Comparative Habitability of Transiting Exoplanets
系外行星的可居住性传统上是通过比较行星的半长轴与其宿主恒星的“宜居带”位置来评估的，“宜居带”是围绕恒星的外壳，类地行星可以拥有液态表面水。开普勒太空望远镜已经在宜居带附近发现了许多行星候选者，预计K2、TESS和PLATO等任务将发现更多行星。这些候选者通常需要大量的后续观测来进行验证，因此根据过境数据优先考虑行星的可居住性已成为寻找宇宙中生命的重要方面。我们提出了一种方法来比较过境行星的潜力，以支持生命的基础上过境数据，恒星的属性和以前报道的限制行星发射通量。对于处于辐射平衡的行星，辐射通量随偏心率的增加而增加，但随偏心率的增加而减少。由于这些参数往往是不受约束的，有一个“偏心度-简并度”的可居住性过境系外行星。我们的方法减轻了这种退化，包括对大半径行星的惩罚，使用地球质量半径关系，并且在可用时，对偏心率的约束来计算我们称之为“过境系外行星的可居住性指数”的数字，该指数表示系外行星可以支持液态表面水的相对概率。我们计算了开普勒天体的兴趣，并发现行星接收60-90%的地球入射辐射，假设圆形轨道，最有可能是宜居的。最后，我们对即将到来的TESS和JWST任务进行了预测。
2015-09-29 astro-ph.EP
System Architecture and Planetary Obliquity: Implications for Long-Term Habitability
在寻找太阳系以外的生命时，应将注意力集中在那些有潜力在我们所知的生命出现和扩展所需的长时间内保持可居住条件的行星上。可观察到的行星结构是长期可居住性的决定因素之一，因为它控制着轨道演变，并最终控制着行星所接收的恒星通量。通过对假设的行星系的n体模拟和进动模型的组合，我们证明了类地行星的偏心率、进动率和进动周期的振幅和周期对巨伴星的轨道特征是敏感的.一系列的瞬态，海洋耦合气候模拟表明，天文周期的这些特征是如何决定不断变化的表面条件和相对于现代地球的长期部分可居住性。类地行星的可居住性随着类地行星的离心率而增加，前提是平均离心率足够低，以在整个轨道年中保持其大部分表面的温和温度。一个巨大的伴星更近，导致类地行星的偏心率周期更短，但更长，高振幅的周期。周期和振幅的周期性周期可以估计到第一阶的n体模拟计算的轨道路径。在大多数的模拟中，磁共振振幅直接与轨道倾角有关，而磁共振周期是节点岁差和巨大伴星接近程度的函数。
2022-08-08 astro-ph.EP
Thermal-orbital coupled tidal heating and habitability of Martian-sized extrasolar planets around M stars
M型恒星是寻找太阳系外可居住行星的好目标。由于它们的有效温度很低，M星的宜居带非常接近恒星本身。对于靠近恒星的行星，潮汐加热在热演化和轨道演化中起着重要的作用，特别是当行星轨道具有相对较大的偏心率时。虽然潮汐加热与行星的热状态和轨道相互作用，但对M星周围的太阳系外行星的这种耦合计算还没有进行过。我们使用简单的结构和轨道模型进行耦合计算，并分析了一个类地行星的热状态和可居住性。考虑到这颗行星是火星大小，潮汐加热并部分融化地幔，如果恒星质量小于太阳质量的0.2倍，并且轨道的初始偏心率大于0.2，则保持平衡态。由于地幔熔化而减少的热量耗散使这颗行星即使轨道距离很小，也能在宜居带停留10 Gyr以上。平衡态下的地表热通量介于火星和木卫一之间。行星的热状态主要取决于偏心率的初始值和恒星的质量。
2014-06-10 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
Habitable Snowballs: Temperate Land Conditions, Liquid Water, and Implications for CO$_2$ Weathering
可居住的行星通常被认为是像地球一样的温带行星，有开阔的海洋和温暖的陆地。相比之下，在雪球状态的行星，海洋完全被冰覆盖，被认为是不适合居住的。然而，我们使用大气环流模型表明，在内部宜居带的类地行星能够支持大面积的土地解冻，而在雪球状态。由于它们的低温，这些不冻地区的夏季温度超过10 $^\circ$摄氏度。这样的条件允许CO $_2$风化，这表明大陆风化可以提供一种将行星困在稳定的雪球状态的机制。温暖的温度和液态地表水的陆地区域的存在促使人们对这些雪球事件期间的可居住性有了更细致的理解。
2019-07-14 astro-ph.EP
On the evolution of the CO snow line in protoplanetary disks
CO被认为是生命所必需的益生元分子的重要组成部分。因此，了解CO在太阳星云中以固态形式存在的位置对于了解生命的起源非常重要。我们模拟了原行星盘中CO雪线的演化。我们发现，目前观察到的CO雪线在我们的太阳系的位置，并在太阳系模拟TW水螅，不能解释一个完全湍流盘模型。与时间相关的磁盘模型，我们发现，包括一个死区（低湍流区域）可以解决这个问题。此外，我们得到了一个完全解析解的CO雪线半径晚盘演化时间。这将有助于未来的观测尝试，以描述人口统计学特征并预测系外行星的组成和可居住性。
2014-02-13 astro-ph.EP
Dynamical Effects on the Habitable Zone for Earth-like Exomoons
随着太阳系外卫星（系外卫星）在地平线上的探测，重要的是要考虑它们的可居住性。如果我们考虑星周宜居带（HZ，通常用行星半长轴和轨道偏心率来描述），我们可以问：“类地系外卫星的HZ与类地系外行星的HZ有何不同？“我们首次使用一维纬度能量平衡模型来解决这个问题。该模型将一颗类似地球的系外卫星置于围绕木星质量行星的轨道上，而木星质量行星又围绕一颗类似太阳的恒星运行。外卫星的地面温度是在恒星日照、大气冷却、热扩散、日食和潮汐加热等作用下演化的。我们使用这个模型进行两个独立的调查。在第一个，四个测试案例中运行，详细调查的依赖性外月球气候的轨道方向，轨道倾角，和恒星日食的频率由主行星。我们发现，月球轨道是逆行的行星轨道表现出更大的气候变化比逆行轨道，全球平均温度约0.1 K温暖，由于日食的几何形状。如果日食相对于大气热惯性时间尺度变得频繁，气候振荡就会变得非常小。在第二次调查中，我们进行了广泛的参数研究，多次运行模型，以研究由行星半长轴和偏心率，月球半长轴和偏心率组成的四维空间中的exomoon的可居住性。我们发现，零月球偏心率，频繁的日食使月球保持在高行星偏心率的地区的可居住性，但潮汐加热严重限制在高月球偏心率的极限可居住性，使宜居带的月球半长轴的敏感功能。
2013-04-16 astro-ph.EP
Quantitative estimates of the surface habitability of Kepler-452b
