-ph.EP
Non-Detection of a Helium Exosphere for the Hot Jupiter WASP-12b
最近在系外行星WASP-107 b(一颗低密度、温暖的海王星)周围探测到了一个外逸层,这是基于亚稳态氦(真空波长为10833 nm)的吸收特征。受WASP-107 b探测的启发,我们重新分析了另一颗蒸发系外行星WASP-12 b的HST观测档案,以寻找其外逸层中氦的迹象。我们发现在10833 ° C处没有明显的渡越深度增加。我们比较这一结果从一个一维模型的理论预测,并发现,预期的氦特征幅度很小,与观察到的非检测。我们讨论了可能的解释,为什么氦功能是弱的WASP-12 b比WASP-107 b,并得出结论,信号的幅度是高度敏感的恒星光谱和蒸发气体云的几何形状。在设计未来的氦外逸层搜索时,应考虑到这些因素。
2018-05-27 astro-ph.EP
Understanding the atmospheric properties and chemical composition of the ultra-hot Jupiter HAT-P-7b II. Mapping the effects of gas kinetics
超热蒸发器的大气通常被认为处于热化学平衡。我们的目标是提供不平衡化学地图的化学在HAT-P-7 b的大气中的全球性的理解和评估的重要性,不平衡化学UHJ。我们应用层次建模方法,利用97一维大气剖面从三维GCM的HAT-P-7 b。对于每个一维配置文件,我们评估我们的动力学云形成模型一致的化学平衡中的局部气相组成。然后,我们评估淬火结果从零级近似相比,动力学气相的方法。我们发现,估计淬火点的零级方法与全气体动力学模拟结果吻合得很好。化学不平衡对H、H $_2$ O、CH $_4$、CO $_2$、HCN和所有C $_n$ H $_m$分子的夜侧和早晨丰度影响最大;较重的C $_n$ H $_m$分子受不平衡过程的影响更大。然而,CO丰度仅受到轻微影响。虽然昼侧丰度也发生了显着变化,但HAT-P-7 b的夜间终止者周围的丰度受不平衡过程的影响最小。后一个发现可能部分解释了观测到的UHJ透射光谱与热化学平衡大气的一致性。光化学仅对分子丰度和猝灭水平产生可忽略的影响。一般来说,HAT-P-7 b大气层的淬灭点与较冷的热木星相比压力要低得多。我们提出了几种途径来寻找UHJ的不平衡过程的影响,一般来说,在不同的当地时间的丰度和不透明度测量的基础上。要将其与云的化学效应和原始非太阳丰度的化学效应完全区分开来,仍然是一个挑战。
2020-01-10 astro-ph.EP
Chemical consequences of the C/O ratio on hot Jupiters: Examples from WASP-12b,CoRoT-2b, XO-1b, and HD 189733b
最近的光谱证据富碳大气中的一些过境系外行星的动机,我们调查的C/O比的化学,成分和光谱的太阳系外巨行星的热化学平衡的角度来看,并从考虑不平衡过程,如光化学和运输引起的淬火的影响。我们发现,虽然CO被预测为所有C/O比的热蒸发器上的主要大气成分,但当C/O < 1时,其他含氧分子如H2O和CO2的丰度要高得多,而当C/O > 1时,CH 4,HCN和C2 H2的丰度显著增加。不平衡过程倾向于在很宽的C/O比范围内提高CH 4、NH3、HCN和C2 H2的丰度。通过与斯皮策空间望远镜观测到的二次食光度数据的比较,我们得出结论:(1)C/O ~ 1的不平衡模型与WASP-12 b、XO-1b和CoRoT-2b的光谱一致,证实了这些行星可能具有富碳的性质;(2)HD 189733 b的光谱与C/O ~< 1一致,但是当假定的金属丰度增加到太阳能以上时,所需的C/O比必须增加到1以防止太多的H2O吸收,(3)像HCN的物质可以对3.6和8.0 μ m斯皮策通道中的光谱行为具有显著影响,当C/O > 1时,潜在地提供比CH 4更大的不透明度,(4)从近红外观测中推断的HD 189733 b的非常高的CO2丰度不能通过H2占主导地位的大气中的平衡或不平衡化学来解释。我们讨论了可能的形成机制,富碳热超导体。C/O比和大气金属丰度为巨行星的形成和演化提供了重要线索。
2012-11-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detection of atmospheric species and dynamics in the bloated hot Jupiter WASP-172~b with ESPRESSO
