Effects of planetary mass uncertainties on the interpretation of the reflectance spectra of Earth-like exoplanets
本研究使用贝叶斯反演框架ExoReL$^\Re$探讨行星质量不确定性对类地系外行星反射光大气表征的影响，发现质量不确定性在10%以内可准确反演含云大气参数，否则会导致主要气体误判并影响宜居性评估。
2025-02-03 astro-ph.EP
Effect of tidal gravity and planetary rotation on the retrieved atmospheric abundances of close-in exoplanets
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究潮汐锁定系外行星中恒星潮汐力和行星自转对有效重力的修正，通过WASP-12b和WASP-39b的透射光谱反演，发现考虑修正后分子丰度增加，云层会抑制该效应。
2026-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
The GAPS programme at TNG XXX. Atmospheric Rossiter-McLaughlin effect and atmospheric dynamics of KELT-20b
凌日超热彗星是研究系外行星大气及其动力学的理想候选者，特别是通过高分辨率、高信噪比光谱。一个这样的天体是KELT-20 b，围绕快速旋转的A2型恒星KELT-20运行。在它的大气层中已经发现了许多原子种类，蓝移信号暗示了昼夜侧风的存在。我们的目标是观察超热木星KELT-20 b的大气Rossiter-McLaughlin效应，并研究过境期间大气信号的任何变化。为此，我们分析了五个夜晚的HARPS-N光谱，涵盖了KELT-20 b的五次凌日。我们用最小二乘反卷积计算光谱的平均线轮廓，然后我们提取恒星径向速度通过拟合它们与旋转加宽轮廓，以获得径向速度时间序列。我们使用平均线轮廓残差层析成像来分析行星大气信号及其变化。我们还使用了互相关的方法来研究一个已知的双峰功能的FeI行星信号。在径向速度时间序列中，我们观察到了经典的和大气的Rossiter-McLaughlin效应。后者给了我们一个行星大气半径的估计，与我们工作中使用的恒星掩模相关：R（p+atmo）/Rp = 1.13 +/- 0.02）。我们在层析成像中分离出行星大气迹线，我们发现行星大气信号在传输过程中的径向速度变化，总体蓝移约为10 km/s，信号深度变化较小，半峰全宽（FWHM）变化较小。我们还发现了一个可能的变化，在不同的凌日FeI信号的结构和位置。
2021-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Studying atmosphere-dominated hot Jupiter Kepler phase curves: Evidence that inhomogeneous atmospheric reflection is common
我们确定了3颗开普勒凌日行星，开普勒-7b，开普勒-12b和开普勒-41b，其轨道相位折叠光变曲线主要由行星大气过程（包括热发射和反射光）控制，而非大气（即引力）过程的影响，包括波束（多普勒增强）和潮汐椭球畸变，可以忽略不计。因此，这些系统允许直接查看它们的大气，而不受在对相位曲线形状建模时包含大气和非大气过程中使用的近似的阻碍。本文根据Kepler相位曲线对Kepler-12 b和Kepler-41 b大气进行了分析，而对Kepler-7 b的分析在其他地方进行了介绍。我们使用的模型有效地计算反射和热辐射贡献的相位曲线，包括不均匀的大气反射，由于纵向变化的云层覆盖。我们确认开普勒-12 b和开普勒-41 b在行星表面最亮的区域和亚恒星点之间显示出向西的相移，类似于开普勒-7 b。我们发现位于星下点西侧的反射云可以解释这种相移。在我们的所有3个目标中存在不均匀的大气反射，由于它们的大气主导的开普勒相位曲线而被选择，这表明这种现象很常见。因此，它很可能也存在于行星相位曲线中，这些曲线不允许直接观察行星大气，因为它们包含额外的轨道过程。我们讨论了亮点的变化对大气和重力过程出现的相位曲线分析的影响。我们还讨论了潜在的检测非过境，但在其他方面类似的行星，其质量太小，显示引力光度信号，但其大气信号是可检测的。
2015-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Measuring Planetary Atmospheric Dynamics with Doppler Spectroscopy
多普勒成像光谱法是直接测量太阳系行星大气风速的最可靠方法。然而，大多数关于大气动力学的知识都是通过云跟踪技术获得的，云跟踪技术包括从不同日期拍摄的图像中跟踪可见特征。多普勒成像具有挑战性-运动可能小于100米/秒-因为它测量的是云粒子的速度，而不是大的云结构。在大气波干扰云结构的情况下，预计会有显著的差异。本文的目的是提供一个理论基础，进行精确的多普勒测量的行星大气，特别是从地面反射太阳吸收线。我们关注导致重大偏差的三个方面。首先，我们全面回顾了杨效应，这是一个人工径向速度场所造成的太阳旋转，模仿逆行行星旋转。其次，我们广泛地研究了大气视宁度的影响，并表明，它修改了行星在天空中的表观位置时，行星没有观察到在全相位（反对）。此外，视宁度通过减小大气运动的视振幅，将可变径向速度和测光的区域卷积，从而使径向速度测量产生偏差。最后，我们提出了一种解释数据的方法，即，如何通过优化信噪比从径向速度图中检索纬向、经向、垂直和亚太阳-反太阳环流。
2019-06-13 astro-ph.EP
Cloud Atlas: Weak color modulations due to rotation in the planetary-mass companion GU Psc b and 11 other brown dwarfs
理解超冷褐矮星和系外行星大气层的最大挑战之一是云结构作为温度和重力的函数的演变。在这项研究中，我们提出了旋转调制的GU Psc b -一种罕见的中T光谱型行星质量的同伴在年底的L/T光谱型过渡。基于HST/WFC 3 1.1-1.67 $\rm\, μm$时间序列光谱，我们观察到一个准正弦光变曲线，峰谷通量变化为2.7%，最小周期为8小时。旋转调制的光谱变化是弱波长依赖性的，或者在1.1-1.67 $\rm\,μ$ m之间是灰色的。灰色的调制表明，异质云存在于这个低重力的中T矮星的光球层中。我们把GU PSC B的颜色和亮度变化的背景下，旋转调制中期L晚T矮星。基于这些观测结果，我们报告了一个初步的趋势：随着$J$波段亮度的增加，中晚期T矮星的$J-H$颜色变得稍微更红，而L矮星随着亮度的增加变得稍微更蓝。如果这种趋势得到更多T矮星样本的验证，则表明除了大多数灰色调制之外，还有一种二阶光谱类型依赖于旋转调制的性质。
2019-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Mapping atmospheric features of the planetary-mass brown dwarf SIMP 0136 with JWST NIRISS
McGill University（麦吉尔大学）；United States Air Force Academy（美国空军学院）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文利用JWST NIRISS时间序列光谱数据，通过主成分分析揭示SIMP J01365662+093347大气变化特征，确认其大气层至少由三个区域构成，并发现大气亮度分布的南北不对称性。
