Magnetic Fields in Earth-like Exoplanets and Implications for Habitability around M-dwarfs
我们使用Olson & Christiansen（2006）标度律并假设其内部结构与地球相似，对类地系外行星的偶极磁矩进行了估计。我们发现，快速旋转的行星（其中科里奥利力占主导地位的核心对流）的偶极矩，可能高达约80倍的地球的磁矩，M_地球，至少部分的行星的寿命。对于非常缓慢旋转的行星（惯性力占主导地位），偶极磁矩仅达到~1.5 M_地球。将我们的计算应用于目前确认的岩石系外行星，我们发现CoRoT-7 b，Kepler-10 b和55 Cnc e分别可以维持高达~ 18，15和13 M_Earth的发电机。我们的结果还表明，岩石系外行星的磁矩不仅取决于它们的自转速率，而且还取决于它们的形成历史、热状态、年龄和成分，以及磁场的几何形状。这些结果适用于所有岩石行星，但对于M矮星宜居带中的系外行星的特殊情况具有重要意义。
2011-07-14 astro-ph.EP
Probing the Limits of Habitability: A Catalog of Rocky Exoplanets in the Habitable Zone
Cornell University（康奈尔大学）
本文通过分析Gaia DR3和NASA系外行星档案数据，确定了45颗宜居带岩石行星及24颗更狭窄的3D宜居带行星，为未来探测生命提供目标列表。
2026-01-14 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Thermodynamic and Energetic Limits on Continental Silicate Weathering Strongly Impact the Climate and Habitability of Wet, Rocky Worlds
“液态水宜居带“（HZ）概念是基于硅酸盐风化反馈稳定大范围星座气候的能力。然而，目前估计的HZ的有效外缘中使用的硅酸盐风化表示不占粘土沉淀径流中风化产物浓度的热力学限制，也不为行星星座设置的降水的能量限制。我们发现，当热力学极限包括在一个理想化的耦合气候/风化模型，稳态行星气候失去敏感性硅酸盐溶解动力学，成为敏感的温度，主要是通过温度对径流和pCO $_2$的影响，通过对溶质浓度的pH值介导的影响。这增加了敏感性土地分数，CO $_2$放气，以及地质因素如土壤年龄和岩性，所有这些都被发现有深刻的影响的位置的有效外缘的HZ。径流敏感性和降水的能量限制之间的相互作用导致新的温暖的状态在HZ的外部，由于温度和降水的解耦。我们讨论的战略，通过系外行星观测硅酸盐风化反馈的签名检测的见解来自修订后的图片风化。
2020-05-20 astro-ph.EP
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
Thorium in solar twins: implications for habitability in rocky planets
我们调查了53个薄盘太阳孪晶样品中的钍（Th）丰度，涵盖了广泛的年龄范围。这些数据提供了对类地行星的地幔能量预算的限制，这些行星可以在银河系薄盘的演化过程中形成。利用ESO La Silla天文台获得的高分辨率（Rf = 115，000）高质量HARPS光谱，通过综合综合4019.1290 μ m处的Th Ⅱ谱线，估算了Th丰度，平均精度为0.025dex（Th/H和Th/Fe）。我们已经证实，从银河系薄盘形成到现在，在太阳孪晶周围的潜在岩石行星内部，存在来自Th衰变的大量能量收支，用于维持地幔对流，因为原始的[Th/H] $_{\rm ZAMS}$在0.056\，dex的均匀色散下平均是超太阳的（根据对等时线恒星年龄的线性拟合，从+0.037到+0.138dex变化）。与另外两种中子俘获元素钕（Nd）和铕（Eu）相比，Th的恒星原始丰度在银河系薄盘演化过程中跟随Eu，但不跟随Nd，可能是因为钕对$s$ -过程有显著贡献（约60%）。
2018-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Leveraging Models to Constrain the Climates of Rocky Exoplanets
近年来，为地球开发的数值模型已被用于研究系外行星气候，以了解广泛的系外行星特性如何影响其气候状态。最近的发现和即将到来的附近岩石系外行星的特征，为理解塑造行星气候并导致地球持久可居住性的过程开辟了一条途径。在这篇综述中，我们总结了最近在了解岩石系外行星气候方面的进展，包括它们的大气结构，化学，演化以及大气和海洋环流。我们描述了当前和即将到来的天文观测，这些观测将限制岩石系外行星的气候，并描述了建模工具将如何为未来的观测提供信息和解释。
2021-08-18 astro-ph.EP
Inner Edge Habitable Zone Limits Around Main Sequence Stars: Cloudy Estimates
该研究采用含参数化云微物理的斑驳云一维辐射-对流气候模型，重估主序星宜居带内边缘，发现云层可使极限显著靠近，并提出用CO₂透射光谱反演云属性。
2024-01-22 astro-ph.EP
Sea Ice as an Origin of Life Location for Hycean and Ocean Worlds
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Imperial Astrophysics, Department of Physics, Imperial College London（帝国理工学院物理系天体物理学）
本文提出深层海洋行星的海冰-海洋界面可浓缩营养物质，通过三维环流模型和冰过程分析，论证其为非生物起源提供可行位置，拓展了宜居性评估视角。
2026-09-09 astro-ph.EP
Post-Keplerian obliquity variations and the habitability of rocky planets orbiting fast spinning, oblate late M dwarfs
到目前为止，已经发现了几十颗围绕M矮星运行的类地行星。其中一些已经引起了人们的兴趣，因为它们潜在的长期可居住性;这种可能性目前在文献中激烈辩论。我表明，后开普勒（PK）轨道岁差可能会影响一个虚构的地球行星轨道的光谱类M9 V与$M_\star=0.08\,M_\odot$在$a=0.02\,\mathrm{au}$的扁圆型M矮星的可居住性，对应于一个轨道周期$P_\mathrm{b}\simeq 4\,\mathrm{d}$，诱导长期变化的行星的可居住性$\varepsilon$，在某些情况下，从生命的可持续性的角度来看，可能不会被视为微不足道。我恢复的分析轨道平均方程的pK岁差，经典和广义相对论，单位矢量$\boldsymbol{\hat{S}},\,\boldsymbol{\hat{h}}$的行星的自旋和轨道角动量$\boldsymbol S,\,\boldsymbol{L}$进入$\varepsilon$，并通过生产的时间序列的pK变化$Δ\varepsilon(t)$的一致性数值积分。对于自转周期为$P_\star \simeq 0.1-1\,\mathrm{d}$量级的快速旋转M矮星，行星的结晶度$\varepsilon$在时间尺度$Δt \simeq 20-200\,\mathrm{kyr}$上可以经历经典的pK大变化$Δ\varepsilon(t)$高达数十度，这取决…
2021-03-18 astro-ph.EP gr-qc physics.space-ph
Tidally driven tectonic activity as a parameter in exoplanet habitability
目标。在地球上，板块构造在驱动长期碳循环方面发挥着不可或缺的作用;然而，在潮汐锁定的岩石系外行星上，由潮汐应力和潮汐加热驱动的替代构造机制可以以类似的方式发挥作用。方法.我们计算潮汐应力和潮汐加热率来模拟构造活动的可能性，以维持适合于潮汐锁定的岩石系外行星表面液态水的稳定气候，半径为${R}_{p}$ $\le$ 1.23 R $_\oplus$。结果将潮汐模型应用于我们的767个潮汐锁定岩石系外行星的样本显示，$\sim$ 10%的系外行星，包括来自星周宜居带（CHZ）的Proxima Cen b和GJ 1061 d，通过了移动盖构造活动的潮汐应力俯冲阈值，并位于最佳潮汐加热区。这类系外行星可以维持潮汐引起的温和移动盖构造活动，与地球上的板块构造相当，有助于维持表面液态水的存在。此外，我们位于CHZ的样本中有$\sim$ 40%的系外行星将无法维持稳定气候所需的构造活动，也不太可能保留表面液态水。当扩大我们的模型以建立潮汐应力，潮汐加热和CHZ之间的重叠，以发现未来观测的最佳目标区域时，我们确定潮汐驱动的构造活动有利于维持表面液态水主要发生在M矮星周围，并确定交叉点，在低质量M矮星CHZ中的偏心（e>0.1）地球大小的系外行星（${R}_{p}$ = 1.0- 1.23 R $_\oplus$）上，可以维持移动盖和最佳潮汐加热。
2022-04-07 astro-ph.EP
Topography of (exo)planets
目前的技术无法绘制岩石系外行星的地形图，仅仅是因为这些物体太微弱和遥远，无法分辨它们。尽管如此，由于测光技术和检测镜面反射的可能性，地形的间接影响应该很快就可以观察到。此外，地形可能对类地系外行星的气候有很大的影响，因为海洋和山脉会影响云\citep{Houze2012}的分布。此外，地形对于评价表面可居住性\citep{Dohm2015}也至关重要。在这里，我们提出了一个一般的统计理论来描述和生成现实的合成地形的岩石系外行星机构。在太阳系中，我们考察了最著名的天体：地球、月球、火星和水星。事实证明，尽管它们存在差异，但它们都可以用多重分形统计来描述，尽管参数不同。假设这个性质是普遍的，我们在这里提出了一个模型来模拟二维球形随机场，它模仿恒星系统中的岩石行星体。我们还建议应用这个模型来估计海洋和大陆的统计数据，以帮助更好地评估遥远世界的可居住性。
2019-01-31 astro-ph.EP
Exo-Geoscience Perspectives Beyond Habitability
Institute of Space Research, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心空间研究所）；Astrophysics Division, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心天体物理学部）；NASA Goddard Institute for Space Studies（NASA戈达德空间研究所）；Instituto Dom Luiz, Faculty of Sciences, University of Lisbon（里斯本大学理学院多姆·卢伊什研究所）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学学会地球与行星实验室）；Department of Earth Sciences, FU Berlin（柏林自由大学地球科学系）；Department of Earth, Environmental, and Planetary Sciences, Washington University（华盛顿大学地球、环境与行星科学系）；Planetary Science Institute, The Australian National University（澳大利亚国立大学行星科学研究所）
本文探讨了地外科学在理解类地行星演化和生命检测中的核心作用，强调了行星内部动态与大气特征的联系及观测技术的重要性。
2026-01-03 astro-ph.EP
The Role of Magma Oceans in Maintaining Surface Water on Rocky Planets Orbiting M-Dwarfs
本研究通过0维箱式模型揭示，岩浆海洋的持续时间和深水循环可帮助M矮星周围的类地行星保留表面水，维持宜居条件，避免干燥。
2023-10-11 astro-ph.EP
White Paper Towards a Fuller Understanding of Icy Satellite Seafloors, Interiors, and Habitability
冰质卫星是引人注目的天体生物学目标，但它们的岩石内部必须更好地表征。促进海洋世界跨学科的基础研究计划和专题研讨会是关键。未来的冰卫星任务应明确包括确定岩石与水或高压冰之间界面的特征的目标。
2020-07-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
The erosion of large primary atmospheres typically leaves behind substantial secondary atmospheres on temperate rocky planets
提出自洽演化模型模拟类地系外行星从原生到次生大气的转变，发现原生大气侵蚀通常不排除表面宜居性，常因H2还原FeO产生大量表面水。
2024-09-27 astro-ph.EP
Terminator Habitability: the Case for Limited Water Availability on M-dwarf Planets
围绕M矮星运行的岩石行星是探测宜居气候的最有希望和最丰富的天文目标之一。M矮星宜居带中的行星可能同步旋转，因此我们预计昼夜温差很大，宜居性可能有限。以前的研究都集中在分数的可居住性仅限于亚恒星或“眼睛”区域的情况下，但在本文中，我们探讨了行星与终结者可居住性的可能性，定义为在炎热的昼面和冰川的夜面之间的过渡存在一个可居住的带。使用全球气候模型，我们表明，对于水资源有限的行星，由于大气能量输送减少，“眼睛”可能会出现灼热的温度，而夜面可能会出现冰冻的温度，同时在终结者区域保持温和的气候。而在富含水的行星上，恒星流量的增加导致大气能量输送的增加和昼夜温差的减少，一旦白昼温度接近失控或潮湿的温室极限，终结者就不再适合居住。我们还表明，虽然水丰富的模拟可能会导致更大的分数可居住性，他们是脆弱的水损失，通过冷捕获的夜面或大气水蒸气逃逸，这表明即使行星形成了丰富的水，他们的气候可能会成为水有限的，并受到终结者可居住性。
2022-12-12 astro-ph.EP
Prospects for water vapor detection in the atmospheres of temperate and arid rocky exoplanets around M-dwarf stars
在温带岩石系外行星的大气中探测到水蒸气将是确定系外行星可居住性的一个重要里程碑。过去的模拟工作表明，云的形成可能会阻止詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）在具有表面海洋的类地行星上探测到水蒸气。在这里，我们分析了在不同类别的目标：干旱的行星上的H2O的大气探测的潜力。使用过境光谱模拟，我们表明，大气中的H2O可能更容易被检测到在干旱的行星与冷困冰存款的表面上，因为这样的行星不会拥有厚厚的H2O云甲板，限制过境深度的光谱特征。然而，额外的因素，如带重叠与二氧化碳和其他气体，灭绝的矿物尘埃，重叠的恒星和行星H2O线，并最终噪声地板可通过JWST仍然构成重要的挑战。因此，空间和地面光谱观测的结合将是未来可靠探测岩石系外行星上H2O的关键。
2022-01-20 astro-ph.EP
Probabilistic Constraints on the Mass and Composition of Proxima b
最近关于间接探测到的系外行星Proxima b的可居住性、可观测性和可能的轨道演化的研究大多假设它是一颗拥有$M \sim 1.3$ $M_\oplus$、岩石成分和类似地球的大气层或根本没有大气层的行星。为了评估这些假设，我们使用以前的研究的半径，质量和组成的超级地球系外行星的概率约束的质量和半径的Proxima b，假设各向同性的倾角概率分布。我们发现这颗行星的密度有90%的可能性与岩石成分一致;相反，至少有10%的可能性这颗行星有大量的冰或氢/氦包层。如果这颗行星确实由岩石组成，那么我们就可以找到它的质量的期望值和$\left<M\right>_\text{rocky} = 1.63_{-0.72}^{+1.66}$ $M_\oplus$的95%置信区间，半径的期望值和$\left<R\right>_\text{rocky} = 1.07_{-0.31}^{+0.38}$ $R_\oplus$的95%置信区间。
2017-02-08 astro-ph.EP
Mars as an Exoplanet: Lessons from a Planet at the Edge of Habitability
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Washington University, St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文通过火星的演化历史，研究行星参数（如大小、质量、大气、日照通量、磁层和撞击历史）对宜居表面条件形成和维持的影响，并总结其对理解系外行星过程（如挥发物输送与损失、光化学、气候演化、倾角强迫、行星架构和内在磁性）的启示，同时评估探测和表征太阳系外潜在火星类似物的最佳方法和前景。
2026-05-28 astro-ph.EP
Warm, water-depleted rocky exoplanets with surface ionic liquids: A proposed class for planetary habitability
针对表面过热而无法存在液态水的系外行星，本文提出其表面天然形成的离子液体可作为生命溶剂，实验证明其能稳定存在并溶解生物分子，从而拓宽了行星宜居性的定义。
2025-08-11 astro-ph.EP physics.chem-ph
Thorium Abundances in Solar Twins and Analogues: Implications for the Habitability of Extrasolar Planetary Systems
我们提出的第一个调查Th丰度太阳双胞胎和类似物，以了解这种放射性元素的可能范围及其对岩石行星内部动力学和潜在的可居住性的影响。放射性元素Th和U的丰度是行星能量预算的关键组成部分，占地球能量预算的30%至50%（Korenaga 2008; Allègre等人2001; Schubert等人1980; Lyubetskaya & Korenaga 2007; KamLAND Collaboration 2011; Huang等人2013）。辐射热驱动内部地幔对流和表面板块构造，维持深层碳和水循环，从而有助于创造地球的可居住表面。与其他依赖于行星特定形成历史的热源不同，放射性热收支与这些核素的地幔浓度直接相关。作为一种难熔元素，Th的恒星丰度忠实地反映在类地行星的浓度中。我们发现，日志eps Th变化从59%到251%的太阳能，这表明太阳系外的行星系可能拥有更大的能量预算，以支持表面到内部的动态，从而增加他们的可能性是适合居住相比，我们的太阳系。
2015-05-01 astro-ph.EP
Atmospheric heat redistribution and collapse on tidally locked rocky planets
大气塌陷可能对潮汐锁定的岩石系外行星具有根本的重要性，但仍然研究不足。在这里，一般结果的热传输和潮汐锁定的陆地型大气的稳定性的报告。首先，问题是模拟与理想化的三维大气环流模式（GCM）与灰色气体辐射转移。结果表明，在很宽的参数范围内，大气边界层，而不是大尺度环流，是理解行星能量平衡的关键。通过对半球间能量传输的尺度分析，建立了昼夜温差和地面风速的理论表达式，该表达式再现了GCM结果，无需调谐。其次，用GCM和相关k辐射转移研究了两种真实气体（CO2和CO）的热输运。对于CO2，经验公式的崩溃压力作为行星质量和恒星通量的函数，并在地球的恒星通量的大气崩溃的临界压力得到约5倍高（0.14巴）比以前的灰色气体估计。这些结果提供了对大气稳定性的限制，这将有助于未来对观测和系外行星可居住性建模的解释。
2014-12-17 astro-ph.EP
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
A Method to Identify the Boundary Between Rocky and Gaseous Exoplanets from Tidal Theory and Transit Durations
确定系外行星是岩石行星对于评估行星的可居住性至关重要。在观测上，小半径凌日行星的数量以及伴随的质量测量不足以可靠地确定过渡质量或半径。理论上，模型预测岩石行星可以成长到足够大，当它们达到10个地球质量时成为气体巨星，但过渡质量仍然未知。在这里，我将展示如何过境数据，解释在潮汐理论的背景下，可以揭示分离岩石和气体系外行星的临界半径。标准的潮汐模型预测，岩石系外行星的轨道比气态物体的轨道更快地潮汐圆化，这表明前者往往会在比后者更大的半长轴上的圆形轨道上被发现。良好采样的凌日可以提供最小的轨道偏心率，允许测量这种差分圆化。我表明，这种影响应该存在于开普勒航天器的数据，但并不明显。相反，似乎没有证据表明在任何行星半径上都存在潮汐循环，这可能是因为公开的数据，特别是碰撞参量，不够准确。我还审查了过境持续时间的偏置值小于圆形轨道上的行星，强调行星的方位角速度决定过境持续时间。开普勒行星候选者的集合可能能够确定岩石和气体系外行星之间的临界半径，潮汐耗散作为行星半径的函数，并区分潮汐模型。
2013-12-11 astro-ph.EP
A target list for searching for habitable exomoons
我们调查的可居住性假设卫星轨道已知系外行星。这项研究的重点是能够维持重要大气层的大型岩石系外卫星。为了确定它们的可居住性，我们计算了入射恒星辐射和潮汐热通量在卫星中产生的两个主要贡献者的能量预算。我们使用失控温室和最大温室通量限制作为可居住性的定义。对于每个系外行星，我们使用蒙特卡罗方法计算卫星和行星的物理和轨道参数的合理范围。我们计算每个行星的月球可居住性概率，这是导致可居住条件的调查情况的一部分。根据我们的研究结果，我们提供了一个观测已知系外行星的目标列表，其中前10颗行星有超过50%的机会在稳定轨道上拥有可居住的卫星。两个特别有希望的候选者是Kepler-62~f和Kepler-16~b，它们都具有已知的质量和半径。我们的目标清单可以帮助发现第一个可居住的系外卫星。
2022-04-25 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
The effect of varying atmospheric pressure upon habitability and biosignatures of Earth-like planets
了解岩质太阳系外行星可能的气候条件，从而了解其潜在的可居住性，是系外行星研究的主要课题之一。确定气候以及潜在的大气生物特征在不同条件下如何变化是研究类地系外行星的一个关键方面。一个重要的属性是大气质量，因此压力及其对气候条件的影响。因此，本研究的目的是了解大气质量对气候的影响，因此可居住性，以及具有类似地球的行星的光谱外观，即N2-O2占主导地位，以1天文单位绕太阳运行的大气。这项工作利用一维耦合，无云，气候-光化学大气柱模式;改变大气表面压力从0.5 bar到30 bar;并调查温度和关键物种的轮廓，以及在2μm - 20μm范围内的发射和亮度温度谱。将表面压力增加到4巴会导致地面温度因温室变暖而增加。在该点以上，瑞利散射占主导地位，表面温度降低，达到低于273 K的地面温度（大约在~34 bar表面压力下）。对于臭氧、一氧化二氮、水、甲烷和二氧化碳，光谱响应随地面温度或压力而增加，这取决于物种。例如，对于生物特征臭氧和一氧化二氮的波段，二氧化碳会产生掩蔽效应，这在低二氧化碳大气中是可见的。
2020-06-09 astro-ph.EP
Redox state and interior structure control on the long-term habitability of stagnant-lid planets
本文通过超过28万次一维耦合模拟，研究停滞盖层行星的地幔氧化还原状态和内部结构如何控制火山排气与地表水的长期维持，发现仅铁-方铁矿缓冲剂附近的狭窄氧化还原范围以及类水星大核结构有利于长期宜居。
2023-06-08 astro-ph.EP
UV Surface Habitability of the TRAPPIST-1 System
随着在附近的冷恒星TRAPPIST-1的温带宜居带（HZ）发现岩石行星，这样的行星是否可能孕育生命的问题出现了。红矮星周围的可居住行星可以在辐射环境中运行，这可能会扼杀生命。来自这些恒星的紫外线耀斑比太阳耀斑更频繁、更强烈。此外，它们的温带HZ更接近恒星。在这里，我们提出了紫外线表面环境模型的TRAPPIST-1的HZ行星，并探讨生命的影响。TRAPPIST-1具有高X射线/EUV活性，使行星大气面临侵蚀的风险。如果在TRAPPIST-1的HZ区的行星上存在一个类似地球的稠密大气层，并有一个保护性的臭氧层，那么紫外线表面环境将与现在的地球相似。然而，一个被侵蚀或缺氧的大气层，将允许更多的紫外线到达表面，使表面环境甚至对高度耐紫外线的陆地极端微生物也是不利的。如果未来的观测在TRAPPIST-1的HZ中的任何行星的大气中检测到臭氧，这些将是寻找表面生命的有趣目标。我们预计我们的分析将成为深入探索TRAPPIST-1行星的恒星和大气观测的起点，以限制其紫外线表面的可居住性。
2017-03-28 astro-ph.EP
Redox evolution via gravitational differentiation on low mass planets: implications for abiotic oxygen, water loss and habitability
岩石行星表面和大气层的氧化是由恒星核合成和引力分异的双重力量引起的，是一个对可居住性和系外行星生物特征检测至关重要的普遍过程。在这里，我们对这种现象采取一种普遍的方法。用一个参数描述氧化还原状态，我们模拟了类地行星围绕M星和太阳的演化。我们的模型包括大气光化学，扩散和逃逸，逐行气候计算和内部热力学和化学。在大多数情况下，我们发现在前主序星阶段，M星周围的非生物大气O2积累比以前计算的要少得多，因为行星的岩浆海洋吸收了大部分从H2O光解中释放的氧气。然而，地幔凝固后的非冷凝大气气体的损失仍然是一个重要的潜在途径，以非生物的大气O2随后。在所有情况下，我们预测接收较低恒星通量的系外行星，如LHS 1140 b和TRAPPIST-1f和g，非生物O2积累的概率最低，因此可能是未来寻找生物O2的最有趣的目标。通过将我们对GJ 1132 b和TRAPPIST-1b和-c等热的、无菌的系外行星大气的预测与观测结果进行比较，可以在未来将关键的剩余不确定性降到最低。
2018-05-02 astro-ph.EP
Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds
我们研究了一类新的可居住行星，它们由富含水的内部组成，富含H2的大气层下有巨大的海洋，这里称为海洋世界。由于密度介于岩石超级地球和更大的迷你海王星之间，海洋行星可能是寻找系外行星可居住性的最佳候选者，并且可能拥有丰富的系外行星种群。我们调查的散装性能（质量，半径和温度），潜在的可居住性，和可观察到的海洋行星的生物签名。我们表明，海洋行星可以显着更大相比，以前的考虑可居住的行星，半径大到2.6地球半径（2.3地球半径）的质量为10个地球质量（5个地球质量）。我们构建海洋宜居带（HZ），考虑恒星主机从晚M类太阳恒星，并发现它是显着更广泛的比类地HZ。虽然海洋HZ的内边界对应于晚M矮星的平衡温度高达~500 K，但外边界不受任意大的轨道分离的限制。我们的调查包括潮汐锁定的"暗海"世界，这些世界只允许在其永久的夜面上有可居住的条件，以及辐射可以忽略不计的"冷海"世界。最后，我们研究了海洋大气中可能的生物特征的可观测性。我们发现，一些痕量的陆地生物标志物，预计可能存在于海洋大气中，将很容易检测到使用适度的观测时间与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。我们确定了一个相当大的样本附近的潜在海洋行星，可以是理想的目标，这样的观察，寻找系外行星的生物特征。
2021-09-01 astro-ph.EP
Habitability of Exoplanet Waterworlds
预计许多宜居带系外行星形成时的水团比例高于地球。对于具有10- 1000 x地球H2O但没有H2的岩石系外行星，我们模拟了海洋温度和化学的多Gyr演化，考虑到C分配，高压冰相和大气-岩石圈交换。在我们的模型中，对于类太阳恒星，我们发现：（1）~可居住的地表水的持续时间受到海洋化学的强烈影响;（2）~可能的海洋pH值范围很广;（3）~令人惊讶的是，许多水世界保留可居住的地表水>1 Gyr，并且（与以前的说法相反）这种寿命不一定涉及地球化学循环。这种独立于周期的行星可居住性的关键是对流地幔和水海洋之间的C交换被海底对水世界的压力所限制，因此行星在其历史的前1%中被海洋质量和海洋阳离子所束缚。在我们的模型中，由早期水-岩石相互作用从行星地壳中浸出的正电荷的总和-巧合的是-通常在早期获得的大气+海洋无机C库存重叠的数量级内。因此，pCO 2经常处于“最佳点”（0.2-20巴），对于该点，允许表面液态水的半长轴范围大约是尽可能宽的。由于半长轴上HZ的宽度定义了（类太阳恒星）表面可居住性的最大可能时间跨度，这种效应允许恒星变亮时的可居住性Gyr。我们说明了我们的研究结果，使用的N体模拟合奏的输出作为我们的水世界演化代码的输入。因此（第一次在一个端到端的计算），我们表明，初始条件的机会变化，不需要地球化学循环，可以产生多Gyr表面的水世界的可居住性。
2018-08-30 astro-ph.EP
A novel metric for assessing climatological surface habitability
针对现有行星地表宜居性指标的不足，本研究结合地球生命热耐受极限与地表水通量提出新指标，纳入微生物耐受极限拓展定义范畴，验证显示其能更好捕捉宜居性分布，为系外行星宜居气候评估提供支撑。
2025-09-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Stability of Nitrogen in Planetary Atmospheres in Contact with Liquid Water
氮分子是最常见的假设背景气体，支持岩石行星上的可居住性。尽管其化学惰性，氮分子被闪电，热火山口和火流星撞击打破，并可以转化为可溶性氮化合物，然后被隔离在海洋中。因此，氮的稳定性和氮基可居住性受到质疑。在这里，我们确定的分子氮的寿命，相对于一个相对于水封存，通过开发一种新的模式，耦合大气光化学和海洋化学。我们发现，HNO，缺氧大气中产生的主要氮化合物，在海洋中转化为N2O，而不是氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，如先前所假设的。这些N2O随后被释放回大气中，并迅速转化为N2。我们还发现，NO的沉积速率是严重限制的动力学的水相反应，将NO在海洋中的亚硝酸盐。将这些见解放在一起，我们得出结论，大气中必须产生至少与NO2和HNO2一样氧化的氮物质，以实现水封存。在类太阳和M矮星的温带行星上，缺氧大气中的分子氮的寿命被确定为> 10亿年。这一结果支持了分子氮作为岩石行星上普遍背景气体的有效性。
2019-10-09 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
The habitability of stagnant-lid Earths around dwarf stars
行星的可居住性取决于各种因素，例如形成过程中的水输送，内部和大气的共同演化，以及随时间变化的恒星辐射。由于未知数量的岩石系外行星可能在单板块对流状态下运行，即，在没有板块构造的情况下，我们的目标是了解在何种条件下，处于这种停滞盖状态的行星可能支持可居住的表面条件。了解行星内部的相互作用和挥发物与大气的释气，结合宿主恒星的演化，对于确定潜在的可居住性至关重要。M型矮星特别具有高光度的主序前阶段，通过水分流失危及周围行星的可居住性。因此，我们探索从行星内部二次放气的潜力，以重建一个水库，允许在稍后阶段的可居住性。我们计算的宜居带周围的M，K，G和F-矮星使用一维无云的辐射-对流气候模型占CO2和H2O的放气历史从内部演化和放气模型不同的内部组成和恒星光度演化。宜居带的外缘在很大程度上取决于从内部释放的CO2的量，而内缘主要是通过恒星辐射来确定的，只要有足够大的水库被释放。M矮星周围的行星即使在高光度主序前阶段严重失水之后，只要地幔中保留了一些水，就有可能建立二级蓄水池。类似地球的滞盖行星允许在一个连续的宜居带内的宜居表面条件，这取决于内部组成。
2019-03-18 astro-ph.EP
Potential Interior Structures and Habitability of Super-Earth Exoplanets LHS 1140 b, K2-18 b, TOI-1452 b and TOI-1468 c
本文基于贝叶斯推断和潮汐锁定一维解析模型，评估了四颗近邻超级地球系外行星的内部结构与宜居性，发现大气加热是影响其表面液态水留存的关键因素，且 LHS 1140 b 具有相对更高的宜居潜力。
2024-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Sulfate Aerosol Hazes and SO2 Gas as Constraints on Rocky Exoplanets' Surface Liquid Water
尽管表面液态水对可居住性很重要，但通过观测诊断系外行星上是否存在液态水仍然是一个悬而未决的问题。在太阳系内金星和地球上不同的硫循环的启发，我们调查厚硫酸盐（H2SO 4-H2O）气溶胶霾和高微量混合比的SO2气体作为可观察到的大气特征，其持续存在与几乎没有表面液态水。我们研究了一个岩石行星上的硫循环的基本原理与海洋和大气中的硫的主要形式是SO2气体和H2SO 4-H2O气溶胶（如地球和金星）。我们建立了一个简单但强大的湿氧化硫循环模型，以确定可检测到的SO2水平和可检测到的雾霾层所需的大气-海洋系统中硫的临界量。我们证明，物理上现实的海洋pH值（pH > 6）和保守的假设火山放气，化学和气溶胶微物理，表面液态水水库大于1 e-3地球海洋是不相容的持续可观测的H2SO 4-H2O烟霾层和持续可观测的SO2水平。因此，我们建议观测检测的H2SO 4-H2O霾层和SO2气体作为两个新的远程指标，一个行星没有主机显着的表面液态水。
2019-12-26 astro-ph.EP
Extended habitability of exoplanets due to subglacial water
本研究基于冰下液态水机制拓展了经典宜居带的内外边界，结合JWST等对M型矮星周围行星的水探测结果，验证了这类行星存在液态水的可能，并通过模型约束了系外行星的大气性质。
2023-10-03 astro-ph.EP
Carbon cycling and habitability of massive Earth-like exoplanets
随着被探测到的太阳系外岩石行星数量的增加，它们的表面是否适合居住的问题变得越来越重要。在地球上，长期的碳酸盐硅酸盐循环能够在超过一百万年的时间尺度上调节地面温度。升高的温度增强了风化作用，从大气中去除了CO $_2$，并将其俯冲到地幔中。在洋中脊，CO $_2$从内部进入大气。碳脱气通量受洋中脊下熔融深度和扩张速率的控制，并受与压力和温度相关的地幔粘度的影响。温度和压力对地幔脱气的影响对于更大质量的行星变得越来越重要。在这里，我们耦合不同质量的类地行星的热演化模型与长期碳循环模型，并评估其地面温度的演变。我们发现，在4.5 Gyr的扩展率增加与行星质量高达3 $M_\oplus$，因为温度依赖性的粘度占主导地位，其压力依赖性。对于质量更大的行星，压力依赖性占主导地位，板块运动减慢。此外，4.5 Gyr时的有效熔化深度作为行星质量的函数，在3 $M_\oplus$时达到最大值。总的来说，在4.5 Gyr时，脱气速率以及因此地面温度在3 $M_\oplus$时具有其最大值。这项工作强调，在预测系外行星的可居住性时，应该考虑年龄和质量。尽管存在这些影响，长期碳循环仍然是调节大质量类地行星地面温度的有效机制。
2021-10-07 astro-ph.EP
Exploring the habitability and interior composition of exoplanets lying within the extended habitable zone
本文分析扩展宜居带内从超级地球到迷你海王星的系外行星，结合宿主恒星参数、内部结构及大气包层建模，评估其组成与长期宜居性，发现部分行星可能为水世界或仅保留极少量大气。
2025-07-06 astro-ph.EP
Smaller Than Earth Habitability Model (STEHM): The Lower Size Limit for Atmosphere Retention in the Habitable Zone
University of California Riverside（加州大学河滨分校）；Stanford University（斯坦福大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
STEHM研究了在宜居带内，行星能维持大气的最小大小，发现0.8地球半径以上的行星在地球条件下可维持大气，而更小的行星则无法维持，初始碳储量是关键因素。
2026-04-30 astro-ph.EP
Do Temperate Rocky Planets Around M Dwarfs have an Atmosphere ?
针对M型矮星周围温带岩质行星的大气探测需求，分析了JWST前期探测的成果与恒星活动带来的挑战，提出需多周期观测项目及专用读出模式提升效率，并指出第3周期的500小时观测时间是开展宜居性深度勘测的重要机遇。
2024-04-16 astro-ph.EP
Predicted diversity in water content of terrestrial exoplanets orbiting M dwarfs
围绕M矮星的系外行星调查发现了越来越多的具有类似地球日射的系外行星。预计其中一些行星是岩石行星，具有有利于表面液态水的温和气候的潜力。然而，各种模型预测，在M矮星周围的经典宜居带中轨道运行的类地行星没有水或水太多，这表明M矮星周围的宜居行星可能很罕见。在这里，我们提出了一个更新的行星人口合成模型的结果，其中包括水富集在原始大气中的影响，所造成的大气氢氧化的岩石材料从传入的星子和岩浆海洋。我们发现，这种原始大气中的水生产被发现显着影响陆地岩石水行星的出现，产生不同的水含量。我们估计，5-10%的行星与大小$<1.3 R_\oplus$轨道早中期M矮星有适当的海水量的可居住性。这样的发生率将足以通过正在进行的和不久的将来的M-矮行星调查任务来检测潜在的宜居行星。
2022-09-29 astro-ph.EP
Chemical Habitability: Supply and Retention of Life's Essential Elements During Planet Formation
碳、氢、氮、氧、磷和硫（CHNOPS）在地球生命的起源和增殖中起着关键作用。考虑到物理和化学的普遍性，尤其是水作为溶剂和碳作为复杂分子的骨架的普遍性，CHNOPS可能对大多数可居住的世界至关重要。为了帮助指导和告知潜在的可居住和最终居住的环境的搜索，我们首先总结了地球上各种水库的CHNOPS预算，它们在塑造我们的生物圈中的作用，以及它们在太阳星云中的起源。然后，我们综合了我们目前对这些元素如何在不同的天体物理环境中表现和分布的理解，追踪它们从垂死恒星到分子云、原行星环境的合成过程，最终在主序星周围的温带岩石行星。最后，我们确定了这段旅程中的关键分支点，强调了CHNOPS的形成行星分布可以发生显着改变的情况，并推测了这些世界的化学可居住性的后果。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stratospheric dayside-to-nightside circulation drives the 3-D ozone distribution on synchronously rotating rocky exoplanets
本研究利用三维耦合气候-化学模型，发现同步旋转岩石系外行星上平流层昼侧至夜侧翻转环流将臭氧输运至夜侧并在罗斯贝涡旋处积累，揭示了臭氧三维分布机制及其对光谱观测的影响。
2023-06-05 astro-ph.EP
Topography-Induced Stationary Waves and the Onset of Nightside Warming on Rocky Planets around M-dwarf Stars
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Vienna（维也纳大学）
研究通过模拟不同地形和或ographic条件下的同步旋转实验，发现地形扰动打破流体对称性，产生静止波，影响夜侧变暖及云反馈机制，揭示地形分布对类地行星气候分叉的影响。
2026-04-05 astro-ph.EP
A nearby transiting rocky exoplanet that is suitable for atmospheric investigation
凌日系外行星的光谱学可以用来研究它们的大气特性和可居住性。结合径向速度（RV）和凌日数据提供了关于系外行星物理特性的更多信息。我们探测到一颗过境的岩石行星，其轨道周期为1.467天，围绕附近的红矮星Gliese 486。格利泽486 b的质量是2.81地球质量，半径是1.31地球半径，不确定度为5%，根据RV数据和光度光变曲线确定。主星的距离约为8.1秒差距，J波段的星等约为7.2等，从地球的两个半球都可以观测到。根据这些性质和行星的短轨道周期和高平衡温度，我们表明，这颗类地行星是适合发射和过境光谱。
2021-03-08 astro-ph.EP
UV Spectral Characterization of Low-Mass Stars With AstroSat UVIT for Exoplanet Applications: The Case Study of HIP 23309
本研究利用AstroSat的UVIT观测近邻M0型恒星HIP 23309的紫外光谱，验证其可补充哈勃望远镜表征系外行星宿主恒星的紫外SED，为后续任务及岩石行星宜居性研究提供支持。
2023-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
A link between rocky exoplanet composition and stellar age
研究发现岩石系外行星的组成与恒星年龄相关，较致密行星围绕年轻恒星，这源于银河系化学演化，影响行星形成条件与性质。
2025-03-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Retention of surface water on tidally locked rocky planets in the Venus zone around M dwarfs
本文利用双柱湿辐射-对流-下沉模型研究M矮星金星带内潮汐锁定行星从失控温室状态的水凝结过程，发现凝结存在暖不稳定与冷稳定两个平衡态，并量化了塌缩态表面水质量随入射通量、背景气压和温室气体光学厚度的变化。
2025-06-04 astro-ph.EP
Probing the origins. III. Exoplanet demographics across Galactic birth radii
Universidad de Alcalá（阿尔卡拉大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学天体物理研究所）；Centro de Astrobiología (CAB) CSIC-INTA（CSIC-INTA 天体生物学中心）；European Space Agency (ESA), European Space Astronomy Centre (ESAC)（欧洲空间局（ESA）欧洲空间天文中心）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文中心）
该研究通过构建目录、积分恒星轨道等方法，探索系外行星诞生环境等之间的联系，发现巨行星宿主与内银河系诞生环境联系强，褐矮星宿主径向位移范围广，岩石行星系统有别，还发现迁移与伴星的关系及一些趋势，岩石和相关宿主年龄大或可作参考。
2026-07-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Exploring Extreme Space Weather Factors of Exoplanetary Habitability
目前尚不清楚系外行星上的生命有多普遍，或者行星可以维持生命多久。到目前为止，我们有一个肤浅的可居住性概念，这是必要的第一步，但到目前为止，缺乏对地质时间尺度上恒星和行星之间详细相互作用的理解，行星系的动力学演化，以及其他系统中行星上的大气演化。单靠行星的质量、净日射量和大气成分不足以确定行星上生命出现或被探测到的概率。后一组行星的考虑，除其他外，支持宜居带（HZ）的概念，定义为拱星区域，其中液态水的常设机构可以支持在岩石行星的表面。然而，在HZ研究中，同一光谱类别的恒星通常以相同的方式处理，而不考虑单个恒星之间活动的变化。这些公式忽略了不同恒星瞬态事件的非热辐射和磁能如何影响系外行星保持其大气层的能力的差异。在过去的几年里，人们越来越认识到大气化学，甚至在许多情况下大气层的保持，关键取决于这些恒星周围的高能辐射和粒子环境。事实上，最近的研究表明，恒星活动和极端的空间天气，例如由活跃恒星和年轻太阳频繁的耀斑和日冕物质抛射（CME）造成的，可能深刻地影响了早期地球和类地系外行星的化学和气候，从而影响了其可居住性。本白皮书的目标是确定和描述有希望的关键研究目标，以帮助未来20年的系外行星可居住性领域。
2018-03-10 astro-ph.EP