利用ESPRESSO光谱仪观测WASP-172b凌星,探测到钠、氢和疑似铁的吸收,并发现其蓝移变化,初步揭示大气动力学,为后续深入研究提供目标。
2023-08-25 astro-ph.EP
UV Exoplanet Transmission Spectral Features as Probes of Metals and Rainout
在0.5微米的短波长下观测到的超热闪烁体的低分辨率透射光谱表明在短波长下有很强的吸收。以前的解释包括散射、光化学、逃逸金属和不平衡化学。在这封信中,我们表明,0.5微米的斜率和特征短轴可能是由不透明度引起的,而不透明度在系外行星的大气模型中通常不被考虑,但如果条件接近化学平衡,包括Fe I,Fe II,Ti I,Ni I,Ca I,Ca II和SiO,则保证存在。即使是相对痕量的物种(例如,Cr I和Mn I)可以通过UV和蓝光中的强线贡献。使用PHOENIX大气模型,我们描述了如何短波长过境光谱随平衡温度在1000 K和4000 K之间,以及在这些波长的凝结物的雨出的效果。我们定义了两个光谱指数来量化NUV和蓝色吸收的强度相比,在红色光学,发现NUV的过境深度将显着超过过境深度从瑞利散射单独为所有的热超导体下降到1000 K左右。在蓝光中,温度高于2000 K的热闪烁体的渡越深度将大于瑞利散射的渡越深度,但低于2000 K,如果存在的话,瑞利散射可以占主导地位。我们进一步表明,这些光谱指数可用于跟踪雨停的影响。然后,我们将我们模拟的凌日光谱与WASP-12 b,WASP-33 b,WASP-76 b和WASP-121 b的现有观测结果进行比较。
2020-05-05 astro-ph.EP
Kinetic and photochemical disequilibrium in the potentially carbon-rich atmosphere of the warm-Jupiter WASP-69b
本文通过非平衡气相模拟研究暖木星WASP-69b大气中垂直扩散和光化学对成分的影响,发现富碳环境促进CH4、C2H2和HCN生成,但C/O比仍无法通过现有观测唯一约束。
2025-01-14 astro-ph.EP
C, N, O, S, and photochemistry in a temperate giant planet orbiting a late M dwarf
University of Chicago(芝加哥大学);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
利用 JWST NIRSpec/PRISM 透射光谱,在 TOI-6894b 大气中首次直接探测到 NH₃,并发现 CH₄ 和 CS₂ 主导光谱,通过光化学模型和检索约束其金属丰度为 3–10 倍太阳,C/O、N/O、S/O 接近太阳值。
2026-09-18 astro-ph.EP
BOWIE-ALIGN: JWST reveals hints of planetesimal accretion and complex sulphur chemistry in the atmosphere of the misaligned hot Jupiter WASP-15b
该研究利用JWST观测错位热木星WASP-15b的透射光谱,发现H₂O、CO₂吸收及超太阳金属丰度等线索,暗示星子吸积和复杂硫化学,为BOWIE-ALIGN巡天比较不同倾角热木星大气成分奠定基础。
2025-02-13 astro-ph.EP
A search for He I airglow emission from the hot Jupiter tau Boo b
氦在10830 ° C的吸收线,起源于亚稳态的三重态2 $^3$ S,被认为是热彗星扩展大气及其流体动力逃逸过程的一个很好的探测器,最近在少数行星的透射光谱中被探测到。各向同性的再发射将导致氦气辉,这可能在其他轨道阶段观察到。本文的目标是使用高分辨率光谱学研究系外行星大气中10830 nm处He I发射的可探测性,从而深入了解近距离气体巨星上层大气的特性。我们根据热中子的透射信号估计了热中子中He I发射的预期强度。我们在3.5米卡拉尔阿尔托望远镜的卡门尼斯拍摄的三个夜晚的高分辨率光谱中搜索了Tau Boo b中的He I 10830发射特征。每个夜晚的光谱都经过大地吸收、天空发射谱线和恒星特征的校正,并转移到行星静止坐标系中寻找发射。在Tau Boo b中未检测到He I发射,对于发射谱线宽度大于20 km/s的情况,达到4 $\times$ 10 $^{-4}$的5 σ对比度极限。这大约是预期排放水平的8倍(假设热蒸发器的典型氦I过境吸收为1%)。这表明,使用VLT/CRIRES+和E-ELT/HIRES等即将推出的仪器进行精心设计的观测是可能的。