2026-04-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar Flares versus Luminosity: XUV-induced Atmospheric Escape and Planetary Habitability
空间天气在行星大气的演变中起着重要作用。观测表明，恒星耀斑发射的能量范围很广（10^30-10^38尔格），其中一小部分是X射线和极紫外线（XUV）。这些耀斑加热了行星的上层大气，导致逃逸率增加，并可能在一段时间内导致大气侵蚀。观测还表明，原始的类地行星可以吸积大量的氢/氦包层。随着时间的推移，恒星辐射会侵蚀这些原大气层，这种侵蚀的程度对行星的可居住性有影响。我们使用的能量有限的方程来计算流体动力学逃逸率从这些原大气照射的XUV恒星耀斑和光度。我们利用TESS观测到的492颗FGKM星的耀斑频率分布来估计宜居带行星的大气损失。我们发现，对于大多数恒星，亮度引起的逃逸是主要的损失机制，与耀斑的一个小的贡献。然而，耀斑占主导地位的损失机制的$\sim$ 20 M4-M10星。M0-M4恒星最有可能完全侵蚀其原始和次级大气层，而M4-M10最不可能侵蚀次级大气层。我们讨论了这些结果对行星可居住性的影响。
2020-09-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Atmospheric Characterization via Broadband Color Filters on the PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) Mission
我们评估宽带彩色滤光片的两个快速相机的行星凌日和振荡（PLATO）的恒星空间任务方面的系外行星大气特征。我们专注于距离地球25 pc和100 pc的超热彗星和热彗星，以及距离地球10 pc和25 pc的低质量低密度行星。我们的分析将宽带较低（500 - 675 nm）波长间隔（以下称为蓝色）和宽带较高（675- 1125 nm）波长间隔（以下称为红色）之间的过境深度差异的文献值作为输入，用于传输，掩星和相位曲线分析。本文研究了围绕F、G、K和M等主序星中心恒星运行的行星。我们计算相对于光子和仪器噪声的信噪比，用于检测两个光谱间隔之间的渡越深度的差异。结果表明，大规模的大气成分和行星的几何形状可以检测到（超）热彗星高达约100 pc（约25 pc）与强（中度）瑞利消光。相位曲线信息可以提取的超热彗星轨道K和G矮星高达25秒差距。对于低质量低密度行星，基本大气类型（主要和水为主）和上层大气中亚微米烟雾的存在可以在少数情况下区分，最高可达约10 pc。
2020-04-14 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Atmospheric Modelling for the Removal of Telluric Features from Infrared Planetary Spectra
大地吸收对红外光谱的影响给观测者提出了一个问题。来自浓度随时间变化的物种的强分子吸附物可能特别难以精确去除。然而，消除这些影响是准确确定许多天体组成的关键，特别是行星大气。在这里，我们提出了一种方法，用于消除大地效应的基础上的建模方法。该方法仅依赖于通常由行星天文学家进行的观测，因此可以直接与当前的技术进行比较。我们使用的建模方法来处理观测木星，土星的卫星泰坦和比较的结果与标准的大地划分技术，发现建模方法具有明显的优势，即使在被视为理想的大地划分的条件。
2013-12-20 astro-ph.EP
The unbiased frequency of planetary signatures around single and binary white dwarfs using ${\it Spitzer}$ and ${\it Hubble}$
本文给出了对195颗单颗和22颗宽双星白矮星进行的红外过量和大气金属双盲观测的${\it Spitzer}$ IRAC和${\it Hubble}$ COS组合结果。选择的标准包括冷却年龄在9到3亿年之间，以及富氢的大气层，这样大气层中金属的存在就可以被确信地与正在进行的拱星盘吸积联系起来。整个样品具有红外测光，而168个目标具有相应的紫外光谱。三颗因碎片盘而具有红外过量的恒星被恢复，产生了$1.5_{-0.5}^{+1.5}$ %的标称频率，而形成鲜明对比的是，具有大气金属的恒星的比例为$45\pm4$ %。因此，在IRAC测光中，30颗污染的白矮星中只有一颗在3-4 $μ$ m处表现出红外过量。这进一步证实了大气金属污染是白矮星行星系最敏感的示踪物这一事实。利用红外巡天数据和对成熟的尘埃和污染恒星的潜在双星性的独立评估，在有宽双星伴的白矮星周围，红外过量的相应分数与零一致。相比之下，在宽双星中，目标的大气污染频率与明显的单星没有明显的区别，而且在一个完整的和体积有限的样本中，污染的白矮星的多样性与场星相同。因此，看来将微行星物质输送到白矮星上最终不是由恒星伴星驱动的，而是由行星体的动力学驱动的。
2019-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetospheric Structure and Atmospheric Joule Heating of Habitable Planets Orbiting M-dwarf Stars
利用一组磁流体力学（MHD）模型研究了M型矮星在可居住带宜居带内的磁层结构和电离层焦耳加热。恒星风的解决方案是用来驱动一个模型的行星磁层，这是一个模型的行星电离层耦合。我们的模拟显示，近距离可居住行星周围的空间环境是极端的，恒星风等离子体条件沿着行星轨道从亚阿尔夫文到超阿尔夫文变化。结果表明，磁层结构发生了显著的变化，在超阿尔文区形成了弓形激波，而在亚阿尔文区没有弓形激波形成。这些行星大部分时间居住在亚阿尔夫文区，大气保护很差。由于行星与恒星风的相互作用，在大气层顶部提供了大量的焦耳加热。对于稳态解，加热约为总入射恒星辐射的0.1- 3%，而对于含时解，加热增加了50%.这里获得的显著焦耳加热应该在可居住行星的大气层模型中考虑大气层厚度，顶侧温度和密度，大气压力的边界条件，以及粒子辐射和传输。
2014-05-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Close-in sub-Neptunes reveal the past rotation history of their host stars: atmospheric evolution of planets in the HD3167 and K2-32 planetary systems
由高能恒星辐射引起的行星大气逃逸是形成行星大气结构和演化的关键现象。因此，一颗行星大气的现代性质与行星在其一生中所接收的恒星通量的数量密切相关，从而与其宿主恒星的演化路径密切相关。使用最近开发的解析近似基于流体动力学模拟的大气逃逸率，我们跟踪在贝叶斯框架内的恒星通量演化历史的函数的行星的演化，由测得的行星半径的约束，与其他系统参数作为先验。我们发现，这种研究的理想对象是近距离的亚海王星类行星，因为它们受到大气逃逸的高度影响，但仍保留了其原始氢主导的大气层的很大一部分。此外，我们将此分析应用到HD 3167和K2-32行星系。对于HD 3167，我们发现其在1.5亿年时的最可几辐射水平在40 ~ 130倍太阳辐射之间，对应于1.78^{+2.69}_{-1.23}天的自转周期。对于K2-32，我们发现了一个令人惊讶的低辐射水平，范围在1亿5千万年太阳能的一半到四倍之间。最后，我们表明，对于多行星系统，我们的框架使人们能够约束个别行星的知之甚少的属性。
2019-06-28 astro-ph.EP