开普勒-452 b是目前在类太阳恒星的宜居带中存在地球大小行星的最佳例子，这种类型的行星的探测数量预计将在未来增加。在这些行星的稀薄大气中寻找生物特征是一个具有挑战性的目标，需要仔细选择目标。在开普勒-452 b的岩石主导性质的假设下，我们将其视为计算温度依赖的可居住性指数$h_{050}$的测试案例，该指数旨在最大化生物特征产生活动的潜在存在（Silva et al.\ 2016年）。地面温度是使用为陆地型系外行星设计的气候模型计算的，2015年）。在根据实验结果修正行星数据之后（Jenkins et al.\ 2015），在模型有效范围内改变了地表重力、CO $_2$丰度、地表压力、轨道偏心率、自转周期、轴向偏心率和海洋分数。对于大多数参数的选择，我们发现$h_{050}>0.2$的可居住的解决方案，只有CO $_2$分压$p_\mathrm{CO_2} \lesssim 0.04$ \，bar。在CO $_2$丰度的这个极限值下，如果总压力为$p \lesssim 2$ \，bar，则行星仍然适合居住。在所有情况下，可居住性因偏心率$e \gtrsim 0.3$而下降。地球自转周期和太阳活动度的变化通过影响赤道-极点温差而不是全球平均温度来影响适居性。我们计算了$h_{050}$的变化所造成的亮度演化的主恒星的输入参数范围很广。只有一个小的参数组合产生居住加权寿命$\gtrs…
2017-06-05 astro-ph.EP
Effects of Extreme Obliquity Variations on the Habitability of Exoplanets
我们探讨了在假设的系统与高的相互倾斜的行星可居住性的影响，行星质量的变化。我们发现，类地系外行星上的大振幅、高频率的冰性振荡可以抑制冰-冰反馈，增加宜居带的外缘。我们将探索限制在由一颗太阳质量的恒星，一颗地球质量的行星和1个或2个更大的行星组成的假设系统。我们验证了这些系统是稳定的$10^8$年的N体模拟，并计算了由地球质量的行星的轨道演化和来自主星的扭矩引起的引力变化。我们在类地行星上运行一个简化的能量平衡模型，以评估行星表面的地面温度和冰覆盖率，并计算出行星快速变化的宜居带外缘的差异。对于每一个假设的系统，我们计算了两个条件下的可居住性的外缘：1）行星自旋和轨道的完全演化，以及2）偏心率和偏心率固定在它们的平均值。我们恢复了以前的结果，较高的固定密度和偏心率值扩大了宜居带，但也发现，密度振荡进一步扩大在所有情况下的宜居轨道。在宜居带外缘附近的类地行星可能更有可能支持生命，而不是固定自旋的行星。这类行星可能是最容易用太空望远镜直接描述的。
2014-04-14 astro-ph.EP
Pervasive Orbital Eccentricities Dictate the Habitability of Extrasolar Earths
类地行星的长期可居住性需要低轨道偏心率。由于许多太阳系外的行星系都与恒星伴星有关，因此来自遥远恒星伴星的长期扰动是激发行星偏心率的一个非常重要的机制。虽然类地行星在恒星双星系统中的轨道演化已经被很好地理解，但双星系统扰动对包含额外气体巨行星的更现实系统的影响却很少被研究。在这里，我们提供了一个大的数值积分，确定初始轨道参数导致偏心轨道合奏确认的分析标准。我们表明，太阳系外的地球很可能会经历一个广泛的轨道演变所决定的气体巨行星的位置，需要更集中的研究偏心率对生命的潜力的影响。
2010-03-02 astro-ph.EP
Sub-Snowline Formation of Gas-Giant Planets in Binary Systems
Technion（以色列理工学院）
研究双星系统中存在气体巨行星的现象，探讨其形成机制，并提出基于尘埃陷阱的亚雪线形成模型，建立预测其轨道半长轴的实证关系。
2026-04-16 astro-ph.EP
Habitable Climates: The Influence of Eccentricity
在宜居带的外围区域，过渡到全球冻结的“雪球”状态的风险对有能力容纳水基生命的行星的可居住性构成威胁。我们使用一个一维的能量平衡气候模式（EBM）来研究如何的湿度，自旋率，轨道偏心率，海洋覆盖可能会影响这样一个雪球状态的发生。对于系外行星，这些参数可能与地球观测到的值截然不同。因为，对于恒定的半长轴，年平均恒星辐照度与（1-e^2）^（-1/2）成比例，所以人们可以预期最大的可居住半长轴（对于固定的大气成分）与（1-e^2）^（-1/4）成比例。我们发现，这一标准的ANEQUALITY提供了一个合理的下限上的外边界的宜居带，但影响的行星偏心轨道的背景下，行星和海洋的分数可以是深刻的。对于偏心率为0.5的行星，我们的EBM表明，最大的可居住半长轴可以变化超过0.8 AU（78%！）这取决于复杂度，复杂度越高的世界通常在雪球过渡中越稳定。人们也可能会认为，在一个偏心行星的远地点，漫长的冬天会使它更容易受到全球冻结的影响。我们的模型表明，这对于类太阳恒星周围的类地行星来说并不是一个重大的风险，因为这些行星被覆盖至少10%表面的海洋提供的热惯性所缓冲。由于偏心轨道上的行星一年中的大部分时间都远离恒星，因此这些世界可能会成为像TPF-达尔文这样的任务直接观测的特别好的目标。然而，在高度偏心的地外行星上实现的极端温度变化提出了关于生命对边缘或短暂的可居住条件的适应性的问题。
2010-09-14 astro-ph.EP
Dynamical Stability and Habitability in the HD 20794 System
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
通过N体模拟和轨道分析，研究HD 20794系统中高偏心率行星d的动力学稳定性及其对宜居性的影响。
2026-05-25 astro-ph.EP
Habitability and Water Loss Limits on Eccentric Planets Orbiting Main Sequence Stars
一颗行星的气候会受到其轨道偏心率和轨道密度的强烈影响。在这里，我们使用一个1维能量平衡模型修改，包括一个简单的失控温室（RGH）参数化，探索这两个参数对类地水行星的气候的影响-完全海洋覆盖的行星-轨道F-，G-，K-和M-矮星。我们发现，行星在整个轨道上表现出可居住的表面条件的星座范围随着偏心率的增加而减少。然而，在一个轨道上出现暂时的宜居条件会产生一个偏心的宜居带（EHZ），它对轨道偏心率、行星纬度和主星的光谱型很敏感。我们发现，一个行星的轨道，它表现出可居住的表面条件的分数是较大的偏心行星绕M-矮星，由于较低的宽带行星的这些行星。具有较大能量密度的行星具有较小的EHZ，但如果它们在轨道上不进入雪球状态，则会表现出较温暖的气候。我们还发现，在所有偏心率的行星上，都没有瞬时失控的温室状态。相反，行星的整个轨道要么在RGH中，要么不在。对于接收100%现代太阳常数且偏心率高于0.55的G-矮行星，整个地球海洋库存可能在3.6 Gyr内丢失。M-矮行星，由于其较大的入射XUV通量，可以在6.9亿年内变得干燥，离心率超过0.38。这项工作对偏心行星具有重要意义，这些行星在围绕其宿主恒星运行时，尽管在技术上偏离了传统的宜居带，但仍可能表现出表面的可居住性。
2020-01-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Resilient habitability of nearby exoplanet systems