2020-09-12 astro-ph.EP
A re-analysis of equilibrium chemistry in five hot Jupiters
结合HST和STIS多仪器数据,使用贝叶斯反演方法重新分析五颗热木星的大气化学,发现Na和K的误判对反演参数无显著影响,为未来引入非平衡化学效应奠定基础。
2023-10-24 astro-ph.EP
Disequilibrium Carbon, Oxygen, and Nitrogen Chemistry in the Atmospheres of HD 189733b and HD 209458b
我们建立了系外行星HD 189733 b和HD 209458 b的一维光化学和热化学动力学及扩散模型,研究了化学不平衡对“热彗星”大气成分的影响。“在这里,我们研究了中性碳,氢,氧和氮物种的耦合化学,并将模型结果与现有的过境和日食观测结果进行了比较。我们发现,垂直剖面的分子成分的运输诱导的淬火和光化学的显着影响,特别是在较冷的HD 189733 b;然而,温暖的平流层温度HD 209458 b可以帮助维持热化学平衡,减少不平衡化学的影响。对于这两个行星,甲烷和氨的摩尔分数被发现是增强其平衡值在几巴的压力小于一毫巴,由于运输诱导淬火,但甲烷和氨在较高的海拔光化学去除。原子种类,不饱和烃(特别是C2 H2),一些腈(特别是HCN),和自由基如OH,CH 3和NH 2是增强的非平衡预测,因为淬灭和光化学。相比之下,CO、H2O、N2和CO2更接近于它们的平衡分布,除了在压力< 1微巴时,CO、H2O和N2被光化学破坏,而CO2在其最终的高空破坏之前产生。特别是HCN、CH 4和NH3的丰度增加,预计会影响HD 189733 b和其他相对较冷的近距离凌日系外行星的光谱特征和热分布。我们检查我们的结果的敏感性,假设的温度结构和涡扩散系数,并讨论这些模型的进一步观测结果。
2011-05-16 astro-ph.EP
Mass supply from Io to Jupiter's magnetosphere
本文综述了木卫一向木星磁层供给等离子体物质的机制与稳定性,指出大气损失主要由等离子体相互作用驱动,并探讨了偶发环瞬态变化与火山活动之间尚不明确的触发关系。
2025-01-14 astro-ph.EP physics.space-ph
Global 3D simulation of the upper atmosphere of HD189733b and absorption in metastable HeI and Lyα lines
采用三维完全自洽的多流体动力学高层大气模型,模拟了热木星HD 189733 b的氢氦膨胀高层大气,以及亚稳氦Lya线和10830 A线的吸收.我们研究了高能恒星通量,恒星风和Lya冷却的影响,以重现现有的观测结果。我们发现,为了拟合10830 A谱线的吸收轮廓宽度,逃逸的行星高层大气应该接近于在HI密度高于3*10^6 cm^-3的高度上,Lya冷却显著降低时所实现的能量受限逃逸。根据模拟结果,我们将HD 189733 b的氦丰度限制在一个相当低的He/H~0.005。我们表明,在类似于太阳的中等恒星风的条件下,Lya线的吸收主要发生在洛希瓣内,这是由于约7%的热展宽。在一个数量级更强的风,一个显着的吸收约15%,在高蓝移速度高达100公里/秒的弓激波区,由于多普勒展宽。这些蓝移速度仍然低于在其中一次观测中检测到的速度(~200 km/s)。我们解释了所执行的观测之间的差异,虽然不是在所有的细节,由恒星活动和电离辐射(在10830 A线的情况下),和恒星风(在Lya线的情况下)的相关波动。
2022-05-03 astro-ph.EP
Detection of Paschen $β$ absorption in the atmosphere of KELT-9 b: A new window into the atmospheres of ultra-hot Jupiters