Space Weather-driven Variations in Ly$α$ Absorption Signatures of Exoplanet Atmospheric Escape: MHD Simulations and the Case of AU Mic b
我们模拟了天文台b周围的空间环境和磁化恒星风与行星大气外流之间的相互作用，环境恒星风条件和日冕物质抛射（CME）条件。我们还计算了由于环境中的中性氢和逃逸的行星大气受这种相互作用的影响，合成的Ly $α$吸收。我们发现Ly的$α$吸收是高度可变的，由于高度变化的恒星风条件。在Ly $α$剖面中观察到强多普勒蓝移分量，这与在模拟本身中观察到的实际逃逸速度相矛盾。这一结果表明，强烈的多普勒蓝移可能归因于恒星风，而不是逃逸的中性大气，要么通过中性行星气体的平流，要么通过恒星风离子和行星中性分子之间的电荷交换产生快速中性流。事实上，我们的CME模拟表明，磁层物质从行星上强烈剥离，包括一些中性逃逸大气。我们的模拟显示，靠近的系外行星周围的压力并不比行星大气顶部的压力低多少，甚至可能更高。因此，中性大气以非常小的速度（$<15~km~s^{-1}$）流体动力地逃逸。此外，我们的模拟表明，磁流体处理是必不可少的，以正确地捕捉耦合磁化恒星风和逃逸的大气，尽管大气是中性的。在解释系外行星大气逃逸背景下的Ly $α$观测时，应考虑这种耦合。
2022-06-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
A systematic study of \ce{CO2} planetary atmospheres and their link to the stellar environment
银河系实际上充满了系外行星;已经发现了数千颗行星，还有数千颗候选行星。类地行星在其他恒星周围很常见，预计将来会大量发现。这些行星是在太阳系外寻找潜在的可居住条件的主要目标。确定系外行星的大气成分对于了解它们的起源和演化是必不可少的，因为大气过程在行星结构的许多方面起着至关重要的作用。在这项工作中，我们构建和开发一个一维辐射转移模型的基础上的离散坐标方法在平面平行几何。辐射结果与对流通量有关，对流通量在任何高度重新分配能量，产生辐射-对流平衡的大气剖面。该模型已被应用到大量（6250）的紧密干燥的合成\ce{CO2}的气氛，并由此产生的压力和热分布已被解释的参数变化。虽然不如3D大气环流模型准确，但不能正确解释，例如，云和大气和海洋动力学，一维描述是计算成本低，并保留了重要的价值，允许多维参数扫描相对容易。
2020-06-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Impact of planetary mass uncertainties on exoplanet atmospheric retrievals
在目前用于解释系外行星大气观测的模型中，行星质量被视为先验，并通过外部方法（如RV或TTV技术）独立估计。这种方法是必要的，因为现有的光谱数据没有足够的波长覆盖范围和/或SNR来推断行星质量。在这里，我们研究质量的不确定性对光谱反演分析的大气情景主机的影响。我们的方法是分析和数值：我们首先使用简单的近似提取分析的影响，每个参数的波长依赖的过境深度。然后，我们采用一个完全贝叶斯反演模型来量化传播的质量不确定性到其他大气参数。我们发现，对于晴朗的天空，气态大气的后验分布是相同的质量是已知的或检索。在波长覆盖范围和信噪比足够的条件下，反演质量的精度可达10%以上。当不透明云包括在模拟中时，反演质量的不确定性增加，特别是对于高海拔云。然而，大气参数，如温度和微量气体丰度不受质量知识的影响。由于大气主要成分的自由度更高，二次大气更具挑战性，这是未知的。对于宽的波长范围和足够的SNR，质量仍然可以准确和精确地检索，如果云不存在，所以是所有其他的大气/行星参数。当云被添加，我们发现，质量的不确定性可能会影响实质上的平均分子量的检索：一个独立的质量表征，因此将有助于捕获/确认的主要大气成分。
2020-10-09 astro-ph.EP
Coupling thermal evolution of planets and hydrodynamic atmospheric escape in MESA
亚海王星类行星以氢为主的大气层的长期演化主要受两个因素控制：形成时获得的引力能的缓慢耗散（称为热演化）和大气质量损失。在这里，我们使用MESA自洽耦合低层大气的热演化模型与一个现实的流体动力学大气蒸发处方。为了概述这种耦合的主要特征，我们模拟了一系列的核心质量（5 - 20 Mearth）和初始大气质量分数（0.5 - 30%）的行星，在0.1天文单位的轨道上绕着一颗类似太阳的恒星运行。除了我们计算的进化轨迹，我们还研究了行星大气的稳定性，表明轻行星的大气可以在1 Gyr内完全去除，紧凑的大气有更好的存活率。从我们的结果和上一代模型的输出之间的详细比较，我们表明，热演化和大气蒸发之间的耦合显着影响低质量行星的大气的热状态，因此，改变大气质量分数和行星参数之间的关系。因此，我们的结论是，自洽考虑的热演化和大气蒸发是至关重要的演化建模和更好地表征行星大气。从模拟结果中，我们得到了不同年龄的行星半径与大气质量分数之间的解析表达式。特别是，我们发现，对于给定的观测行星半径，预测的大气质量分数随年龄的变化^[0.11]。
2020-09-10 astro-ph.EP
Cloud Atlas: Rotational Spectral Modulations and potential Sulfide Clouds in the Planetary-mass, Late T-type Companion Ross 458C
不同波长的光度变化测量提供了对棕矮星和行星质量天体垂直云结构的深入了解。在7个哈勃空间望远镜连续轨道上，跨越$\sim$ 10小时的观测时间}，我们获得了时间分辨光谱的行星质量T8矮罗斯458 C使用近红外广角相机3。我们发现分光光度变化性，峰-峰信号为2.62 $\pm$ 0.02%（在1.10-1.60~ $μ$ m白光曲线中）。使用三种不同的方法，我们估计的旋转周期为6.75 $\pm$ 1.58小时的白光曲线，和类似的周期窄$J$和$H$ -波段的光变曲线。正弦波拟合窄的$J$ -和$H$ -波段光变曲线表明，当我们允许两个光变曲线之间有不同的周期时，光变曲线与波长之间有一个试探性的相移。如果确认，则该相移可以类似于先前针对T6.5频谱类型2 MASS J22282889-310262检测到的相移。我们发现，与2 M2228相比，Ross~ 458 C的变异性在窄的$J$ -带内显示{颜色趋势}，但在窄的$H$ -带内显示灰色变化。Ross 458 C的光谱时间分辨变化可能是由于该物体大气中的异质硫化物云造成的。我们的发现将对凝结云光谱调制的研究扩展到了最冷的T矮星，行星质量的同伴。
2019-03-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Self similar Shocks in Atmospheric Mass Loss due to Planetary Collisions
我们提出了一个数学模型，在行星碰撞过程中发生的冲击波的传播。这种碰撞被认为发生在类地行星形成的过程中，它们有可能侵蚀行星的大气层。我们表明，在一定的假设下，这种冲击波的演变可以确定使用自相似的解决方案的方法。这种自相似解是II型的，这意味着它只适用于激波阵面后面的有限区域。该区域由激波阵面和音速点限定。能量和物质不断流过音速点，因此自相似区域中的能量不守恒，就像I型解的情况一样。相反，激波的演化由激波阵面和音速点处的边界条件决定。我们展示了如何可以确定不同的状态方程的演变，使这些结果可以很容易地用于计算从行星的不同材料制成的核心的大气质量损失。
2019-11-15 astro-ph.EP
Unified simulations of planetary formation and atmospheric evolution II: Rapid disk clearing by photoevaporation yields low-mass super-Earth atmospheres