我们研究了在34个附近的FGK-矮星的宜居带中发现类地行星的可能性，每个FGK-矮星都有一颗巨行星位于RV探测到的宜居带之外。首先，我们模拟了行星系在其目前的配置动力学，并确定其宜居带内的稳定行星轨道的比例。然后，我们假设巨行星的偏心率是过去不稳定的结果，在此期间，一个或多个其他行星从系统中被抛出。我们模拟这些情况，并调查是否行星轨道上的宜居带生存的不稳定性。解释性地，我们确定测试粒子的分数，最初发现在宜居带，今天仍然在宜居带。我们将这一部分称为系统的弹性可居住性。我们发现，对于大多数系统，当我们在它们的历史中包括一个不稳定阶段时，行星在宜居带中的稳定轨道上存在[或存活]的概率明显变小。我们提出了一个具有高弹性可居住性的候选系统列表，以供未来观察。它们是：HD 95872、HD 154345、HD 102843、HD 25015、GJ 328、HD 6718和HD 150706。后两个系统中的已知行星在其偏心率上具有很大的观测不确定性，这传播到其弹性可居住性上的很大不确定性。这两个偏心率的进一步观测限制
2019-12-02 astro-ph.EP
The Effect of Orbital Configuration on the Possible Climates and Habitability of Kepler-62f
由于质量较低的恒星通常拥有多个岩石行星，行星之间的引力相互作用可以在很长一段时间内对气候和可居住性产生重大影响。在这里，我们探讨一个特定的情况下，开普勒-62f，一个潜在的宜居行星在一个五行星系统与K2 V主恒星。N体积分揭示了开普勒-62 f的初始偏心率的稳定范围是$0.00 \leqslant e \leqslant 0.32$，没有额外的未被发现的行星的影响。我们模拟了Kepler-62 f在这个范围内的潮汐演化，发现在一定的假设下，行星可以被锁定在同步旋转状态。使用LMD Generic GCM进行的模拟表明，如果开普勒-62 f的大气层中含有3巴的CO $_2$，那么它的温度只够在这个偏心率范围的上限处形成地表液态水，前提是它具有高行星密度（在60 $^\circ$和90 $^\circ$之间）。如果大气中的CO $_2$增加到5巴的水平，那么在整个稳定的偏心率范围内，类似于现代地球的气候是可能的。在低CO $_2$的情况下，CCSM 4和LMD Generic GCM的模拟表明，行星密度和轨道偏心率的增加，加上一个轨道配置，将夏至放置在近心点或附近，允许行星上的地面温度高于冰点的地区。这可能会融化在寒冷季节形成的冰盖。如果开普勒-62 f同步旋转，并且有海洋，则需要高于3巴的CO $_2$水平将足够的热量分配到行星的夜晚，以避免大气冻结，并允许行星的亚恒星点有足够大的开…
2016-03-03 astro-ph.EP
Gen-EBM: an energy balance model for terrestrial planets. Climate multistability from snowball to post-runaway greenhouse climates
University of Geneva（日内瓦大学）；University of Bern（伯尔尼大学）
研究人员开发了Gen-EBM一维能量平衡模型，探究行星自转、偏心率等对类地行星气候多稳定性的影响，该模型可高效探索多类气候，连接简单模型与三维环流模型。
2026-10-09 astro-ph.EP
Dynamics of exoplanetary systems, links to their habitability
基于对太阳系的研究，我们对行星轨道动力学的认识受到了系外行星系统多样性的挑战。在冷和超冷的矮星周围，潮汐对行星轨道和自旋演化的影响可以强烈地影响它们的气候和它们容纳表面液态水的能力。我们说明了潮汐和动力学的作用与极端的情况下，行星围绕褐矮星。在多行星系统中，偏心率是由行星间的相互作用引起的。因此，行星被潮汐引起的摩擦从内部加热。这个过程可以将一个宜居带行星加热到这样的程度，以至于表面液态水不能存在。我们还讨论了新发现的可能适合居住的地球大小的行星开普勒-186f。考虑到系统的年龄估计不足，行星可能仍然在朝着同步方向发展，并具有高的同步性，或者是伪同步的零同步性。这两种配置会对这个星球的气候产生不同的影响。
2014-11-30 astro-ph.EP
Assessing Planetary Stability and Long-Term Habitability in Nearby Stellar Binaries: 70 Oph, 36 Oph, $γ$ Leo
Wisconsin Center for Origins Research（威斯康星起源研究中心）；NASA Exoplanet Science Institute, Caltech/IPAC（加州理工学院/IPAC系NASA系外行星科学研究所）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）；Amherst College（阿默斯特学院）
本研究通过数值模拟评估36 Oph、70 Oph、γ Leo的行星宜居性，发现前两者宜居带行星稳定性好，后者因动力学不稳定无宜居行星，其方法可用于完善宜居行星搜寻目标列表。
2026-08-17 astro-ph.EP
Orbital Dynamics and the Evolution of Planetary Habitability in the AU Mic System
已经发现的行星系的多样性揭示了过多的可能结构，为行星形成和演化提供了见解。它们还增加了我们对可能影响行星可居住性的系统参数的理解，以及这些条件如何受到初始条件的影响。在已知的行星系中，AU~Mic系统是一个独特的年轻的多行星凌日系统。这样一个年轻和特征良好的系统提供了一个机会，研究轨道动力学和可居住性研究的行星在其演变的非常早期的阶段。在这里，我们计算了系统的宜居带随时间的演化，包括系统目前所处的主序前阶段。我们讨论的行星大气过程中发生的地球质量的行星在这个过渡期，并提供计算的气候状态收敛年龄的挥发性丰富和贫穷的初始条件。我们提出的AU~Mic系统的轨道动力学分析的结果表明，快速的离心率演化的已知行星，并表明，类地行星的宜居带的系统可以保持长期稳定。最后，我们讨论了后续的观测前景，可能的宜居带行星的可探测性，以及如何使用AU Mic系统作为行星宜居性演化研究的模板。
2021-11-02 astro-ph.EP
Impact of vegetation albedo on the habitability of Earth-like exoplanets
本文通过更新 ESTM 模型引入草地与树木的动态竞争，研究植被反照率反馈对类地行星温度与宜居性的影响，发现植被能扩展宜居带外边缘并显著提升行星宜居性。
2024-09-03 astro-ph.EP
Assessing the Habitability of the TRAPPIST-1 System Using a 3D Climate Model