氢和氦的传输信号追踪着热气体巨系外行星的上层大气,那里是入射的恒星极紫外线和X射线通量的沉积地。此外,对于最热的恒星,巴耳末连续谱中氢的近紫外激发可能在控制大气温度和驱动光蒸发方面发挥主导作用。KELT-9 b是这种环境的典型例子,因为它是迄今为止已知的最热的气体巨星系外行星(T $_{eq}$ $\sim$ 4500 K),并围绕一颗A0 V型恒星运行。对这颗超热木星的高层大气和逃逸气体的研究,目标是在巴耳末系列中吸收氢(n $_1$ = 2 $\rightarrow$ n $_2$ $>$ 2)。不幸的是,导致在108.3 nm处的三重态吸收的最低亚稳态氦没有足够的填充用于检测。在这里,我们提出了氢吸收的Paschen系列中的透射光谱KELT-9 b与CARMENES观察到的证据。具体而言,我们专注于其NIR通道所覆盖的最强谱线,Paschen- $β$在1282.16 nm处(n $_1$ = 3 $\rightarrow$ n $_2$ = 5)。观测到的吸收显示出(0.53 $^{+0.12}_{-0.13}$)%的对比度,$-$的蓝移14.8 $^{+3.5}_{-3.2}$ km/s,以及31.9 $^{+11.8}_{-8.3}$ km/s的FWHM。观测到的吸收特征的蓝移可以用引力束缚大气中的昼夜环流来解释,或者用帕邢- $β$吸收来解释,帕邢- $β$吸收起源于…
2022-09-19 astro-ph.EP
A Comparative Study of Atmospheric Chemistry with VULCAN
我们对开源光化学动力学代码VULCAN(Tsai et al. 2017; https://github.com/exoclime/VULCAN)进行了更新,以包括C-H-N-O-S网络和光化学。其他新的功能是平流输送,冷凝,各种边界条件,和温度依赖的紫外线截面。首先,我们通过比较Moses等人(2011),Venot等人(2012)和VULCAN之间的HD 189733b模型来验证我们的热木星大气的光化学模型,以诊断可能的差异来源。其次,我们建立了一个从对流层深层到平流层上层的木星模型来验证低温动力学。我们的模型再现碳氢化合物与观测一致,冷凝方案成功地预测了水和氨冰云的位置。结果表明,垂直平流可以调节大气深层氨的局部分布。第三,我们通过模拟地球来验证氧化大气的模型,并与观测结果一致。最后,VULCAN被应用于四个太阳系外巨行星的代表案例:WASP-33b,HD 189733b,GJ 436b和51 Eridani b。我们研究了WASP-33 b的C/O比和钛/钒物种的化学性质的影响;我们重新审视了HD 189733 b的硫和碳凝结的影响;探索了GJ 436 b的内部加热和垂直混合($K_{\textrm{zz}}$)的影响;我们用S $_8$凝结物测试了51 Eridani b的最新行星性质。我们发现硫可以与碳或氮结合,并影响其他物种,如氢,甲烷和氨。在光化学烟雾前体的合成光谱…
2021-10-07 astro-ph.EP
Exoplanet Aeronomy: A Case Study of WASP-69b's Variable Thermosphere
本研究通过WASP-69b的亚稳态HeI凌星观测和XUV数据,发现其热层吸收随时间变化与恒星活动周期相关,展示了多历元多波长观测在揭示系外行星大气与恒星相互作用中的价值。
2024-05-29 astro-ph.EP
Modeling the Dynamics and Thermochemistry for the Outer Atmospheres of the Ultra-hot Jupiter WASP-121b
The Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学卡尔·弗里克天体物理研究所);Department of Astronomy, School of Physics, Peking University(北京大学物理学院天文系);Department of Astronomy, The Ohio State University(俄亥俄州立大学天文系);Institute for Astronomy, University of Hawaii(夏威夷大学天体物理研究所)
研究通过三维模拟揭示了WASP-121b外大气层中不同物种分布与喷流结构的关系,展示了恒星辐射对大气热化学和动力学的影响。
2026-08-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
The In Situ Formation of Giant Planets at Short Orbital Periods