超级地球拥有低质量的H $_2$ /He大气（通常小于10%质量）。然而，超级地球大气层的起源尚未确定。我们研究了在超级地球及其大气形成过程中，光蒸发快速清除盘的作用。我们进行统一的模拟超级地球的形成和大气演变的不断发展的磁盘，考虑光蒸发风和磁驱动的磁盘风。对于行星核的生长模式，我们考虑了两种情况下，行星胚胎生长的卵石吸积和没有。我们的主要发现总结如下。(i)大气吸积的时间跨度缩短了快速磁盘耗散由于光蒸发，这阻止了超级地球的核心吸积大量的大气。(ii)即使在没有卵石吸积的情况下，行星核通过胚胎吸积快速增长，失控气体吸积的开始也会延迟，因为胚胎吸积的隔离质量很小。与快速的磁盘清理一起，可以避免大质量大气的吸积。(iii)在快速的磁盘清理之后，一些高偏心率的胚胎可以留在外轨道上。此后，这些胚胎可能会与超级地球相撞，导致吸积大气的有效撞击侵蚀。因此，我们发现具有低质量H $_2$ /He大气的超级地球是由考虑现实磁盘演化的N体模拟自然产生的。
2020-07-27 astro-ph.EP
Atmospheric mass loss by stellar wind from planets around main sequence M stars
我们提出了一个分析模型的行星大气和恒星风之间的相互作用，从主序星M星，获得一个快速的测试模型，估计由于这种相互作用的总大气质量损失的时间尺度的目的。位于M矮星适居带的行星可能被潮汐锁定，并且可能有弱磁场，因此我们考虑没有磁场的行星的极端情况。该模型给出了行星大气质量损失率作为恒星风和行星属性（质量，大气压力和轨道距离）和卷吸效率系数$α$的函数。我们使用一个混合层模型来探讨两种不同的情况：一个与时间无关的恒星质量损失和恒星质量损失率随时间的推移而减少。对于这两种情况，我们认为行星质量范围内的$1\to10$ M $_{\oplus}$和大气压力值为1，5和10大气压。对于与时间相关的情况，在M矮星的可居住带中没有磁场的行星，其初始恒星质量损失为$\leq \dot{M}_{w} < 10^{-11}$ M $_{\odot}$ yr $^{-1}$，可以保留它们的大气层至少1 Gyr。这种情况可能适用于早期的光谱型M矮星（早于M5）。研究表明，晚型M矮星（晚于M5）可能会在很长一段时间内活跃（$\geq 4$ Gyr），因此，我们的恒星质量损失率恒定的模型可能更准确。对于这些恒星，大多数行星可能在1 Gyr或更短的时间内失去了它们的大气层，因为大多数晚期M型矮星预计是活跃的。我们强调，我们的模型只考虑没有磁场的行星。显然，如果我们考虑磁场的存在，我们必须期待更高的抗大气侵蚀能力。
2010-05-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Role of Planetary Radius on Atmospheric Escape of Rocky Exoplanets
本文通过三维磁流体动力学模拟发现，无磁岩质系外行星的大气离子逃逸率随行星半径呈非单调变化，并在约0.7倍地球半径处达到峰值，该结果可为未来系外行星大气观测提供指导。
2024-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Atmospheric mass loss and stellar wind effects in young and old systems I: comparative 3D study of TOI-942 and TOI-421 systems
在年轻的时候，当来自主恒星的辐射很高，行星在形成后很热并且膨胀时，行星大气层的质量损失与较老的行星相比可能非常强烈。反过来，年轻恒星的恒星风比演化的主序星更快、更密集。它们与逃逸的行星大气的相互作用可以极大地影响大气质量损失率，以及逃逸大气的可观测特征，这两种影响预计会在年轻和演化的行星上发生不同的变化。我们对两个质量相似但年龄相差很大的恒星（5000万年和900万年）周围的系统进行了比较研究：TOI-942和TOI-421。这两颗恒星都拥有两颗类似海王星的行星，它们的轨道和质量范围相似，这使得可以直接比较年轻和年老系统中的大气逃逸和与恒星风的相互作用。我们在TOI-942和TOI-421系统中对这四颗行星进行了三维大气建模，并对Ly-alpha吸收中可能的观测特征进行了理论预测。我们发现，占恒星风与行星大气的相互作用是至关重要的解释观测年轻的行星。此外，我们表明，沿XUV光谱的特定能量分布对大气质量损失率的影响很小，但它是至关重要的建模的Ly-alpha吸收，因此解释观测。
2021-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Lyman-alpha in the GJ 1132 System: Stellar Emission and Planetary Atmospheric Evolution
GJ 1132 b围绕着一颗M矮星运行，是为数不多的已知的地球大小的行星之一，距离12 pc，是已知的最近的凌日行星之一。接受大约19倍于地球的日照，这颗行星太热而不适合居住，但可以告诉我们冷恒星周围岩石行星大气的挥发性成分。利用哈勃STIS光谱，我们寻找中性氢的莱曼α线（Ly-alpha）的过境。如果我们观察到一个深的Ly-alpha吸收特征，这将表明存在一个中性氢包层从GJ 1132 b流出。另一方面，排除中性氢的深度吸收可能表明这颗行星没有可检测到的氢损失量，没有失去氢，或者在恒星生命早期失去氢和其他挥发物。我们没有检测到凌日，并在Ly-alpha线的红翼中确定有效包络半径为0.36 R* 的2-sigma上限，这是我们在ISM吸收后检测到的光谱的唯一部分。我们分析的Ly-alpha光谱和恒星的变化GJ 1132，这是一个缓慢旋转的0.18太阳质量M的矮星，以前未知的紫外线活动。我们的数据显示，恒星的变化率为5- 22%，这与\citet{Loyd2014}发现的M矮紫外线变化率高达41%是一致的。了解紫外线变化在行星大气中的作用对于评估大气演化和较冷岩石系外行星的可居住性至关重要。
2019-06-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
The atmospheric circulation and climate of terrestrial planets orbiting Sun-like and M-dwarf stars over a broad range of planetary parameters
最近发现的温带类地行星绕附近的恒星和承诺的特点，其大气激发了需要了解的多样性可能的行星参数如何影响气候的类地行星。在这项工作中，我们调查的大气环流和气候的类太阳和M-矮星的类地系外行星的轨道上广泛的可能的行星参数，包括行星自转周期，表面压力，入射恒星通量，表面重力，行星半径和云粒子大小。我们这样做使用的大气环流模式（GCM），其中包括非灰色辐射转移和云的影响。从这套模拟的结果一般表现出定性相似的依赖关系的环流和气候的行星参数作为理想化的GCM，与定量的差异，由于包括额外的模型物理。值得注意的是，我们发现有效云粒子大小是一个关键的未知参数，可以极大地影响类地系外行星的气候。我们证实了低和高白昼侧云覆盖率的同步旋转的类地行星旋转周期增加之间的过渡。我们确定，这种云的过渡是由于涡驱动的收敛附近的亚恒星点，不应该是参数化依赖。最后，我们计算全相位光变曲线从我们的模拟行星绕M-矮星，发现改变入射恒星通量和旋转周期影响可观察到的属性的类地系外行星。我们的GCM结果可以指导对未来太空望远镜观测到的广泛可能的类地系外行星的行星气候的预期。
2019-02-08 astro-ph.EP
Planetary atmospheric escape and disk formation around WDJ0914+1914
Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (CONICET-UNC)（理论与实验天体物理研究所）；Instituto de Astrofísica de La Plata, CCT La Plata-CONICET-UNLP（拉普拉塔天体物理研究所）；Departamento de Física, Universidad Técnica Federico Santa María（圣马利亚技术大学物理系）；Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学核科学研究所）；Department of Physics, University of Warwick（华威大学物理系）
本研究通过三维辐射流体动力学模拟与一维粘滞盘模型，证实轨道半径15个太阳半径的富气行星光蒸发形成的原行星盘，可匹配WDJ0914+1914的观测特征，支持蒸发行星场景并约束原行星盘结构。
2026-08-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Overcoming the limitations of the energy-limited approximation for planet atmospheric escape
行星大气组成、变率和演化的研究需要适当的理论和数值工具来估计关键的大气参数，其中质量损失率往往是最重要的。在进化研究中，通常使用能量限制公式，该公式因其简单而具有吸引力，但忽略了重要的物理效应，并且在许多情况下可能不准确。为了克服这个问题，我们考虑了最近开发的网格约7000一维高层大气流体动力学模型计算了广泛的行星与氢为主的大气，我们从中提取的质量损失率。网格边界是行星质量的[1：39] MEARTH，行星半径的[1：10] REARTH，平衡温度的[300：2000] K，主星质量的[0.4：1.3] MSUN，轨道间隔的[0.002：1.3] au，恒星X射线和极紫外光光度的[10^{26}：5*10^{30}] erg/s。然后，我们推导出一个解析表达式的基础上拟合从网格中获得的值的大气质量损失率。该表达式提供了质量损失率作为行星质量、行星半径、轨道间距和入射恒星高能通量的函数。我们表明，这个表达式是一个显着的改进，能量有限的近似范围广泛的行星。这里提出的解析表达式可以在不增加计算时间的情况下显着更准确的行星演化计算。
2018-10-16 astro-ph.EP
Analysis of the planetary mass uncertainties on the accuracy of atmospherical retrieval
描述系外行星大气的特性依赖于几个相互关联的参数，这使得很难独立地确定它们。行星质量在决定大气层的尺度高度方面起着类似于气体平均分子量的作用。我们调查的行星质量知识的光谱检索的相关性，确定的情况下，需要质量测量的清晰或多云和主要或次要的大气，以及相关的精度，在欧空局M4阿里尔任务的背景下。我们使用TauREx模拟Ariel任务参考样本的代表性目标的Ariel透射光谱，假设不同的场景：热木星和热海王星的原始多云大气，以及超级地球的次级大气也表现出云的存在。我们提取的信息的各种性质的大气的情况下，未知的质量或质量具有不同的不确定性。我们还测试了信噪比如何影响不同波长范围的大气反演。我们准确地检索原始大气成分独立于质量的不确定性清晰的大气，而我们发现，高海拔云的不确定性增加。我们强调的重要性，信噪比的瑞利散射区域的频谱。对于二次大气的情况下，质量不确定性不大于50%是足够的检索大气参数，即使在云的存在。我们的分析表明，即使在最坏的情况下，50%的质量精度水平也足以产生可靠的检索，而在没有任何行星质量知识的情况下进行大气检索可能会导致多云的主要大气层以及次级大气层的偏差。
2022-12-02 astro-ph.EP
The Space Environment and Atmospheric Joule Heating of the Habitable Zone Exoplanet TOI700-d
本文利用一套恒星日冕和恒星风、行星磁层和行星电离层的数值模型，研究了地球大小的行星TOI~700~d附近的空间环境条件。我们使用缩小的恒星输入和放大的太阳输入来驱动我们的模拟，以获得两个独立的解决方案。我们发现，对于我们研究中使用的特定参数，行星附近的恒星风条件不是很极端--就恒星风冲压压力和行星际磁场强度而言，略强于地球附近。因此，假设行星与地球相似，TOI 700-d附近的空间环境对行星大气可能不会造成极大的危害。然而，我们强调，恒星输入参数和实际的行星参数是不受约束的，不同的参数可能会导致更大的影响TOI 700-d的大气。最后，我们将我们的结果与太阳系中的太阳风测量结果进行了比较，并强调适度的恒星风条件可能无法保证系外行星的大气滞留。
2020-05-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
The Kepler-11 system: evolution of the stellar high-energy emission and {initial planetary} atmospheric mass fractions
近距离行星的大气层受到主恒星高能（X射线和极紫外线，EUV）照射造成的质量损失的强烈影响，特别是在演化的早期阶段。我们最近开发了一个框架来利用这种联系，并使我们能够从其行星的现今性质中恢复恒星高能发射的过去演变，如果后者保留了一些原始氢主导的大气层的残余。此外，该框架还可以提供行星初始大气质量分数的约束。当可以同时分析更多行星时，对输出参数的约束得到改善。这使得开普勒-11系统成为理想的目标，该系统拥有6颗体积密度在0.66和2.45 g cm^{-3}之间的行星。我们的研究结果表明，这颗恒星很可能演化为一个缓慢的旋转体（比85%质量相似的恒星慢），相当于1.5亿年的高能辐射，是目前太阳的1-10倍。我们还限制了行星的初始大气质量分数，得到行星c的下限为4.1%，行星d的范围为3.7-5.3%，行星e的范围为11.1-14%，行星f的范围为1-15.6%，行星g的范围为4.7-8.7%，假设圆盘分散时间为100万年。对于行星b来说，范围仍然没有受到很好的限制。我们的框架还表明行星b，c和f的质量略高于基于凌日时间变化测量的建议。我们把我们的研究结果与已发表的行星大气吸积模型，以获得温度（在0.25 AU，行星f的位置）和550 K和1百万年的原行星盘的分散时间，虽然这些结果可能会受到所采用的系统参数不一致的影响。
2019-10-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets
内容：长期的碳酸盐-硅酸盐循环在地球气候演化中起着重要作用，因此，也可能是类地系外行星气候演化的重要机制。目的：我们研究了辐射成因地幔加热、地核大小和行星质量对大气$CO_2$分压演化的影响，以及板块构造驱动的长期碳循环控制大气$CO_2$分压的能力。方法：我们开发了一个箱模型，将碳循环与参数化的地幔对流联系起来。碳循环耦合到热演化通过板块速度，这取决于全球瑞利数。结果：我们发现大气$CO_2$压力随时间降低，最高可达10 Gyr以上的数量级。放射性同位素的丰度越高，导致$CO_2$压力越高。我们发现一个减小的瑞利数和板块速度朝向行星与较大的核心质量分数$f_c$，这导致较低的大气$CO_2$压力。由于内部温度较高，质量较大的行星可能有利于形成更多的$CO_2$丰富的大气层。结论：板块构造对地幔冷却的依赖性对大气$CO_2$压力的长期演化有重要影响。碳循环介导的板块构造是有效地调节行星气候的地幔放射性同位素丰度，行星质量和核心大小的广泛范围。在钍或铀地幔丰度高的行星上更有效的碳循环突出了绘制这些元素在潜在宜居系外行星的宿主恒星中的丰度的重要性。核心质量分数（$f_c\gtrsim 0.8$）较大的行星上碳循环效率低下，这强调了对地球大小的系外行星进行精确质量半径测量的重要性。
2021-03-17 astro-ph.EP
Dynamical evolution of two-planet systems and its connection with white dwarf atmospheric pollution
小行星物质在白矮星（WD）中被探测到是由于金属造成的大气污染，以气体/尘埃盘的形式，或在测光凌日中。在目前的范式中，次要天体需要被分散，最有可能是被行星分散到高度偏心的轨道上，在那里物质被潮汐力破坏，然后吸积到恒星上。这可以通过行星-行星散射过程发生，该过程由行星系后主序星演化期间的恒星质量损失触发。到目前为止，对这一过程的$N$ -天体动力学的研究已经使用了专门建造的人造行星系架构。在这项工作中，我们试图更进一步，研究更多的限制性系统提供的动力学不稳定性，在同一时间，让我们探索更广泛的参数空间：数百个多行星系周围发现的主序星（MS）。我们发现，我们的模拟系统中的大多数保持稳定的MS，红和渐近巨星分支和几个陀螺到WD阶段的宿主星。总体而言，只有$\approx$ 2.3 $\%$的模拟系统失去了一个行星的WD作为动力学不稳定的结果。如果不稳定性发生在WD阶段，大多数会导致行星喷射，只有5个行星配置以行星与WD碰撞结束。最后，3.2个模拟系统中的$\%$经历了某种形式的轨道散射或轨道交叉，如果同一系统中存在微行星，这些散射或轨道交叉可能会以持续的速度造成污染。
2020-07-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Comparative Study of Planetary Atmospheres and Implications for Atmospheric Entry Missions
本文比较了太阳系各行星大气特性，分析了其对大气进入与气动捕获任务减速和加热的影响，为未来探测任务的工程设计与目标选择提供了参考。
2023-07-30 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.app-ph
Impact of Stellar Superflares on Planetary Habitability
除了常规因素外，来自行星宿主恒星的系外行星空间天气事件所产生的高能辐射在促进或破坏可居住性的条件中也可发挥关键作用。本文首次提出了恒星耀斑对可居住性因子影响的定量评价体系，重点研究了恒星质子事件对可居住性因子的影响。我们从恒星的星斑大小推导出最大耀斑能量，并研究了耀斑相关电离辐射对一些具有良好特征的类地系外行星的CO $_2$，H $_2$，N $_2$ +O $_2$ -富大气的影响。我们基于粒子和重离子传输代码系统[PHITS]的模拟表明，在每个系外行星的地面大气压力（1巴）的情况下，每个行星的估计地面剂量不会超过复杂（多细胞）生命持续存在的临界剂量，即使是Proxima Centauri b，Ross-128 b和TRAPPIST-1 e的行星表面。然而，当我们考虑到这些主星可能产生的最大耀斑的影响时，在TRAPPIST-1 e和Ross-128 b的地球最低大气层深度，估计剂量达到致命水平。来自活跃恒星的大量日冕XUV辐射导致近距离系外行星的大气逃逸率很高，这表明大气层深度可能比地球上的要小得多。在大气层厚度为地球1/10的情况下，包括Proxima Centauri b和TRAPPIST-1 e在内的近距离行星的辐射剂量达到接近致命的剂量水平，其主恒星每年发生耀斑的频率。
2019-06-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Characterization of potentially habitable planets: Retrieval of atmospheric and planetary properties from emission spectra
越来越多的可能适合居住的类地行星和行星候选者被正在进行的行星搜索计划发现。寻找大气特征以确定行星的可居住性和生命的存在在未来可能是可能的。我们要量化的准确性检索大气参数，这可能是从红外发射光谱。我们使用的合成观测假设的可居住的行星，构造了一个参数化的大气模型，高分辨率的辐射转移模型和简化的噪声模型。经典的统计工具，如卡方统计和最小二乘拟合被用来分析模拟观察。当采用目前计划或提议的系外行星表征任务的设计时，我们发现发射光谱可以提供对类地行星表面条件的弱限制，从而提供它们潜在的可居住性。然而，这些飞行任务的设计不太可能允许描述一个可居住行星的大气层的组成，即使检测到二氧化碳。与目前的飞行任务设计相比，将信噪比提高约2-5倍（取决于光谱分辨率）后，可将CO2含量的特征确定为两个数量级以内。O3生物特征的检测仍然是边缘性的。大气温度结构不能被约束。因此，如果在二次日食或目标访问期间仅使用发射光谱学，则对大气层进行全面定性似乎超出了这类飞行任务的能力。可能还需要其他方法，如透射光谱学或轨道光度学，以提供额外的约束和打破简并。（节略）
2013-01-02 astro-ph.EP
Constraints on the mass and atmospheric composition and evolution of the low-density young planet DS Tuc A b
我们在ESO-3.6m处用HARPS对4000万年前的恒星DS Tuc A进行了径向速度（RV）监测，以确定其8.14天行星的行星质量，这是TESS首次揭示的。我们还在ESO-VLT上用HARPS和ESTERO观测了两次行星凌日，以测量Rossiter-McLaughlin（RM）效应和观测行星大气。我们用XMM观测测量了宿主的高能发射，以研究大气蒸发模型。我们采用高斯过程（GP）回归来模拟高水平的恒星活动，这比预期的RV行星信号大40倍以上。我们提取的透射光谱DS Tuc A b从ESTERO数据和搜索大气元素/分子通过单线检索和执行互相关与一组理论模板。通过一组模拟，我们评估了不同的情况下，大气光蒸发的行星引起的强XUV恒星辐射。虽然恒星活动阻止了我们从RV获得行星信号的清晰检测，但我们为DS Tuc A b设定了一个稳健的质量上限14.4 M_e。我们还确认，行星系几乎（但不是完全）对齐。与文献中提出的其他研究一致，恒星活动的强烈程度阻碍了对任何大气化合物的探测。从我们的网格模型中，DS Tuc A b的预期演化表明，在光蒸发阶段之后，行星半径将落在富尔顿间隙内。已知的年轻凌日行星的可用参数与其成熟对应物的分布的比较证实，前者的特点是密度低，DS Tuc A b是密度较低的行星之一。
2021-05-03 astro-ph.EP
Atmospheric Retrieval of L Dwarfs: Benchmarking Results and Characterizing the Young Planetary Mass Companion HD 106906 b in the Near-Infrared
本文利用APOLLO反演代码对年轻行星质量伴星HD 106906 b的近红外光谱进行大气反演，得到C/O=0.53^{+0.15}_{-0.25}，支持其类恒星形成路径，并为JWST时代的多代码比较反演奠定基础。
2023-09-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hard X-ray Emission in AU Mic Flares: A Minor Contributor to Planetary Atmospheric Escape
本研究针对硬X射线在系外行星大气逃逸中的贡献问题，通过多望远镜准同步观测AU Mic的耀斑活动，结合经验关系计算总高能通量，发现硬X射线仅占辐射能量的很小比例，耀斑能量以热成分为主。
2025-10-28 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Planetary population synthesis coupled with atmospheric escape: a statistical view of evaporation
我们应用流体动力学蒸发模型，以不同的合成行星的人口是从一个行星形成代码的核心吸积范例的基础上获得的。我们研究了使用几种蒸发模型，这是由逃逸流（X射线或EUV）的驱动力，在能量有限的蒸发制度，或两者兼而有之的加热效率区分的行星人口的演变。虽然行星人口的质量分布几乎不受蒸发的影响，但半径分布清楚地显示出在大约2 $R_{\oplus}$处的突变。我们发现蒸发会导致行星尺寸的双峰分布（Owen & Wu 2013），并导致轨道距离-行星半径平面中对角向下延伸的“蒸发谷”，将裸露的核心与保留了一些原始H的低质量行星分开/He。此外，这种双峰分布与行星种群的初始特征有关，因为低质量行星核只能吸积小的原始H/He包层，并且它们的包层质量与它们的核质量成正比。我们还发现，人口范围内的蒸发效应是不敏感的能量有限描述的加热效率。然而，在两种极端情况下，即没有蒸发或在蒸发模型中具有100\%的加热效率，最终的尺寸分布显示出显著的差异;这两种情况可以从$Kepler$候选物的尺寸分布中排除。
2014-09-09 astro-ph.EP
Influence of Planetary Rotation on Supersonic Flow of Lava Planets: A Two-Dimensional Horizontal Model Analysis
本研究针对熔岩行星大气流动研究忽略自转影响的问题，构建二维框架，基于一维轴对称解通过1/Ro展开推导非对称流动控制方程，首次探究自转对其超声速大气流动的影响，为相关观测与地质研究提供支撑。
2025-05-16 astro-ph.EP
Formation of Planetary Populations III: Core Composition & Atmospheric Evaporation
系外行星质量半径图显示，超级地球在给定质量下显示出广泛的半径，因此平均密度。使用行星人口合成模型，我们探索了形成这种分布的关键物理因素：行星的固体核心成分和大气结构。对于前者，我们使用平衡盘化学模型来跟踪整个形成过程中行星核心上的吸积矿物。对于后者，我们跟踪气体吸积在形成过程中，并考虑光蒸发驱动的大气质量损失，以确定什么部分的吸积气体逃逸后的磁盘阶段。我们发现，海王星和亚土星在小轨道半径（$\lesssim$ 0.1 AU）的大气剥离在短周期超级地球的形成中起着关键作用。岩心成分受其形成的圈闭的强烈影响。我们还发现，在小轨道半径$\lesssim$ 0.5 AU的类地行星组成和在大轨道$\sim$ 1 AU的富冰行星（质量高达50%）之间存在分离。这与从小轨道周期的低质量行星半径谷的观测位置推断出的类地平均密度很好地对应。我们的模型产生的行星半径与质量为$\sim$ 1- 3 M $_\oplus$的观测结果相当。在更大的质量，行星的吸积气体显着增加其半径大于大多数观测数据。虽然光蒸发影响小轨道半径$\lesssim$ 0.1 AU的行星，减少了这些行星半径的子集，并改善了我们的比较，但我们计算的种群中的大多数行星不受影响，因为它们在较大的分离处形成时FUV通量较低。
2020-07-13 astro-ph.EP
archNEMESIS: an open-source Python package for analysis of planetary atmospheric spectra
本文介绍开源 Python 软件包 archNEMESIS，它将 NEMESIS 的行星大气辐射传输与光谱反演能力迁移至 Python，兼顾计算效率、易用性和可移植性。
2025-01-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Neutron Star Planets: Atmospheric processes and habitability
在已知的大约3000颗中子星中，只有少数有亚恒星伴星。其中最著名的是毫秒脉冲星B1257+12周围的低质量行星。新的证据表明，观测偏差仍然可能掩盖大多数中子星周围各种各样的行星系。我们考虑了中子星行星的环境和物理过程，特别是X射线辐射和相对论脉冲星风对行星大气的影响。我们讨论了行星大气层的生存时间和行星表面的条件下，不同类型的中子星，并定义了一个中子星的宜居带。根据迄今为止脉冲星风的约束不足，B1257+12周围的两个超级地球都可能位于其宜居带内。
2017-05-22 astro-ph.EP
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
Understanding planetary context to enable life detection on exoplanets and test the Copernican principle
在系外行星上寻找生命的动机是生命可以改变其行星环境的普遍方式。大气中的气体，如氧气和甲烷是有希望的候选人，这种环境改造由于其生产将赋予进化的好处。然而，确认这些气体是由生命产生的，而不是由地球化学或天体物理过程产生的，将需要彻底了解行星的背景，包括预期的无生命行星的反事实大气演变。在这里，我们评估了目前对几个候选生物特征及其即将到来的可观测性的行星背景的理解。我们审查的背景框架，氧和描述如何固定的非生物氧的情况下可能是可测试的。与氧气相反，目前对行星环境如何控制非生物甲烷（CH $_4$）产生的理解是有限的，即使缺氧大气中的CH $_4$生物特征可以很容易地用詹姆斯韦伯太空望远镜检测到。我们评估了CH $_4$生物特征的环境背景，并得出结论，丰富的大气CH $_4$与CO $_4$共存，CO：CH $_4$ << 1是生物生产的暗示，虽然精确的阈值取决于恒星的背景和稀疏的非生物CH $_4$的特点。行星背景框架也被认为是替代或不可知生物签名。无论生命在宇宙中的分布如何，未来几十年对类地系外行星的观测将为无生命世界的大气演化提供定量的了解。这一知识将为未来的仪器要求提供信息，以证实其他地方存在生命或确认其明显不存在。
2022-03-01 astro-ph.EP
Dependence of the Martian radiation environment on atmospheric depth: Modeling and measurement
火星表面的高能粒子环境受到太阳和日光层调制以及当地大气压力（或柱深度）变化的影响。火星科学实验室探测器Currency上的辐射评估探测器（RAD）在火星表面已经测量了四个地球年（大约两个火星年）的影响。Rafkin等人（2014）研究了记录的表面银河宇宙射线诱导剂量率与压力变化之间的关系，Guo等人（2015）也对长期太阳调制进行了经验分析和建模。本文采用最新更新的HZETRN2015程序模拟了火星大气屏蔽对累积剂量率的影响，以及在不同太阳调制和大气条件下这种影响的变化。模拟结果与RAD仪器在火星表面的最新观测（2012年8月14日至2016年6月29日）进行了比较。这两个模型和测量结果吻合得相当好，并显示在弱太阳调制条件下的大气屏蔽效应和太阳调制变得更强，这种效果的下降。这一结果对于更好地估计未来人类在不同日光层和火星大气条件下对火星进行探索的风险具有重要意义。
2017-12-19 astro-ph.EP
Carbon Monoxide Affecting Planetary Atmospheric Chemistry
CO是许多N2/CH 4大气中的重要成分，包括土卫六，海卫一和冥王星，并且在许多系外行星的大气中也被检测到。在实验室中已经进行了许多实验模拟，以了解N2/CH 4气氛中的化学，但很少有模拟包括CO在初始气体混合物中。CO对这些大气中发生的化学反应的影响仍然知之甚少。在一系列行星大气模拟实验中，我们研究了CO对低温（~100 K）下气相和固相化学的影响，实验中使用了CO、CH 4和N2的混合气体，CO的混合比例为0.05%~ 5%。我们发现，CO影响的气相化学，密度，和固体的组成。具体地说，随着初始气体中CO的增加，气相中产生的H2减少，而H2O、HCN、C2 H5 N/HCNO和CO2增加，而固体的密度、氧含量和不饱和度增加。结果表明，CO对我们的实验中发生的化学反应有重要影响，因此在行星大气中也有重要影响。
2017-05-23 astro-ph.EP
Long-Term Evolution of Close-in Sub-Neptunes and Outer Planetary Embryos: Atmospheric Mass Loss and Origin of Planets Inside and Outside the Radius Gap
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）
本研究通过碰撞诱导的大气质量损失解释了行星半径间隙的形成及近邻海王星类行星的稀有性。
2026-02-10 astro-ph.EP
Atmospheric thermal tides and planetary spin I. The complex interplay between stratification and rotation
热大气潮汐可以扭转地球行星远离自旋轨道同步旋转，如在金星的情况下观察到的。因此，他们参与确定这些行星的可能气候和大气层的一般环流。在这项工作中，我们写的热潮汐的动力学方程在一个旋转的行星大气的局部垂直分层的部分，考虑到完整的科里奥利加速度对潮汐波的影响。这使我们能够推导出解析的潮汐扭矩和潮汐耗散的能量，我们用它来讨论可能的制度的潮汐耗散和检查分层所发挥的关键作用。与早期的研究一致，我们发现，在同步附近的热大气潮汐力矩的频率依赖性可以近似的麦克斯韦模型。这种行为对应于弱稳定分层或对流流体层，如ADLM 2016 a中所观察到的。强稳定层结允许重力波传播，这使得潮汐扭矩变得可以忽略不计。这两种制度之间的过渡是连续的。传统的近似似乎是有效的，在薄的大气层和政权的旋转频率是由强迫或浮力频率占主导地位。根据大气对流的稳定性，观测到的系外行星可以被潮汐驱动到同步或异步的最终旋转速率。传统近似的适用范围受到计算的严格限制。
2017-09-28 astro-ph.EP
Frequency Modulation of Directly Imaged Exoplanets: Geometric Effect as a Probe of Planetary Obliquity
我们考虑了直接成像的系外行星的散射光曲线的时频分析。结果表明，由于行星的几何效应和轨道倾角引起的视周日周期的频率调制。我们构建了一个模型的频率调制，并将其与从模拟的无云地球光变曲线的伪维格纳分布中提取的瞬时频率进行比较。该模型提供了良好的协议与模拟的调制因子，即使是高斯噪声的光曲线与信号。值得注意的是，瞬时频率的形状对顺时针旋转、逆时针旋转和极上旋转之间的差异很敏感。虽然我们的技术需要的是静态的地图，但它不需要解决行星的地图。时频分析是对利用幅度调制的其他方法的补充。本文论证了在未来的研究中，直接成像的系外行星的表征的光度变化的频域的重要性。
2020-04-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
A New Model Suite to Determine the Influence of Cosmic Rays on (Exo)planetary Atmospheric Biosignatures -- Validation based on Modern Earth
探测太阳系外生命迹象的第一次机会可能在未来十年内已经提供，即将进行的飞行任务包括詹姆斯·韦伯空间望远镜、欧洲超大望远镜和（或）大气遥感红外系外行星大型巡天飞行任务，这些飞行任务将在冷K星和M星的宜居带中寻找行星上的大气生物特征。然而，它们恶劣的恒星辐射和粒子环境可能导致大气生物特征的光化学损失。我们的目标是研究宇宙射线对行星外大气生物特征和辐射环境的影响，同时考虑高能粒子沉淀、气候、大气电离、中性和离子化学以及二次粒子生成之间的反馈。我们描述了新组合的国家的最先进的建模工具来研究辐射和粒子环境对大气粒子相互作用的影响，对大气化学的影响，以及气候化学耦合在一个自洽的模型套件。为此，大气辐射相互作用模拟器（AtRIS），系外行星地球离子化学模型（ExoTIC）和更新的耦合气候化学模型等模型被结合起来。除其他外，我们模型的大气响应在太阳静止期，并在一个强大的太阳高能粒子事件，以及依赖于太阳的陆地过境光谱，所看到的近红外光谱仪机载JWST。我们发现，相对较弱的太阳事件大大增加了HNO $_3$的光谱信号，而显着抑制臭氧的光谱特征。由于此类事件后的缓慢恢复，后者表明臭氧可能不是一个很好的生物标志物，为行星轨道恒星与高耀斑率。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Atmospheric mass loss and stellar wind effects in young and old systems II: Is TOI-942 the past of TOI-421 system?
两个行星系TOI-942和TOI-421除了年龄（5千万年和9亿年）外，还有许多相似的特征。每颗恒星都拥有两颗类似海王星的行星，它们的轨道和质量范围相似。在本文中，我们的目的是调查是否可以采取的相似性的主机恒星和行星系的配置作为证据，这两个系统的形成和演化以类似的方式。在本系列的第一篇论文中，我们对这两个系统进行了比较研究，使用大气逃逸的3D建模及其与恒星风的相互作用，为四颗行星。我们证明了，虽然年轻恒星的强风对可观测到的特征有着至关重要的影响，但在进化背景下，它对大气质量损失的影响是次要的。在这里，我们使用大气演化模型来跟踪年轻系统TOI-942中行星的演化，并限制TOI-421系统的过去。我们证明，尽管所有的相似之处，这两个行星系是在两个非常不同的进化路径。年轻系统中的内行星TOI-942可能会失去所有的大气层，成为一颗超级类地行星，而外行星将成为一颗典型的次海王星。关于更老的系统，TOI-421，我们的演化模型表明，它们必须以非常大的包络开始演化，这可能是雪线之外形成的暗示。
2021-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Discovery of Rotational Modulations in the Planetary-Mass Companion 2M1207b: Intermediate Rotation Period and Heterogeneous Clouds in a Low Gravity Atmosphere
最近，褐矮星的旋转调制对超冷大气的性质提供了强有力的限制，包括纵向和垂直的云结构和云演化。此外，周期光变曲线直接探测超冷天体的旋转周期。在这里，我们首次提出了对行星质量伴星2 M1207 b的时间分辨高精度光度测量。我们在两个波段和两个航天器滚转角下观测了HST/WFC 3双星系统。使用基于点扩散函数的测光，我们达到了近光子噪声限制的精度为初级和次级。虽然主要的是一个平坦的光变曲线是一致的，二次显示调制，清楚地检测到在组合的光变曲线，以及在不同的数据子集。F125 W和F160 W滤波器的振幅分别为1.36%和0.78%。通过拟合正弦波的光变曲线，我们发现一个一致的周期$10.7^{+1.2}_{-0.6}$小时和相似的阶段，在两个波段。2 M1207 b的J带和H带振幅比与一颗具有相同光谱型但不同J-H色的野棕矮星非常相似。重要的是，我们的研究还首次测量了直接成像的太阳系外行星质量伴星的旋转周期。
2015-12-09 astro-ph.EP