TRAPPIST-1系统为研究多个太阳系外类地行星及其大气层提供了一个非凡的机会。在这里，我们使用国家大气研究中心社区大气模型版本4来研究TRAPPIST-1系统中行星的可能气候和可居住性。我们假设海洋覆盖的世界，大气层由N2，CO2和H2O组成，并根据观测定义了轨道和地球物理特性。模型结果表明，内三颗行星（b、c和d）目前位于传统液态水宜居带的内缘。因此，如果水曾经存在于内行星上，它们将经历一个失控的温室效应，并将水流失到太空中，使它们今天干燥。相反，外三颗行星（f、g和h）落在宜居带的最大二氧化碳温室外缘之外。模型结果表明，尽管有高达30 bar的CO2大气，外行星也不会变暖，而是进入雪球状态。中间的行星（e）代表了TRAPPIST-1系统中目前可居住的海洋覆盖世界的最佳机会。行星e可以维持至少一些可居住的表面区域，0 - 2巴的CO2，这取决于背景N2含量。对于一个被海洋覆盖的行星e来说，在1 bar的N2和0.4 bar的CO2或1.3 bar的纯CO2大气中，可以保持接近今天的地球地面温度。
2018-03-31 astro-ph.EP
Dynamical Interactions and Habitability in the TOI-700 Multi-Planet System
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究TOI-700多行星系统的动力学相互作用，评估其宜居性，发现TOI-700e接近潮汐锁定宜居带边界，需进一步验证其宜居性。
2026-01-30 astro-ph.EP
A dynamical study on the habitability of terrestrial exoplanets II: The super Earth HD 40307 g
HARPS和Kepler的结果表明，在太阳型恒星中，有一半的恒星拥有周期P<100 d，质量M < 30 M_E的行星。这些超级地球系统是紧凑的，动态冷。在这里，我们调查的K矮星HD 40307周围的超级地球系统的稳定性。它可能拥有多达六颗行星，其中一颗位于宜居带。我们分析了系统的稳定性，使用数值模拟从初始条件内的观测不确定性。最稳定的解与公布的值相差3.1 σ，行星e和f不共振，行星b和c近似对齐。我们通过年平均日射量和极地黑体温度来研究外行星的可居住性。两者都经历了很大的变化，因为它的高偏心率和更激烈的比地球上。当自转周期为3d时，日射变化以岁差变化为主，岁差和岁差的周期分别为40kyr和102kyr。大约1.5 d的旋转周期可能会导致极端的引力变化，因为卡西尼状态的捕获。对于更快的旋转速率，周期收敛到10 kyr和20 kyr。岁差期间的巨大不确定性不会改变总体结果。
2014-03-24 astro-ph.EP
Climates of Warm Earth-Like Planets III: Fractional Habitability from a Water Cycle Perspective
行星表面的可居住部分对于表面生物特征的可探测性很重要。可居住区域的范围和分布受到控制地球气候、大气环流和水文循环的外部参数的影响。我们使用ROCKE-3D大气环流模式探索这些问题，重点是陆地水通量，从而在陆地上存在复杂的生命的潜力。作为一个函数的太阳能和行星旋转的类地世界与零的引力和偏心率绕太阳的可居住性进行检查。我们使用干旱指数来评估部分可居住性，该指数衡量土地的净供水量。随着日照和日照长度的增加，类地行星变得“超级宜居”（比地球更大的宜居表面积），因为它们的气候变得更加稳定，让人想起地球上过去的温暖时期，那时复杂的生命丰富而广泛。然而，旋转最慢、辐射最高的行星所处的水文环境与地球上的任何行星都不同，高纬度地区的条件非常温暖、潮湿，但降雨和地下水储存量很少。随着太阳辐射的增加，云层越来越模糊地表，但能见度会随着自转周期的适度增加而提高。因此，适度缓慢旋转的岩石行星与日照接近或略大于现代地球的似乎是有前途的目标，为未来的直接成像任务的表面特性。
2019-10-08 astro-ph.EP
Habitability of Tidally Heated H$_2$-Dominated Exomoons around Free-Floating Planets
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Exzellenzcluster ‘Origins’（起源卓越集群）；European Space Agency (ESA)（欧洲空间局）；European Space Astronomy Centre (ESAC)（欧洲空间天文中心）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）
研究围绕自由漂浮行星的氢主导系外卫星，通过模拟氢主导大气层，发现其能维持液态水存在长达4.3十亿年，并通过潮汐加热和碱性条件支持生命起源。
2026-02-05 astro-ph.EP
Superhabitability of High-Obliquity and High-Eccentricity Planets
行星的偏心率和偏心率通过塑造入射到行星表面的恒星能量的空间和时间模式来影响气候，从而影响年平均气候和季节变化的幅度。以前的工作已经证明了行星的相似性和偏心率对气候和可居住性的重要性，但大多数研究都没有明确地模拟生命对这些参数的反应。虽然夸张的季节可能会对某些类型的生命造成压力，但最近的一项研究发现，如果假设地球的偏心率为$^{\circ}$ <45，海洋生物活动就会增加。然而，目前还不清楚生命如何应对大于$^{\circ}$ 45的偏心率，比地球大得多的偏心率，或者两者兼而有之。为了解决这一差距，我们使用cGENIE-PlaSim，一个3-D海洋生物地球化学模型耦合到大气环流模型，调查地球一样的海洋生物的响应范围大的结晶度（0-90 $^{\circ}$）和偏心率（0-0.4）。我们发现，海洋生物活动的增加与增加的结晶度和偏心率在整个参数空间，我们认为，包括高结晶度和高偏心率的组合。我们讨论了这些结果的背景下，远程生物签名，我们认为，具有高的dielicity和/或偏心率的行星可能是超级适合居住的世界，特别有利于系外行星生命探测。
2023-03-03 astro-ph.EP
Decrease in hysteresis of planetary climate for planets with long solar days
在宜居带内快速旋转的类地行星上的冰反馈会导致温暖状态和雪球（冰覆盖）状态之间的突然转变（分叉），这些状态之间的双稳态，以及行星气候的滞后。这对行星的可居住性很重要，因为雪球事件可能会引发生命复杂性的上升，但也可能危及已经存在的复杂生命。最近的工作表明，行星潮汐锁定在同步旋转状态将平稳过渡到雪球状态，而不是经历分叉。在这里，我们调查的结构，雪球分叉的行星潮汐的影响，但不同步旋转，使他们经历长的太阳日。我们使用PlaSIM，一个中等复杂度的全球气候模式，热力学混合层海洋和太阳的光谱。我们发现，滞后量（在恒星通量的范围内，有气候的双稳态）是显着减少太阳日的长度为几十个地球日，和太阳日的数百个地球日消失。这些结果表明，潮汐影响的行星轨道M和K-恒星，不同步旋转可能有更少的滞后与雪球分叉比他们会，如果他们迅速旋转。这意味着它们通过CO $_2$脱气而逃离雪球状态所花费的时间量将大大减少，如果它们具有低的CO $_2$脱气速率，则在温暖状态和雪球状态之间循环的时间也将大大减少。
2018-01-31 astro-ph.EP
Thermal Phases of Earth-Like Planets: Estimating Thermal Inertia from Eccentricity, Obliquity, and Diurnal Forcing
为了了解围绕类太阳恒星运行的类地行星的气候，人们想知道它们的热惯性。我们使用一个全球气候模型来模拟地球类似物的热相位变化，并测试这些数据是否可以区分具有不同热储存和热传输特性的行星。特别是，我们考虑一个温带气候与极地冰盖（如现代地球），和一个雪球状态，海洋是全球性的冰覆盖。我们首先定量地研究了周期性的辐射强迫，气候响应，自转，自转和偏心率。轨道偏心率和季节性的变化，导致在全球平均吸收通量的变化。这两种气候对全球季节的响应表明，由于液态水海洋的存在，温带行星的整体热容量是雪球行星的3倍。温带季风季节比仅根据热惯性所预期的要弱;这是由于跨赤道的海洋和大气能量输送。热惯性和越赤道热输送有质的不同的影响，在夏季的热量输送往往会减少季节振幅，而不会引起相位滞后。然而，对于类地行星，这种效应被来自低热惯性区域（海冰和陆地）的信号与来自高热惯性区域（海洋）的信号的混合所掩盖，这也产生了具有小相位滞后的阻尼响应。然后，我们模拟热光变曲线，因为他们会出现一个高对比度的成像任务（TPF-I/达尔文），并考虑逆问题，估计热惯性仅基于时间分辨测光。[摘要]
2012-08-08 astro-ph.EP
Exomoon habitability constrained by energy flux and orbital stability
探测太阳系外行星的大质量卫星现在已经变得可行，这自然导致了关于它们可居住性的问题。在以前的研究中，我们提出了恒星和行星照明以及潮汐加热对卫星可居住性的限制。在这里，我通过包括日食对轨道平均照明的影响来改进我们的模型。低质量恒星系统中的卫星必须非常紧密地绕着它们的行星运行才能保持束缚，这使它们面临强烈的潮汐加热的风险。我首先描述日食对卫星恒星照明的影响。然后我计算轨道平均能量通量，包括来自行星的照明和潮汐加热。可居住性是由一个比例关系定义的，在这个比例关系下，一个月球会因为失控的温室效应而失去水分。作为一个工作假设，如果月球的轨道周期小于行星轨道周期的1/9，则假设轨道稳定。由于日食，在近轨道上的卫星可以经历轨道平均恒星通量减少约6%。半长轴越小，月球轨道的倾角越小，这种减少就越强烈。为了避免失控的温室效应，我发现了一个质量下限为~0.2M_sun。精确的估计取决于卫星的轨道偏心率。对exomoon可居住性的有害影响可能发生在~0.5M_sun。虽然宜居带靠近低质量恒星，这使得在给定的观测周期内有许多行星-月球双星过境，但不应该花费资源来追踪它们周围的宜居卫星。恒星、另一颗行星或另一颗卫星的引力扰动会引起偏心率，这可能使任何月球都不适合居住。对单个系统的估计需要进行动力学模拟，其中包括所有天体之间的扰动和卫星中的潮汐加热。
2012-09-01 astro-ph.EP
Abrupt climate transition of icy worlds from snowball to moist or runaway greenhouse
正在进行的和未来的太空任务旨在确定我们太阳系和更远的地方可能适合居住的行星。行星的可居住性不仅取决于行星当前的恒星日照和大气特性，还取决于其气候的演化历史。有人认为，当它们的宿主恒星变亮时，它们最初的冰盾融化后，冰冷的行星和卫星变得适合居住。在这里，我们通过全球气候模型模拟表明，那些具有不活跃的碳酸盐-硅酸盐循环和低浓度温室气体的冰冷行星和卫星的气候演变并未达到宜居状态。这类行星体的例子有冰质卫星欧罗巴和土卫二，以及某些绕G星和F星运行的冰质系外行星。我们发现，克服行星初始雪球状态所需的恒星通量是如此之大，以至于它们导致了显著的水分流失，并排除了可居住的行星。具体而言，它们超过了潮湿温室极限，即水蒸气在高海拔地区积聚，很容易逃逸，或者超过了失控温室极限，即温室强度增加，直到海洋蒸发。我们认为，一些冰冷的行星体可能会直接过渡到潮湿或失控的温室，而不需要经过一个可居住的类地球状态。
2018-09-05 astro-ph.EP
Climate of Earth-like planets with high obliquity and eccentric orbits: implications for habitability conditions
我们探索的季节性变化的影响，为类地行星的气候所确定的两个参数的极地和轨道偏心率使用一个通用的环流模型的中间复杂性。在本文的第一部分中，我们研究了辐射和地面温度的时空模式以及大气环流的主要特征的不同的垂直度和离心率值的后果。在第二部分中，我们分析了相关的影响，行星的可居住性接近外缘的宜居带（HZ）。本文的这一部分特别着重于气候的多稳定性，即无冰和有冰气候状态的平行存在。我们的研究结果表明，季节变化影响两种气候状态的存在和过渡。此外，我们的实验表明，具有类似地球的大气层和高季节变化的行星可以在距离主星更大的距离上拥有无冰区域，而不是没有季节变化的行星，这导致了HZ外缘的大幅扩张。探索方位角折射率和表面热容的作用的敏感性实验测试我们的结果的鲁棒性。在圆形轨道上，我们的研究结果与大气环流模型同意以及以前的研究的基础上的一维能量平衡模型，而显着差异被发现在偏心轨道。
2014-10-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The effects of disc warping on the inclination of planetary orbits
研究了位于圆盘内部区域的行星与翘曲外部区域之间的相互作用。我们考虑的演化阶段后，行星已经清除了一个差距，使行星轨道的演变，只有在引力位盘。我们开发了一个长期的分析和计算的轨道要素的演变，通过求解拉格朗日方程有效的二阶偏心率。我们还进行了数值模拟与完整的磁盘潜力。一般来说，圆盘和行星之间的相互作用会导致轨道的进动。因此，轨道平面相对于椎间盘的内部部分倾斜，而偏心率没有变化。当倾角接近90度时，存在不稳定性并且偏心率增加。在这种情况下，倾角和离心率都产生很大的变化，轨道变得逆行。当离心率达到很高的值时，我们可以预期恒星在行星的短轨道上会发生潮汐捕获。这种不稳定性发生在圆盘严重扭曲时，或者如果在相对于初始轨道平面倾斜至少45度的环中有大量的质量。轨道的倾角不依赖于半长轴，也不依赖于行星的质量。然而，要在最多几百万年的时间尺度上产生显著的倾斜，行星应该在雪线之外。因此，这里描述的过程将产生两个不同的倾斜行星群：一个是雪线之外的物体，最多有中等偏心率，另一个是短圆形轨道上的物体。
2013-09-04 astro-ph.EP
Habitability of Exomoons at the Hill or Tidal Locking Radius
围绕太阳系外行星运行的卫星是下一类需要观测和表征的天体，以确定其可能的可居住性。就像主行星和主恒星一样，外卫星也有一个极限半径，在这个半径上，它们可以被引力束缚，或者说是希尔半径。此外，它们也有一个距离，在这个距离上它们将被潮汐锁定，因此与行星同步旋转。我们已经研究了一个模拟的，假设的月球轨道在一个遥远的半径周围确认系外行星μ Ara b，HD 28185 b，BD +14 4559 b和HD 73534 b的通量相位分布。在离行星最远、最稳定的距离上，卫星上的辐射通量达到了最大的通量梯度，这限制了后续（观测到的）卫星在离行星更近的轨道上的通量范围。我们还分析了行星偏心率对月球通量的影响，研究了在轨道上完全或部分穿过宜居带的行星。仅从恒星的贡献来看，我们发现行星周围的卫星完全在宜居带内，它们的热平衡温度高于失控的温室极限，需要一个小的热再分布效率。相比之下，围绕行星运行的系外卫星只有一小部分时间在宜居带内，需要接近100%的热再分布效率，以达到适合宜居的温度。也就是说，一颗行星并不需要将其整个轨道都放在宜居带内，就可以让系外卫星宜居。由于应用系统由明亮恒星周围的巨行星组成，我们认为凌日探测方法最有可能发现系外卫星。
2013-07-17 astro-ph.EP
A Population Synthesis Study on the Formation of Cold Jupiters from Truncated Planetesimal Disks
本研究采用截断初始星子分布的行星种群合成模型，发现冷木星更可能形成于雪线附近宽度10 au及以上且迁移受抑制的截断盘中，能较好再现其轨道周期出现率、内边界斜率及偏心率分布等观测特征。
2025-03-03 astro-ph.EP
General Relativity Can Prevent a Runaway Greenhouse on Potentially Habitable Planets Orbiting White Dwarfs
本研究分析白矮星宜居带行星因伴星引发偏心率振荡和潮汐加热而可能进入失控温室的问题，证明广义相对论轨道进动在部分系统架构下可抑制该效应并保护宜居性。
2025-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR gr-qc
Circumstellar Habitable Zones to Ecodynamic Domains: A Preliminary Review and Suggested Future Directions
星周宜居带的概念在科学界已经存在了几十年。它很容易从舌头上滑落，而且很难更换。然而，最近，一些工作者提出了可能存在于经典的星周宜居带（HZ）之外的宜居天体类型。这些天体不仅包括在离母星相当远的轨道上运行的天体，还包括内部有地热维持的海洋的雪球世界，甚至是表面有地热维持的海洋的稠密大气层世界，它们是从不稳定的行星系弹射到星际空间的。如果可居住性不是HZ的独特和诊断性质，那么该术语的价值已经从根本上受到了损害。与此同时，很明显的是，在经典的HZ范围内，即使是太阳辐射水平相似的行星，也可能存在多种环境状态，这些环境状态在可居住性方面存在重要的差异。我们讨论的行星适居性的调查方法，重点是行星尺度的生态系统，这在这里被称为-生态圈。这是一个在生态学家中流行的用法，如Huggett（1999），而不是像Strueland（1953）和Dole（1964）这样的作者，他们使用它作为HZ的术语。这种方法强调生态动力学的观点，探讨共同构成生态系统的生物和非生物因素之间的动态相互作用。
2009-12-13 astro-ph.EP
The Exoplanet Orbital Eccentricity - Multiplicity Relation and the Solar System
已知的系外行星群比太阳系行星的轨道偏心率范围更广，平均偏心率也更高。这些事实被广泛地解释为太阳系是整个行星系中的一个非典型成员。我们在这里报告了已编目的径向速度（RV）系统中轨道偏心率与多重性（系统中行星的数量）的强反相关性。太阳系行星偏心率的平均值、中值和粗略分布相当精确地拟合了八颗行星情况下的反相关性的外推，尽管事实上，用与系外行星样本中的RV数据可比的RV数据，探测到的太阳系行星不超过2颗。此外，即使把太阳系看作是一个单行星系统或双行星系，它也处在一个相当密集的偏心率多重性空间区域。因此，当考虑到多重性时，太阳系的离心率在已知的系外行星系统中并不反常。具体地说，随着系统的多重性增加，偏心率大致按照指数为-1.20的幂律减小。对这种关系的一个简单、合理但特别和依赖模型的解释意味着，在我们的样本中，大约80%的单行星系统和25%的双行星系统有额外的、尚未发现的成员，但观测到的更高多重性的系统基本上是完整的（即，相对较少包含额外的未发现的行星）。如果低离心率确实有利于高多重性，那么可居住性可能在具有大量行星的系统中更常见。
2014-12-01 astro-ph.EP
A Novel Method to Photometrically Constrain Orbital Eccentricities: Multibody Asterodensity Profiling (MAP)
提出了一种新的方法，确定偏心率约束的太阳系外行星在系统中的多个凌日行星通过单独的测光。我们的方法是高度独立的模型，不作任何假设的恒星参数，不需要径向速度，过境时间或掩星事件。我们的技术利用了这样一个事实，即光变曲线导出的恒星密度对于所有经过一颗共同恒星的行星来说必须是相同的。假设一个圆形的轨道，推导出的恒星密度偏离真实值的一个可预测的因素，Psi，其中包含的信息偏心率的系统。通过比较多个恒星的密度，任何差异都必须是由于离心率，因此在没有任何其他信息的情况下可以放置有意义的约束。该技术被称为“多体天体密度剖面”（MAP），是一种新的可观测量，可以单独使用或与其他可观测量结合使用，如径向速度和过境时间变化。根据需要，也可以包括偏心率先验。MAP对最小成对组合偏心率最敏感，例如（e1 + e2）[min]。个别偏心率的限制是不太严格，但经验偏心后总是推导出来的，是免费提供的单独从过境测光。我们提出了一个描述我们的技术，使用分析和数值实现，然后通过两个例子分析合成光度学的原理证明。我们指出，MAP有可能限制偏心率，从而可居住性，类地行星的径向速度数据的情况下，这是可能的地球质量的对象。
2011-12-12 astro-ph.EP
The Habitability of Proxima Centauri b I: Evolutionary Scenarios
我们分析了可能适合居住的行星Proxima Centauri b的演变，以确定影响其长期可居住性的环境因素。我们认为物理过程的大小尺度范围从银河系恒星系统的行星的核心。我们发现，比邻星很有可能与它的伴星半人马座阿尔法星A和B相遇，它们足够接近，足以破坏一个扩展的行星系的稳定。如果该系统有一个额外的行星，如发现数据所示，那么它可能会扰动行星b的偏心率和倾角，甚至在存在强大的潮汐阻尼的情况下，也可能将这些参数驱动到非零值。我们还模拟了行星的内部演化，评估了不同放射性丰度和潮汐加热的作用，发现磁场的产生可能持续数十亿年。我们发现，如果行星b在原地形成，那么它在失控的温室中经历了1.69亿+/-1300万年，因为恒星在其形成期间收缩。这一早期阶段可能会带走相当于现代地球海洋5倍的水，可能会产生大量非生物氧气。另一方面，如果Proxima Centauri b形成时有大量的氢大气（占行星质量的0.01 - 1%），那么这个包层可能会保护水足够长的时间，使其在被吹走之前保留下来。在对这一广泛的过程进行建模后，我们得出结论，在主恒星的主序前阶段，水的滞留是Proxima b可居住性的最大障碍。这些结果都是用一个新的软件包VPLANET得到的。
2018-03-06 astro-ph.EP
The Effect of Ocean Salinity on Climate and Its Implications for Earth's Habitability
大气成分对现今和早期地球气候的影响已经得到了广泛的研究，但海洋成分的作用受到的关注较少。我们使用ROCKE-3D海洋大气环流模式来研究地球现今和太古代气候系统对低盐度和高盐度的响应。我们发现，更咸的海洋产生更温暖的气候，在很大程度上是由于海洋动力学的变化。海洋盐度从20克/千克增加到50克/千克，导致我们今天地球上的海冰覆盖面积减少71%。同样的盐度变化也使pCO $_2$阈值减半，在该阈值下，在我们的太古代情景中发生雪球冰川作用。结合更高水平的温室气体，如CO $_2$和CH $_4$，一个更咸的海洋可能允许一个温暖的太古宙地球，尽管从太阳接收的能量减少了20%，但两极只有季节性冰。
2022-05-13 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Climate Regimes Across the Habitable Zone: a Comparison of Synchronous Rocky M- and K-dwarf Planets
本文比较了 M 型和 K 型矮星周围同步自转类地行星在宜居带内的气候状态，发现 K 型矮星行星夜侧冷阱风险更低、更可能出现湿润昼侧“眼球”气候，而晨昏线宜居性在 M 型矮星系统中更普遍。
2024-08-12 astro-ph.EP
Oscillations in the Habitable Zone around Alpha Centauri B
半人马座阿尔法AB系统是一个有吸引力的径向速度观测，以检测潜在的系外行星。半人马座阿尔法星A和B的高金属丰度表明，它们可能拥有能够形成行星的星周盘。作为距离太阳最近的恒星系统，有超过一个世纪的精确天体测量（半人马座阿尔法B表现出低色球活动），可以用相对便宜的仪器对半人马座阿尔法B潜在的系外行星系统进行高精度的测量。研究该系统可居住性的作者通常采用基于全球辐射平衡模型的宜居带（HZ），该模型忽略了半人马座阿尔法A的辐射扰动。我们使用一维纬向能量平衡模型（LEBMs），充分纳入半人马座阿尔法星A的存在作为天文强迫类地行星气候的一种手段，研究了半人马座阿尔法星B周围行星的可居住性。我们发现，HZ的程度是相对不变的半人马座阿尔法A的存在下，但有变化的分数可居住性的行星轨道在边界的区域由于半人马座阿尔法A，即使在零偏心率的情况下。在所有行星轨道上都可以观察到几K的温度振荡，其强度随行星的海洋比例和倾角而变化。
2012-02-06 astro-ph.EP
The Equilibrium Temperature of Planets in Elliptical Orbits
轨道偏心率与行星从母恒星接收的平均恒星通量之间存在正相关。然而，人们常常假定平均平衡温度会随着偏心率的增加而相应地增加。在这里，我们通过计算和比较轨道距离，恒星通量和平衡温度的空间和时间平均值的解析解来测试这一假设。我们的解决方案表明，行星的平均平衡温度，与一个恒定的温度梯度，慢慢地减少离心率，直到收敛到一个值90%的圆形轨道。这可能是许多类型的行星的情况（例如，热木星）;然而，行星的实际平衡和地面温度也取决于木星和温室的轨道变化。我们的研究结果也对理解气候，可居住性和潜在的类地行星的出现有影响。例如，它有助于解释为什么在高椭圆轨道上的行星的宜居带的界限比平均通量近似所预期的要宽，正如气候模型所显示的那样。
2017-02-23 astro-ph.EP
The Role of Tectonic Luck in Long-Term Habitability of Abiotic Earth-like Planets
本研究构建准二维模型探究非生物类地行星的长期气候稳定性，发现大陆碰撞抬升无法单独提供足够可风化矿物以维持宜居气候，需结合尘埃输送、冰川侵蚀等其他补给机制才能保障行星长期宜居。
2025-07-30 astro-ph.EP
Forming Different Planetary Architectures . I . Formation Efficiency of Hot Jupites from High-eccentricity Mechanisms
过去几十年发现的系外行星提供了一个新的巨型系外行星样本，即热彗星。由于缺乏足够的材料，在目前的位置热的雪线，他们被认为是形成外部雪线。然后，迁移到通过与气体盘或高偏心机制的相互作用观察到的位置。我们研究了不同的高偏心率机制的效率，形成近共面多行星系统中的热超导体。这些机制包括行星-行星散射机制、Kozai-Lidov机制、共面高偏心率迁移机制、长期混沌机制，以及我们在工作中发现的另外两种新机制，它们可以产生高倾角甚至逆行的热彗星。在这些机制中，Kozai-Lidov机制在产生热超导体中起着最重要的作用。由于在10^7 Tin（内轨道的周期）内缺乏角动量亏损，长期混沌并不是形成热彗星的通常途径。根据观测和模拟结果的比较，我们推测至少存在两个热星系群。一个种群由于与气盘的相互作用而迁移到潮汐效应的边界，如ups And b，WASP-47 b和HIP 14810 b。这些系统通常至少有两颗行星具有较低的偏心率，并在紧凑的轨道配置中保持动力学稳定。另一种粒子数是在动力学不稳定性激发偏心率后，通过高偏心率机制形成的。这类热彗星通常在遥远的轨道上有类似彗星的伴星，它们具有中等或高的偏心率。
2018-02-26 astro-ph.EP
Orbital Evolution of a Circumbinary Planet in a Gaseous Disk
在近距离双星系统中发现的次木星类环联星行星，其轨道刚好在动力学不稳定区域之外，而动力学不稳定区域由宿主双星的偏心率和质量比决定。这些行星被认为是在雪线之外形成的，并迁移到目前的轨道，而不是在原地形成。我们提出了一个方案，其中一颗行星形成的雪线以外，并迁移到环双星盘的内边缘，这是在不稳定的区域，然后通过向外运输移动到当前的轨道。这种向外的传输是由引力不稳定区域内中心恒星的轨道激发和气体拖曳力的阻尼平衡驱动的。利用耗散环双星原行星盘对不同偏心率和质量比的双星系统进行了N体模拟。在偏心率较小的双星系统中，行星更有可能在不稳定区域之外达到稳定的轨道。这个结果对质量比的敏感性不如对偏心率的敏感性。这些依赖关系与观测到的拥有环双星行星的双星系统的数据是一致的。我们发现CBPs的轨道靠近不稳定边界，我们的轨道演化方案解释。
2019-07-23 astro-ph.EP
Effects of variable eccentricity on the climate of an Earth-like world
开普勒时代的系外行星发现为天文学界提供了一个与我们居住的系统非常不同的行星系的聚宝盆。人们早就知道木星在火星的轨道参数和气候中起着重要作用，但人们也长期认为，如果不是因为它的大卫星，木星也会对地球发挥类似的作用。使用一个三维大气环流模式（3-D GCM）与完全耦合的海洋，我们模拟会发生什么样的气候的地球一样的世界，如果火星不存在，但一个类似行星更接近地球的轨道。我们调查了两种情况，涉及类地行星的轨道偏心率从0- 0.283超过6500年，从0- 0.066的时间尺度为4500年的演变。在这两种情况下，我们发现，他们将保持相对温和的气候在模拟的时间尺度。随着我们继续调查天空，将发现多行星系统中更多的类地行星，本文的结果表明，大型气体巨行星的接近可能在这些世界的可居住性中发挥重要作用。这是第一个这样的三维GCM模拟使用一个完全耦合的海洋与行星轨道，随着时间的推移，由于一个巨大的行星的存在而演变。
2016-12-22 astro-ph.EP
The inhabitance paradox: how habitability and inhabitancy are inseparable
在给类地行星分配“适居性”时，最主要的范例是定义一个星周宜居带：即行星轨道半径的轨迹，在这个轨迹上，我们所知道的生命既不太热也不太冷。一维气候模型已经在理论上确定了这个区域令人印象深刻的边界：内边缘（金星）的失控温室或水分流失，以及低纬度冰川作用，随后在外边缘形成二氧化碳云。现在存在一个家庭手工业，每年将这些边界的定义“细化”到一个AU的小数点后第三位。使用同一类气候模式，我表明，不同的气候状态可以重叠很大程度上和“雪球地球“，潮湿的温带气候，炎热潮湿的气候和失控后干燥的气候都可以在相同的太阳通量下是稳定的。温带气候带的径向范围对于纯水大气来说非常窄，但对于二氮和二氧化碳来说可以加宽。因此，宜居带的宽度取决于大气中这些气体的总量。然而，地球告诉我们，这些丰度受到生物学的严重影响（甚至可能是控制）。这是自相矛盾的：宜居带试图界定一颗行星应该能够孕育生命的区域;然而，该行星是否有人居住将决定其气候是否可能在距恒星任何给定距离处宜居。这很重要，因为未来的生命探测任务可能会在任务设计中使用宜居带边界。
2016-03-03 astro-ph.EP physics.ao-ph
Galactic Effects on Habitability
银河系的环境被怀疑在许多方面影响行星的可居住性。银河系中非常缺乏金属的区域，或者那些基本上没有比H和He更大质量的原子的区域，被认为无法形成可居住的行星。此外，如果这样的行星确实形成，年轻的系统在其恒星诞生星团中居住时会受到恒星通道的影响。集群分散后，各种潜在的危险仍然存在。例如，银河系中央区域可能会通过附近的超新星、伽马射线暴（GRB）和频繁的彗星阵雨对可居住性造成风险。此外，位于非常广阔的双星系统中的行星会受到银河系的影响，因为来自银河系的局部引力扰动会增加双星的离心率，直到它使其所在的行星不稳定。在这里，我们回顾了最近的工作主要银河系的影响行星的可居住性。虽然一定有一些金属丰度极限，低于这个极限岩石行星不能形成，但最近的系外行星调查显示，它们形成于金属丰度范围非常大的恒星周围。一旦形成，星团破坏行星系稳定的可能性只有在罕见的、寿命极长的星团中才会变高。关于超新星、伽马射线暴和彗星雨对可居住性的威胁，最近的许多研究表明，它们的危害比最初想象的要有限。最后，银河系中密度更大的区域增强了非常宽的双星对行星可居住性的威胁，但是对于任何环境来说，非常宽的双星破坏可居住性的可能性总是大大低于100%。虽然银河系的某些区域一定比其他区域更适合宜居行星，但很难说宜居行星仅限于银河系的任何明确区域，或者银河系的任何其他特定区域都不适合居住。
2018-01-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Inward Migration of the TRAPPIST-1 Planets as Inferred From Their Water-Rich Compositions
多行星系统为探索系外行星的组成、形成历史和潜在的可居住性提供了理想的实验室。对于TRAPPIST-1行星，行星半径是从凌日很好地建立起来的（Gillon等人，2016年，Gillon等人，2017），合理的质量估计来自过境时间变化（Gillon等人，2017年，Wang等人，2017）和动态建模（Quarles等人，2017年）。TRAPPIST-1行星的低体积密度需要大量的挥发性物质。在这里，我们使用质量半径组成模型，TRAPPIST-1f和g可能含有大量的（$\geq50$重量\%）水/冰，b和c是显着干燥（$\leq15$重量\%）。我们提出这种梯度的水团分数意味着行星f和g形成的原始雪线外，而b和c形成的内部。我们发现，与我们太阳系中也在雪线内形成的行星相比，TRAPPIST-1b和c含有数百个海洋的水。我们证明了TRAPPIST-1系统中迁移的程度和时间尺度取决于行星形成的速度和原始雪线的相对位置。这项工作为理解我们太阳系的原行星盘与M矮星之间的差异提供了一个框架。我们的研究结果提供了关键的见解，不稳定的预算，行星形成的时间尺度，以及银河系中最常见的行星宿主的迁移历史。
2018-02-06 astro-ph.EP
Carbon cycle instability for high-$\mathrm{CO_2}$ exoplanets: Implications for habitability
本研究利用GCM模拟发现，高CO₂、低辐照系外行星上的水文循环和硅酸盐风化随升温而减弱，可造成碳循环失稳，从而削弱经典宜居带外缘的宜居性。
2024-05-08 astro-ph.EP
Life on Exoplanets In the Habitable Zone of M-Dwarfs?
在M型矮星周围的宜居带中运行的系外行星一直是寻找生命的主要目标，这是因为主恒星的寿命很长，这些恒星在银河系中的突出性，以及在M型矮星周围发现的明显过多的类地行星。然而，M矮星的恒星活动增强，以及这些系统中经常被潮汐锁定的行星，引发了对这些行星可居住性的质疑。在这封信中，我们研究了可能存在的另一个重大挑战：这些系统似乎缺乏将小行星运送到可居住的类地行星所必需的架构，小行星撞击可能在生命起源中发挥关键作用。产生稳定的小行星带和气体盘消散后小行星的晚期释放的最广泛接受的机制需要在雪线半径之外有一颗巨大的行星。我们发现，没有一个观测到的系统中的行星在其恒星的宜居带也包含一个巨大的行星，因此不太可能有稳定的小行星带。我们认为观测到的巨行星相对于雪线半径的位置是恒星质量的函数，并发现在M矮星周围的雪线半径之外有一群巨行星。因此，M矮星周围的小行星带的形成通常是可能的。然而，我们发现M-矮星周围的多行星系结构可能与大质量恒星周围的结构有很大的不同。
2022-09-06 astro-ph.EP
Swansong Biospheres: Refuges for life and novel microbial biospheres on terrestrial planets near the end of their habitable lifetimes
未来地球上的生物圈（和过去一样）将主要由单细胞微生物组成。在多细胞生命出现之前，单细胞生命可能存在了至少2.5 Gyr，并且可能是唯一能够在遥远的未来在地球上生存的生命形式，当老化的太阳导致环境条件变得更加不利于更复杂的生命形式时。因此，从统计学上看，我们发现的可居住的类地系外行星更有可能处于其可居住寿命中更有利于支持单细胞生命而不是多细胞生命的阶段。地球上可居住性的最后阶段是这项工作的重点。一个简单的，纬度为基础的气候模式，包括偏心率和偏心率的变化被用来作为一个指南，在未来3 Gyr的地球温度演变。这使得人们可以推断出潜在的生命避难所，特别是在山区和冷阱（冰）洞穴中，以及什么样的生命形式可以生活在这些环境中。结果表明，在高纬度地区，单细胞生命可以持续到2.8 Gyr。这开始回答地球的可居住性将如何随着太阳的主序星演化而在局部尺度上演化的问题，以及通过扩展，类地行星的可居住性将如何随着时间的推移与它们自己的宿主恒星一起演化。
2012-10-21 astro-ph.EP