我们认为,迄今为止在系外行星发现中最令人惊讶的两个结果是相关的:热彗星的存在和周期为$P\lesssim200$ ~天的多行星系统的高频率。在这种范式中,绝大多数恒星迅速形成,伴随着多个近距离行星,质量范围从火星到超级地球/迷你海王星。这种紧密堆积的内行星系统(STIPs)是亚稳定的,动力学不稳定的时间尺度对最终的行星类型有重大影响。在大多数情况下,行星合并成一个更少,更大质量的行星系统,但在拱星气盘消散很久之后。这可能会产生质量超过$\sim$ 10 $M_\oplus$传统临界核心的行星,产生缺乏丰富气体的短周期巨星。考虑到碰撞结果的范围和近距离行星的形成时间,丰富多样的物理状态也是可能的。然而,当动力固结发生在气体扩散之前,一个关键的核心可以形成,然后通过气体捕获成长为一个短周期的气体巨星。在这张照片中,大多数热和暖彗星都是在当地形成的,而不是从更远的地方迁移下来的。
2015-12-08 astro-ph.EP
A Chemical Kinetics Network for Lightning and Life in Planetary Atmospheres
关于行星和系外行星环境中的生命前化学,有许多悬而未决的问题。越来越多的已知系外行星和其他超冷的亚恒星物体推动了在太阳系外探测生命和生命前化学的愿望。我们提出了一个从头开始构建的离子中性化学网络Stand 2015,它在100 K和30000 K之间的温度范围内准确地处理氢,氮,碳和氧化学。包括甘氨酸和其他有机分子的形成途径。该网络是完整的H6 C2 N2 O3。Stand 2015使用简单的1D光化学/扩散代码成功地测试了HD209458 b,木星和当今地球的大气化学模型。我们对早期地球的研究结果与Kasting(1993)对CO2、H2、CO和O2的结果一致,但对水和原子氧的结果不一致。我们使用该网络来模拟一个实验,其中不同的化学初始条件下照射的紫外光。我们模拟的结果是,当存在更多的氨和甲烷时,产生更多的甘氨酸。在没有任何分子氮和氧的情况下,几乎不产生甘氨酸。这表明,如果气体还原性太强,甘氨酸的产生会受到抑制。化学动力学网络的可能的应用和局限性进行了讨论。
2015-10-23 astro-ph.EP
Giant Planet Atmospheres
Northumbria University(诺森比亚大学)
本文综述了木星、土星、天王星和海王星的大气结构、成分、能量来源及动力学过程,强调了与地球大气的异同。
2026-06-28 astro-ph.EP
Impact of photochemical hazes and gases on exoplanet atmospheric thermal structure
我们调查的影响,光化学烟雾和不平衡气体的热结构的热对流,使用详细的1-D辐射模式。我们发现,光化学霾的列入结果在高层大气加热和低层大气冷却的主要。含硫物质,如SH、S $_2$和S $_3$,在中层大气中提供显著的不透明度,并导致接近1毫巴的局部加热,而光化学产生的OH、CH、NH和CN自由基影响接近1 $μ$巴的热结构。此外,我们表明,光化学气体和烟雾的热结构的修改可以有重要的影响过境观测的解释。具体来说,我们对hazy HD 189733 b的研究表明,由于光化学烟雾不透明度的存在而导致的较热的高层大气使大气膨胀,因此光谱的紫外-可见部分的过境特征更陡峭。此外,光球层温度的变化也会影响二次食的光谱。对于HD 209458 b,我们发现在低于1毫巴的压力下,这种大气中可能存在小的雾不透明度,这可能是光化学雾和冷凝物的结果。我们的研究结果激励列入光化学烟雾的辐射反馈在大气环流模式适当的评价大气动力学。
2021-02-10 astro-ph.EP
A complex structure of escaping helium spanning more than half the orbit of the ultra-hot Jupiter WASP-121\,b
利用JWST/NIRISS对超热木星WASP-121b进行首个连续全轨道氦相位曲线监测,发现其近60%轨道存在氦吸收,揭示了由前导和尾随双尾构成的强烈外流结构,但当前模型无法自洽重现该结构。
2025-10-10 astro-ph.EP
High-resolution transmission spectroscopy of KELT-18b Metastable helium detection at 1083 nm
Università degli Studi dell’Insubria(因苏布里亚大学);INAF - Osservatorio Astronomico di Brera(意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台);Università di Genova(热那亚大学)
本研究通过CARMENES数据结合两种分析方法,首次探测超热木星KELT-18b的氦吸收,证实其大气光蒸发,拓展了氦吸收系外行星参数空间。
2026-10-14 astro-ph.EP
The Open-Source Photochem Code: A General Chemical and Climate Model for Interpreting (Exo)Planet Observations
本文发布开源一维光化学与气候代码 Photochem,以统一参数集再现六颗行星及 WASP-39b,并相较 VULCAN/HELIOS 提速 2–100 倍。
2025-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Homogeneous search for helium in the atmosphere of 11 gas giant exoplanets with SPIRou
本研究用 SPIRou 对11颗系外行星开展同质氦三重线搜索,确认3例探测并约束质量损失与热层性质,指出氦信号与恒星质量和XUV通量相关。
2023-07-10 astro-ph.EP
Photochemical CS$_2$ Gas Detected on a 20-Myr-old Exoplanet
University of California Los Angeles(加州大学洛杉矶分校);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Tsinghua University(清华大学);Imperial College London(伦敦帝国理工学院);Osaka University(大阪大学);Institute for Astronomy, University of Hawai‘i at Mānoa(夏威夷大学马诺阿分校天体物理研究所);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);University of Kansas(堪萨斯大学)
利用JWST/NIRSpec透射光谱,在年轻行星V1298 Tau e的大气中以>8σ置信度探测到CS$_2$,表明强紫外辐射下H/He主导大气中硫光化学的复杂性。
2026-05-31 astro-ph.EP
Modeling synthetic spectra for transiting extrasolar giant planets: detectability of H$_2$S and PH$_3$ with JWST
JWST $'$的大口径和宽波长覆盖范围将使其能够收集到迄今为止观察到的最高质量的过境光谱。对于系外行星大气,我们希望能够获得最丰富的分子的丰度,如H $_2$ O、CO和CH $_4$。其他分子,如H $_2$ S和PH $_3$,在木星和土星中被观测到,但它们在强辐射行星中的化学性质和可探测性是高度未知的。本文首次研究了它们在太阳成分大气中的光谱特征,并用JWST评估了它们的探测能力。我们模拟了太阳大气中磷和硫的化学组成。我们的模型包括垂直运输的影响。光化学效应不包括在我们的计算中。使用的丰度配置文件,我们模型的JWST传输和发射光谱K=6.8 G型恒星和行星的无云太阳能成分的大气。我们发现,在总观测时间为28.8小时的NIRCam LW棱镜F444 W模式下,用$T_{\rm eq}$ $<$ 500 K模拟大气的透射光谱在3 σ处可检测到PH $_3$。使用NIRCam LW棱镜F322 W2模式,总观测时间为24.0小时,在$T_{\rm eq}$ $>$ 1500 K模拟行星的透射和发射光谱中,H $_2$ S在3 σ处可被检测到。我们的研究结果特别强调了包括H $_2$ S与JWST未来丰度检索的重要性。云和霾的存在对PH $_3$和H $_2$ S的检测提出了挑战,但H $_2$ S特征仍有望出现在发射光谱中。
2017-11-01 astro-ph.EP
VUV-absorption cross section of CO2 at high temperatures and impact on exoplanet atmospheres
紫外吸收截面是光化学大气模式的重要组成部分。系外行星的搜索已经揭示了大量具有热大气的短周期天体,与我们在太阳系中发现的非常不同。凌日系外行星的大气层现在可以通过凌日光谱学进行研究,它们接收到非常强的紫外线通量,典型的温度范围为400至2500 K。在这些温度下,严重缺乏紫外光分解截面数据。我们的目标是提供重要大气化合物的高温吸收截面及其温度依赖性。这项研究致力于CO2,这是观察和光离解在系外行星大气。我们在300、410、480和550 K下对115 - 200 nm范围进行了这些测量。在195 - 230 nm范围内,我们在465 - 800 K之间的七个温度下工作。我们发现CO2的吸收截面对温度非常敏感,尤其是在160 nm以上。在所研究的温度范围内,CO2的截面可以变化超过两个数量级。这尤其使得CO2的吸收在高达230 nm的波长下是显著的,而在300 K下在200 nm以上是可忽略的。为了研究这些新数据对系外行星光化学的影响,我们将测量的截面应用到一维光化学模型中。该模型预测,占这种温度依赖性的CO2截面可以影响计算的NH3,CO2和CO的丰度由一个数量级的热木星和热海王星的大气。
2015-02-26 astro-ph.EP
High-temperature measurements of VUV-absorption cross sections of CO2 and their application to exoplanets
紫外吸收截面是光化学大气模式的重要组成部分。系外行星的搜索已经揭示了大量具有热大气的短周期天体,与我们在太阳系中发现的非常不同。现在可以通过凌日光谱研究其大气层的凌日系外行星接收极强的紫外线通量,典型温度范围为400至2500 K。在这些温度下,严重缺乏紫外光分解截面数据。目标。我们的目标是提供重要大气化合物的高温吸收截面及其温度依赖性。这项研究致力于CO2,这是观察和光离解在系外行星大气。我们还研究了这些新数据对一些系外行星光化学的影响。我们在300、410、480和550 K下对115 - 200 nm范围进行了这些测量。在195 - 230 nm范围内,我们在465 - 800 K之间的七个温度下工作。我们将测得的截面转化为一维光化学模型。对于> 170 nm的波长,ln(横截面_CO2(波长,T)x1/Qv(T))的波长依赖性可以用线性定律参数化。因此,我们可以在300和800 K之间的任何温度下内插截面_CO2(波长,T)。在所研究的温度范围内,CO2的截面可以变化超过两个数量级。这尤其使得CO2的吸收在高达230 nm的波长下显著。CO2的吸收截面对温度非常敏感。该模型预测,占这种温度依赖性的CO2截面可以影响计算的NH3,CO2和CO的丰度由一个数量级的热木星和热海王星的大气。这种效应在以CO2为主的高温大气中更为重要。
2013-02-12 astro-ph.EP
High-temperature measurements of acetylene VUV absorption cross sections and application to warm exoplanet atmospheres
本文实验测量296–773 K下C2H2在115–230 nm的VUV吸收截面,并通过一维热-光化学模型量化其对类热木星大气组成的影响。
2025-01-06 astro-ph.EP
Photochemically-produced SO$_2$ in the atmosphere of WASP-39b
JWST观测到WASP-39b大气中4.05 $μ$m的SO$_2$吸收特征,研究通过光化学模型证实其源于H$_2$S光解释放的硫自由基氧化,并表明SO$_2$可作为追踪该行星约10倍太阳金属丰度的示踪剂。
2023-03-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Multi-Species Atmospheric Escape Model with Excited Hydrogen and Helium: Application to HD209458b
本文构建含激发态 H/He 的全大气逃逸模型,结合扩散、恒星活动与潮汐效应,解释 HD209458b 的弱 He I 与 Hα 信号并约束质量损失率。
2025-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR