Slantwise convection and heat transport in icy moon oceans
The University of Chicago（芝加哥大学）
研究冰月海洋中斜向对流对热量传输的影响，发现其导致热量向极地分布，影响冰壳厚度。
2025-12-12 astro-ph.EP physics.flu-dyn
A recent origin for Saturn's rings from the collisional disruption of an icy moon
数亿年前，一颗冰冷的卫星与一颗闯入的彗星相撞，这是形成土星环的一种简单方法。一个质量与土卫一相当的母卫星可能会被困在与土卫二和土卫四的平均运动共振中，其轨道靠近目前的环外缘，刚好在罗氏带之外。我目前的碰撞N体模拟彗星的影响，导致部分中断的分化月球岩石的核心和冰冷的地幔。地核可以基本上完好无损地保存下来，而来自地幔的碎片则沉降到一个主要由冰颗粒组成的环中，横跨母卫星的轨道半径。由于碰撞的粘性，新生的环呈放射状扩散，而质量重新积聚在残余的岩石核心上，形成了一个新的卫星，可以被确定为土卫一。冰碎片迁移到洛希区演变成土星的环系统。来自与土星的潮汐相互作用和与环的共振相互作用的扭矩将最近形成的土卫一向外推到它目前的位置，时间尺度是几亿年。这种情况解释了在土星环中观察到的高冰分数，并解释了为什么环质量与土卫一的质量相当。先前存在的母卫星环在平均运动共振的结果在潮汐加热率土卫二在最近的过去是显着大于目前的速度。
2018-11-30 astro-ph.EP
In Situ Formation of Icy Moons of Uranus and Neptune
巨行星的卫星被认为是在行星形成的后期形成于气态的环行星盘（CPD）中，但到目前为止还不知道质量较小的行星，如冰巨星是否可以形成这样的盘，从而在那里形成卫星。我们结合辐射流体动力学模拟卫星人口合成的情况下，天王星和海王星的调查问题。对于这两颗冰巨星，我们发现在它们形成的最后都会产生一个气态的CPD。综合结果表明，在$10^5$年内，这些CPDs中可能形成类天王星的冰质卫星系统。这意味着海王星可能有一个类似天王星的卫星系统，最初被捕获的海卫一抹去。此外，我们的模型可以重现天王星目前的卫星，而不需要行星与行星的碰撞来创造一个卫星生长的碎片盘。这些结果强调，即使是冰巨人-最常见的系外行星质量类别-也可以形成卫星，为可能比以前想象的更多的系外卫星开辟了道路。
2018-11-15 astro-ph.EP
Laboratory Investigation of CO2-Driven Enhancement of Radiolytic H2O2 on Europa and Other Icy Moons
本研究通过实验室辐照实验发现，痕量CO2能显著增强水冰辐射分解产生H2O2的效率，从而解释了木卫二上H2O2分布与温度关系的反常现象，并为其他冰卫星的过氧化物研究提供参考。
2025-06-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Parameterizing slantwise convection in icy moon oceans
University of Chicago（芝加哥大学）
针对冰卫星海洋中旋转主导的倾斜对流，开发参数化方案并嵌入全球海洋模型，成功再现切线圆柱内的经向热输运，显著影响表面热通量，适用于小罗斯贝数旋转海洋。
2026-06-23 astro-ph.EP physics.flu-dyn
The longevity of water ice on Ganymedes and Europas around migrated giant planets
太阳系中的气体巨行星都有一个由冰冷的卫星组成的随从，我们预计巨大的系外行星也会有类似的卫星系统。如果一颗类似木星的行星向它的母星迁移，围绕它运行的冰冷卫星就会蒸发，形成大气层和可能的可居住的表面海洋。在这里，我们研究了表面冰和可能的海洋在流体动力学消失之前会持续多久。卫星的流体动力损失率在很大程度上取决于可用于吸收的恒星通量，随着巨行星和冰冷的卫星迁移到更靠近恒星的位置，恒星通量会增加。在某个行星-恒星距离上，入射到冰冷卫星上的恒星通量变得如此之大，以至于它们进入失控的温室状态。这种失控的温室状态迅速将所有可用的地表水以蒸汽的形式转移到大气中，在那里它很容易从小卫星上丢失。然而，对于像木卫三这样大小的冰卫星，我们发现表面水（冰或液体）可以在失控的温室轨道距离之外无限期地存在。相比之下，欧罗巴大小的较小卫星上的表面水只会在距离类太阳恒星1.49至0.74天文单位的时间尺度上持续存在，如果冰融化，邦德的半径为0.2和0.8，那么较低的半径就会变得相关。因此，小卫星可能会失去它们的冰壳，这将在它们的主行星周围产生一个H原子环，在未来的观测中可能会被探测到。
2017-04-05 astro-ph.EP
Modifications of SPH towards three-dimensional simulations of an icy moon with internal ocean
本文改进SPH方法，通过修正黏性、采用DISPH、实现表面辐射冷却并引入相变状态方程，以支持含内部海洋冰卫星的三维潮汐加热与演化模拟。
2024-10-27 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
Near-Infrared reflectance spectroscopy of sublimating salty ice analogues. Implications for icy moons
自伽利略计划以来，伽利略冰卫星表面的成分一直存在争议。已经提出了几种化学物质来解释月球表面非冰成分的组成，特别是硫酸水合物和硫酸镁和硫酸钠。最近，有人提出用氯化镁和氯化钠来解释地面观测中观察到的特征。我们已经考虑了四种不同浓度的盐（NaCl，Na2SO4，MgSO4和MgCl2），以产生盐冰类似物。通过快速冷冻程序产生粒状颗粒。此外，盐冰的致密板是由盐溶液的缓慢结晶产生的。这两种方法模拟了在木卫二和木卫三等冰卫星表面产生水合盐冰的端元（羽状物和缓慢的冰块形成）。我们监测了盐冰在升华过程中的近红外（NIR）演化，揭示了颗粒状颗粒和板块之间的差异。板坯形成了更高量的水合物和最高度水合的化合物。粒状冰必须由更浓的盐溶液形成，以增加冰粒中水合物的含量。盐冰的升华有效地去除了所有多余的水冰，但没有观察到盐的脱水。在1.5 μ m和2.0 μm附近，特别是对于Na2SO4、MgCl2和MgSO4，板的最终光谱是最平坦的，这表明存在稳定的、高度水合的化合物。我们发现，Na2SO4，MgCl2和MgSO4是最兼容的非冰组分在冰卫星表面观测的NIMS仪器伽利略和地面观测。
2021-12-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
The Ultraviolet Spectrograph on ESA's Jupiter Icy Moons Explorer Mission (JUICE-UVS)
Southwest Research Institute（西南研究院）
本文介绍了欧空局JUICE任务搭载的JUICE-UVS紫外光谱仪的科学计划、仪器细节等，用于研究木星系统及冰卫星宜居性等目标。
2026-09-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
The subsurface habitability of small, icy exomoons
假设我们的太阳系是典型的，系外卫星的数量可能超过系外行星。如果它们的可居住性分数相似，那么它们将构成宇宙中可居住房地产的最大部分。我们太阳系中的冰卫星，如木卫二和土卫二，已经被证明拥有液态水，这是地球上生命的先决条件。我们打算调查在什么情况下，小的，冰冷的卫星可能维持地下海洋，从而是“地下可居住”。我们特别注意潮汐加热。我们利用了潮汐加热的现象学方法。我们计算了恒星和行星（热和反射恒星）照明的轨道平均通量。然后，我们计算地下温度取决于照明和热传导到表面通过冰壳和绝缘层的风化层。我们采用了一个传导模型，忽略了火山活动和冰壳对流作为内部热量的出口。在这样做的过程中，我们确定了在哪个深度，如果有的话，冰融化和地下海洋形成。我们找到了月球的物理和轨道特性与融化深度之间的解析表达式。由于这个表达式直接将冰冷的月球观测值与融化深度联系起来，它使我们能够迅速地为任何给定的月球设定融化深度的上限。我们重现了土卫二地下海洋的存在;我们还发现天王星的两个最大的卫星（泰坦尼亚和奥伯龙）可以很好地维持它们。我们的模型预测土卫五没有液态水。可居住的系外卫星环境可以在整个系外行星系统中找到，很大程度上与宿主恒星的距离无关。小的，冰冷的地下可居住的卫星可能存在于雪线以外的任何地方。在未来的观测中，这可能会扩大对星周宜居带以外的地外宜居环境的搜索范围。
2020-03-20 astro-ph.EP
Neptune's Inner Moons and Rings Are Exposed Icy Body Interiors
California Institute of Technology（加州理工学院）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
本研究通过詹姆斯·韦伯空间望远镜观测海王星内卫星与环，发现其含富镁层状硅酸盐，推测由被摧毁原始卫星的内部物质再吸积形成，可获取外太阳系已分化冰质天体内部组成。
2026-07-31 astro-ph.EP
The Physical Nature of Regolith on Icy Moons
European Space Agency (ESA), European Space Astronomy Centre (ESAC)（欧洲航天局，欧洲空间天文中心）；LATMOS/IPSL, Sorbonne Université, UVSQ, CNRS（大气、气候和地球动力学实验室/法国国家科学研究中心综合研究所，索邦大学，凡尔赛大学，法国国家科学研究中心）；Jet Propulsion Laboratory (JPL), California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）；University of Münster（明斯特大学）；Laboratory for Atmospheric & Space Physics, University of Colorado Boulder（大气与空间物理实验室，科罗拉多大学博尔德分校）；Department of Astrophysical & Planetary Sciences, University of Colorado Boulder（天体物理学与行星科学系，科罗拉多大学博尔德分校）；Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology（地质与行星科学系，加州理工学院）
通过热惯量测量和模型分析，揭示冰卫星表层风化层具有极高孔隙率（>80%）和细小颗粒（<1 mm），并提出了三种形成机制来解释垂直分层现象。
2026-05-26 astro-ph.EP
Icy worlds: Moons and Dwarf Planets
The University of Osaka（大阪大学）
研究冰冻世界（如卫星和矮行星）的地质活动、大气和内部结构，通过航天器和地面观测揭示其演化过程及潜在宜居性。
2025-11-24 astro-ph.EP physics.geo-ph
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
Energy and temperature dependencies for electron-induced sputtering from H$_2$O-ice: Implications for the icy Galilean moons
本研究测量不同能量和温度下电子从H$_2$O冰的溅射产额，优化了溅射模型参数，发现电子对木卫二O₂外逸层贡献显著，对其他冰质伽利略卫星也有不可忽略作用，应纳入未来建模。
2024-05-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
Revealing the interior structure of icy moons with a Bayesian approach to magnetic induction measurements
太阳系中的一些冰冷的卫星和小天体被认为是地下液态水海洋的宿主。这些含盐的导电海洋与时变外部磁场的相互作用产生感应磁场。对这些感应磁场的磁力测量观测反过来又能探测和确定这些海洋的特征。我们提出了一个框架，用于表征内部的冰冷的卫星使用多频感应和贝叶斯推断应用到磁力测量预期即将到来的欧罗巴快船任务。利用木卫二快船磁强计（ECM）的模拟数据，我们的方法可以准确地检索木卫二的各种合理的内部结构。特别是，海洋电导率恢复到${\pm}50\%$内考虑的所有内部结构的情况下，海洋厚度可以检索到${\pm}25~\mathrm{km}$内的七个场景中的五个。七种情况中有六种可能将冰壳厚度表征为${\pm}50\%$。我们的冰壳厚度的恢复高度依赖于木卫二与周围磁层等离子体相互作用所产生的磁场的精确建模，而海洋厚度受到的影响较小，海洋电导率的反演基本上没有变化。此外，我们发现，增加先验约束（例如，静态重力测量）与单独的磁力测量相比，可以更好地确定海洋的特征，这表明多仪器技术可以在揭示木卫二和其他海洋世界的内部方面发挥关键作用。
2022-10-21 astro-ph.EP physics.space-ph
In icy ocean worlds, size matters!
冰壳和冰世界上的次表层海洋强烈耦合在一起--冰厚度梯度引起的来自冰壳的热量和盐度通量驱动海洋中的环流，反过来，海洋环流的热量输送塑造了冰壳。由于在不久的将来，测量可能仍然局限于冰壳上方，因此了解这种海洋-冰的相互作用至关重要。利用海洋箱模式和一系列二维海洋环流模拟实验，我们发现在相同的冰壳地形下，具有强重力的大型冰卫星往往具有更强的海洋热输送。因此，平衡冰壳几何形状预计将在较大尺寸的卫星上更平坦，反之亦然。这一发现与观测到的土卫二和木卫二冰壳几何形状基本一致。
2022-03-30 astro-ph.EP
Rapid hydrofracture of icy moon shells: insights from glaciology
本文通过冰川学视角研究木卫二混沌地形形成机制，提出液态水向下水力压裂比向上迁移更合理，并指出在冰盖破裂或陨石撞击条件下可发生完全水力压裂，从而为营养物质向地下海洋转移和混沌地形形成提供可能机制。
2025-02-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Possibility for albedo estimation of exomoons: Why should we care about M dwarfs?
外卫星的掩星光变曲线可以提供有关其掩星的信息，从而表明其表面存在冰盖。冰冷的卫星可能有地下海洋，因此这些可能是潜在的可居住的。我们的论文的目的是确定下一代望远镜是否能够利用它们的掩星光变曲线对冰系外卫星进行快速估计。测量的成功取决于月球掩星在光变曲线中的深度和所用仪器的灵敏度。我们在V和J光度带中应用了不同恒星质量的简单计算，并比较了月球掩星引起的通量下降和下一代任务估计的光子噪声，置信度为5 $σ$。我们发现，用这种方法估计的太阳系恒星的卫星是不可行的，但小M矮星是更好的候选人，这样的测量。我们在J测光带的计算表明，E-ELT MICADO的光子噪声仅比在0.1恒星质量恒星的雪线处的圆形轨道上的2个地球半径的冰冷卫星所引起的通量差大约4ppm。然而，只考虑光子噪声低估了真正的预期噪声，因为其他噪声源，如CCD读出和暗信号变得显着的近红外测量。因此，我们得出结论，下一代任务的掩星测量太具有挑战性了，即使是在小型M矮星雪线上的大型冰卫星的情况下。我们还讨论了在计算中被忽略的参数的作用，例如倾斜度，偏心率，月球的轨道方向。我们预测，第一次对外卫星的估算可能是在M4 - M9型主序星雪线附近的大冰卫星。
2016-06-06 astro-ph.EP
How does ice shell geometry shape ocean dynamics on icy moons?
该研究通过高分辨率模拟探究冰壳几何对冰卫星海洋动力学的影响，发现斜压涡旋主导环流，倾斜地形会改变环流强度，还构建了标度框架并应用于三颗冰卫星以关联观测与海洋动力学。
2025-10-29 astro-ph.EP
Gravity-Induced Ice Compaction and Subsurface Porosity on Icy Moons
本文通过建立仅由上覆压力驱动的冰压实模型，利用地球冰芯数据确定冰压实系数，并将其应用于木卫二，揭示了不同重力条件下冰卫星地下孔隙度的演化尺度。
2024-04-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
Sulfur in the Giant Planets, their Moons, and Extrasolar Gas Giant Planets
本文综述了气态巨行星及其卫星的硫化学，涵盖H2S光化学、Io火山硫循环、冰冷卫星表面辐射分解及地下海洋的硫酸盐形成机制，并指出天王星和海王星卫星硫化学研究空白。
2024-10-14 astro-ph.EP
Post-main-sequence evolution of icy minor planets. III. water retention in dwarf planets and exo-moons and implications for white dwarf pollution
研究表明，白矮星（WD）大气层的污染来自小行星的吸积，但污染物质的确切性质，特别是在某些情况下水的证据尚未被理解。以前的工作研究了主序星周围的小行星和演化的宿主恒星中的水保持，以评估水在WD周围的小行星中生存的可能性。然而，所有这些研究都集中在小的，彗星大小到小卫星大小的小行星上，当He主导的WD对流区内的推断质量实际上也可以与更大质量的小行星兼容时。因此，在这项研究中，我们第一次探索了行星外矮行星或中等大小的卫星内的水保持，半径为数百公里。我们现在几乎涵盖了小行星的整个潜在质量范围。在这项研究中考虑的参数空间的其余部分是相同的，我们以前的研究，也包括多个WD祖星质量。我们发现，更大质量的小行星中的水保留仍然受到WD祖先质量的影响，但不像考虑小型小行星时那么严重。我们还发现，保水性现在几乎总是大于零。平均而言，在氦占主导地位的WD大气中检测到的水分数应至少为5%，无论假设的初始水成分如何，如果它来自一个冰矮行星或卫星的单一吸积事件。这一发现也加强了WD可居住性的可能性。为了最终确定我们以前和现在的调查结果，我们提供了一个代码，可以免费使用，作为对社区的服务。该代码通过插值计算冰和水的保留，涵盖了小行星和它们的宿主恒星的全部质量范围。
2017-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Jupiter Science Enabled by ESA's Jupiter Icy Moons Explorer
本文回顾了ESA的JUICE任务如何通过多波段遥感与掩星观测，结合跨学科调查，对木星大气、极光及其与内部深层环流和外部磁层的耦合过程进行全面表征。
2023-10-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Icy Exomoons Evidenced by Spallogenic Nuclides in Polluted White Dwarfs
我们提出的证据表明，在被污染的白矮星（WD）的过剩是在巨大的系外行星的辐射带中形成的冰系外卫星吸积的结果。这里我们以白矮星GALEX J2339-0424中的过剩Be为例。我们约束的成岩元素在GALEX J2339-0424的母体丰度，并表明，过剩的铍在这个WD不能占的差异扩散通量通过WD外壳，也不是在典型的成岩过程中的化学分馏。相反，我们认为，是由高能质子照射的冰与岩石混合。我们表明，MeV的质子通量所需的形成高Be/O比吸积母体是一致的辐射带内的一个巨大的行星的环中的冰的照射，其次是吸积的冰，形成一个月亮，后来吸积的WD。土星的冰卫星是有用的类似物。我们的研究结果提供了一个估计的散裂核素过剩的冰卫星形成的环周围的巨行星一般，包括那些在太阳系。虽然过剩的Be已被发现在两个污染的WD，包括WD在这里描述的，我们预测，过剩的其他spallogenic元素Li和B，虽然更难以检测，也应该被观察到，这样的检测也将表明污染的冰系外卫星形成的环系统的巨行星。
2021-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dark wounds on icy moons: Ganymede's subsurface ocean as a dark matter detector
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
甘尼米德的地下海洋可能通过其分层组成和古老表面作为暗物质探测器，利用地下物质与表面冰的差异来区分暗物质撞击与小行星撞击。
2025-12-22 astro-ph.CO astro-ph.EP hep-ph
The Potato Radius: a Lower Minimum Size for Dwarf Planets
引力和电子力在宇宙中物体的质量和形状之间产生相关性。例如，在平均半径约200公里- 300公里处，我们太阳系的冰卫星和岩石小行星从圆形马铃薯形状过渡到球形。我们从第一性原理推导出这个土豆到球体的过渡半径--或“土豆半径”。使用经验的土豆半径的小行星和冰冷的卫星，我们推导出这些机构的屈服强度的约束，在其形成的岁月，当它们的形状被确定。我们提出的冰卫星的马铃薯半径约为200公里，这将大大增加被归类为矮行星的海王星外天体的数量。
2010-04-07 astro-ph.EP physics.geo-ph
Science Objectives of the Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE Mission
激光测高是解决行星物理学和大地测量学主要目标的有力工具，并已应用于月球、火星、水星和小行星爱神星和丝川的行星探测。由欧洲航天局（ESA）领导的Jupiter Icy Moons Explorer（JUICE）已经开始开发，以探索气体巨星周围可居住世界的出现。木卫三激光高度计（GALA）将是第一个用于冰体的激光高度计，并将测量木星大型冰卫星的形状和地形（木卫三全球范围内，木卫二和木卫四使用飞越地面轨道）。这些信息对于理解地表特征的形成至关重要，可以极大地提高我们对冰构造的理解。此外，GALA将通过测量潮汐和旋转响应来推断地下海洋的存在与否。此外，它还与无线电科学实验合作，提高了反映内部结构的重力场测量的准确性。除了距离测量之外，从月球表面反射的激光脉冲的信号强度和波形包含有关激光波长下的表面反射率和小尺度粗糙度的信息。因此，我们可以推断化学和物理变化的程度，例如，侵蚀、空间风化、压实和外源物质沉积，通过GALA测量，不受光照条件的影响。JUICE航天器携带包括GALA在内的10个科学有效载荷。他们以协同的方式密切合作，GALA是了解冰卫星木卫三，木卫二和木卫四演变的关键工具之一。
2018-03-15 astro-ph.EP
Investigating tidal stripping of a pre-existing moon as the origin of Saturn's young icy rings
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Tsinghua University（清华大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Brown University（布朗大学）
本文通过数值模拟研究了Chrysalis月球在接近土星时的潮汐响应，探讨其剥离冰层形成环系统的过程，并支持环系统可能源自近期失去的月球的假说。
2026-03-14 astro-ph.EP
Juice-SWI during the Lunar-Earth-Gravity-Assist (LEGA) - Part 2: Instrument operations
Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS（波尔多天体物理实验室，波尔多大学，法国国家科学研究中心）；LIRA – Laboratoire d’Instrumentation et de Recherche en Astrophysique, Observatoire de Paris（天文仪器与研究实验室，巴黎天文台）；Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Institute of Science Tokyo（东京科学研究所）；Institute of Applied Physics, University of Bern（伯尔尼大学应用物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学物理与天文系）；Faculty of Science, Kyoto Sangyo University（京都产业大学理学部）；Centrum Badán Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk（波兰科学院空间研究中心）
本文介绍Juice任务中SWI仪器在月球-地球引力辅助期间的操作挑战与校准策略，利用LEGA验证未来冰卫星飞越的操作方案。
2026-09-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Earth transiting the Sun as seen from Jupiter's moons: detection of an inverse Rossiter-McLaughlin effect produced by the Opposition Surge of the icy Europa
我们报告了2014年1月5日从木星上看到的地球在太阳上的过境之后的多波长观测活动。同时观测木星的卫星木卫二和木卫三，使用来自智利拉西拉的HARPS和来自加那利群岛拉帕尔马的HARPS-N，使用与2012年金星凌日成功采用的相同技术（Molaro等人，2013年）测量由于地球通过而引起的Rossiter-McLaughlin效应。径向速度的预期调制约为20 cm/s，但检测到高达38 m/s的异常漂移，即高出两个数量级以上且符号相反。两个光谱仪的一致行为排除了径向速度漂移的仪器来源，BiSON观测排除了对太阳磁活动的可能依赖。我们认为，这种异常是由木卫二的冰面上的反对派浪涌，它放大了太阳辐射的强度，从太阳表面的一部分，围绕交叉地球，然后可以观察到一种逆罗斯特-麦克劳克林效应。事实上，这种效应的简化模型可以详细解释观测到的径向速度异常的大部分特征，即凌日前后的延伸、两个观测站之间的微小差异以及更靠近地球通道的次峰的存在。这种现象是第一次在这里观察到的，每次类似的地球对齐发生在没有大气层的岩石体上时都应该观察到。我们预测它应该在2026年地球和木星的下一次结合中再次被观察到。
2015-09-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Properties of CO$_2$ clathrate hydrates formed in the presence of MgSO$_4$ solutions with implications for icy moons
有证据表明，笼形水合物对太阳系中冰体的表面地质有重要影响。然而，据信存在于这些物体上的水性环境可能是盐水而不是纯水。实验室工作，以支持在这种环境中的笼形物的性能是缺乏的。我们填补了这一空白，进行了实验室调查的物理性质的CO $_2$笼形物中产生的弱水溶液的MgSO $_4$。我们使用同步辐射X射线粉末衍射研究在高CO $_2$压力下在冰中形成的包合物，该冰是由MgSO $_4$的水溶液形成的。在与太阳系冰冷天体相似的温度条件下，我们测量了包合物的热膨胀、密度和离解性质。我们发现，硫酸盐溶液抑制笼形物的形成，通过降低其解离温度。当包合物被冷却和加热时，在热膨胀系数中发现滞后现象;我们将此归因于溶液中盐的存在。由X射线粉末衍射得到的密度与温度和压力有关。当比较CO $_2$包合物的密度与它们形成的溶液的密度时，我们得出结论，它们在它们形成的海洋中下沉。我们还发现，冰在低温下的多晶型是Ih而不是Ic，这归因于MgSO $_4$的存在。我们1）得出结论，笼形物密度的影响，他们的行为在卫星海洋的下沉和浮动的能力是温度和压力的依赖性，2）得出结论，MgSO $_4$的存在抑制笼形物的形成，在某些情况下，甚至可能会影响其结构和3）报告的主导地位，在整个实验过程中，尽管Ic是在低温下的稳定相。
2017-01-26 astro-ph.EP
Ion-neutral chemistry at icy moons: the case of Ganymede
本研究针对木卫三（Ganymede），通过升级纳入离子-中性碰撞的测试粒子代码，发现其电离层离子组成比此前认为的更多样，存在多种复合离子及显著的空间不对称性，为相关探测数据解读提供关键支撑。
2025-09-26 astro-ph.EP physics.space-ph
On the State of Water Ice on Saturn's Moon Titan and Implications to Icy Bodies in the Outer Solar System
太阳系中水冰的结晶状态取决于冰的温度历史和它所暴露的高能粒子的影响。我们测量了非晶和结晶水冰在10-50 K和10-140 K温度范围内的红外吸收光谱，并进行了系统的实验研究，以探讨通过电离辐射照射剂量高达160 \pm 30 eV的结晶水冰的非晶化。我们发现，通过电子照射，结晶水冰只能部分转化为无定形冰。实验表明，1.65 \mum谱带的一部分（这是结晶水冰的特征）在辐照后仍然存在，其程度强烈依赖于温度。1.65 \mum带的时间演化的定量动力学拟合清楚地表明，热重结晶和辐射诱导的非晶化之间存在平衡，在较高的温度下热重结晶占主导地位。我们的实验表明，在40 K的非晶化是不完全的，与Mastrapa和Brown的结论相矛盾（Icarus 2006，183，207.）。在50 K时，由于热效应的再结晶是强烈的，并且大部分结晶冰存活下来。太阳系中大多数冰冷物体的温度，包括木星卫星、土星卫星（包括泰坦）和柯伊伯带物体，都等于或高于50 K;这解释了为什么在这些物体上检测到的水冰大多是晶体。
2011-03-26 astro-ph astro-ph.EP physics.chem-ph
Tidal insights into rocky and icy bodies: An introduction and overview
固体潮提供了关于行星体内部结构、演化和起源的关键信息。我们的太阳系拥有非常多样化的行星体，包括那些由岩石，冰，气体或所有混合物组成的行星体。虽然几年来已经开发了丰富的地球物理方法来推断有关地球内部的知识，但调查其他太阳系天体内部的工具仍然有限。由于只有地球、月球和火星的地震数据，包括观测潮汐响应在内的大地测量变得特别有价值，因此在了解几个太阳系天体的内部和历史方面发挥了重要作用。为了使用潮汐响应测量作为一种手段，以获得约束的内部结构的行星机构，适当的理解的粘弹性反应的材料，行星形成是必要的。在这里，我们回顾了潮汐建模的基本方面和信息的现代内部性质和演化的几个行星和卫星的基础上研究它们的潮汐响应。我们首先概述粘弹性和潮汐响应理论。接下来，我们将讨论有关潮汐响应的信息以及水星、金星、火星及其卫星、月球和巨行星最大卫星的推断结构，这些信息是通过分析太空任务提供的数据获得的。我们还总结了目前计划的任务所提供的可能性。
2022-06-09 astro-ph.EP
Different ice shell geometries on Europa and Enceladus due to their different sizes: impacts of ocean heat transport
在冰冷的世界里，冰壳和次表层海洋形成了一个耦合系统--冰厚度梯度引起的来自冰壳的热量和盐度通量驱动着海洋中的环流，反过来，海洋环流的热量输送塑造了冰壳。因此，了解海洋热传输（OHT）的效率对轨道参数的依赖性，可以使我们能够预测冰壳的几何形状之前，直接观测是可能的，为任务设计提供有用的信息。受以前斜压涡旋工作的启发，我首先推导出冰的卫星上的OHT的标度律，由冰地形驱动，然后验证它们对高分辨率的三维数值模拟。使用比例定律，我就能够预测平衡冰厚度的变化，知道冰壳应该接近热平衡。小的冰卫星上的冰壳（例如，土卫二）可能会在赤道和极地之间发展出强烈的厚度变化，这是由冰中的极地放大潮汐耗散驱动的，相反，大的冰卫星上的冰壳（例如，木卫二、木卫三、木卫四等）由于有效OHT的平滑效应，趋于平坦。这些预测表现为不同的冰演化路径模拟的土卫二和欧罗巴，考虑冰消散，传导热损失和OHT以及冰流的质量再分配引起的冰冻结/融化。
2022-06-30 astro-ph.EP
Rotating convection with a melting boundary: an application to the icy moons
该研究通过在MagIC代码中实现相场模拟，探究冰卫星中旋转对流与熔融边界的相互作用，揭示冰壳地形变化规律与演化时间尺度，并推断土卫二、土卫六的冰层底部非轴对称地形振幅。
2024-12-12 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Symmetric instability in a Boussinesq fluid on a rotating planet
本研究对旋转行星上的Boussinesq流进行线性稳定性分析，划分三类不稳定性，发现$b_z \sin{θ_0}<0$是充分必要条件，并指出现有海洋模型对流方案需修订才能用于冰卫星海洋。
2025-07-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Feasibility of Passive Sounding of Uranian Moons using Uranian Kilometric Radiation
本研究评估利用天王星千米辐射被动探测天王星冰卫星的可行性，发现其可直接探测冷海洋并约束内部结构，但受源尺寸和照明几何限制。
2023-05-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
A light sail astrobiology precursor mission to Enceladus and Europa
本文评估激光帆探测器飞掠土卫二与木卫二开展羽流原位生命探测的可行性，给出飞行时间、部署纬度和近最优交会速度。
2024-02-28 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
Water and the interior structure of terrestrial planets and icy bodies
水的含量与类地行星和冰质天体的内部演化有着密切的联系。行星系中水的分布受原行星盘的温度结构、微行星和行星胚胎的动力学和迁移控制。这导致了星子和行星胚胎的形成，它们具有各种各样的成分，水含量和氧化程度。内部的演变，特别是星子的形成时间相对于由短命的26铝衰变的辐射加热的时间尺度可能会管理的含水硅酸盐和剩余的岩石-冰混合物的量在其演化的后期阶段。反过来，水含量可能会影响星子的早期内部演化，特别是金属硅酸盐分离过程。此外，水含量可能有助于增加氧逸度，从而影响太阳系天体硅酸盐储层中亲铁元素的浓度。最后，水含量强烈影响冰卫星的分化率，控制其内部演化，并支配其内部深处发生的蚀变过程。
2017-12-20 astro-ph.EP
Spontaneous formation of geysers at only one pole on Enceladus' ice shell
土卫二是土星的一颗冰冷卫星，其冰壳在南北半球之间表现出强烈的不对称性，所有已知的间歇泉都集中在南极，尽管预期的潮汐旋转变形模式应该在南北两极之间对称。使用一个理想化的冰演化模型，我们证明，这种不对称性可能会自发形成，没有任何明显的先验不对称性（如巨大的影响或地质活动的结构），与以往的研究相反。由于随机扰动的冰壳厚度的无穷小的不对称被发现能够无限增长，最终显着变薄的冰壳在两极之一，从而允许在那里形成裂缝。通过分析找到了触发这种半球对称性破缺机制的必要条件。我们发现的一个经验法则是，对于伽利略和土星的冰卫星，只有当冰壳的平均厚度在10-30 km左右时，冰壳才能发生半球对称破缺。
2020-05-04 astro-ph.EP
Water ice lines and the formation of giant moons around super-Jovian planets
大多数已知质量的系外行星与类太阳恒星的距离都比木星重，这就提出了一个问题，即这些行星是否伴随着可探测的、可能适合居住的卫星。在这里我们模拟了超级类木行星周围的吸积盘，发现可以形成质量与火星相似的巨型卫星。我们的研究结果表明，伽利略卫星是在木星吸积的最后阶段形成的，当时环绕木星的圆盘足够冷。但是，与其他研究相反，我们的假设表明，木星仍然是从环日盘喂养，它的主要卫星不可能在环日星云完全光蒸发后形成。为了抵消由于I型迁移导致的卫星进入行星的稳定损失，我们提出木星和超木星系外行星周围的水冰线充当了卫星的迁移陷阱。然而，在10^4年内的间隙打开期间，热量转换穿过圆盘，这使得它们作为月球陷阱的效率低下。这表明了行星和月球形成的根本区别。我们发现，在超级类木行星周围大约15 - 30木星半径处，可以形成比已知最小的系外行星还要大的冰卫星。它们的大小意味着开普勒和柏拉图太空望远镜以及欧洲极大望远镜都可以探测到。
2015-05-05 astro-ph.EP
Calibration of MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer): I. On-ground setup description and characterisation
本研究介绍了JUICE航天器搭载的MAJIS发射前的地面校准装置搭建、性能表征及校准测量概况，为该仪器的辐射、光谱等校准提供支撑。
2025-02-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Moonraker -- Enceladus Multiple Flyby Mission
土卫二是土星的一颗冰冷的卫星，拥有一个内部的水海洋和将海洋物质驱逐到太空中的喷气机。卡西尼号的调查表明，地下海洋可能是一个适合居住的环境，与岩石核心有着复杂的相互作用。进一步研究喷流形成的羽流的成分对于充分了解海洋、其潜在的可居住性以及它告诉我们土卫二的起源是必要的。垦月者号被提议作为欧空局的M级任务，设计用于环绕土星并执行多次飞越土卫二，重点是羽流的穿越。拟议中的Moonraker任务包括欧空局提供的平台，具有JUICE和火星样品返回的强大遗产，并携带一套专用于羽流和表面分析的仪器。名义上的Moonraker任务为期13.5年。它包括一个23次飞越的部分，其中189天分配给科学阶段，如果资源允许，可以扩大额外的部分。任务概念包括调查：i）现今土卫二及其内部海洋的可居住条件，ii）内部海洋与南极地形表面之间的通信机制，iii）月球的形成条件。由于最先进的仪器比卡西尼号的有效载荷有了重大改进，Moonraker将量化羽流中关键物种的丰度，同位素比率以及羽流和表面的物理参数。这样的任务将为未来可能的着陆任务铺平道路。
2022-11-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Cassini CAPS identification of pickup ion compositions at Rhea
土星最大的冰卫星土卫五拥有一个脆弱的表面溅射散逸层，主要由分子氧和二氧化碳组成。在这封信中，我们研究卡西尼等离子体光谱仪的速度空间分布附近的土卫五，并确认卡西尼探测到nongyrotropic流量流出CO $_2^+$在R1和R1.5遇到。考虑到这种非变性，我们发现这些具有可比较的沿轨道密度的$\sim$ 2 $\times$ 10 $^{-3}$ cm $^{-3}$。带负电荷的拾取离子，也在R1期间检测到，令人惊讶地显示出与质量26 $\pm$ 3 u一致，我们认为这是碳基化合物，如CN $^-$，C $_2$ H $^-$，C $_2^-$或HCO $^-$，从卫星表面的碳质材料溅射。这些负离子的计算拥有沿轨道密度$\sim$ 5 $\times$ 10 $^{-4}$ cm $^{-3}$，并建议从外源化合物，发现与存在的瑞亚的动态CO $_2$外逸层和令人惊讶的低O $_2$溅射产量一致。这些拾取离子为理解土卫五和其他表现出类似特征的冰卫星的外大气层和表面冰的组成提供了重要的背景。
2018-01-26 astro-ph.EP physics.space-ph
Europa smooth plains formation: a SPH cryovolcanic model
Laboratoire Environnements et Atmosphères Terrestres et Planétaires, Université de Reims Champagne-Ardenne（地球与行星大气与环境实验室，兰斯香槟-阿登大学）；Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, CNRS UMR 6112, Université de Nantes（行星学与地球动力学实验室，法国国家科学研究中心联合研究单位6112，南特大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）
本研究通过SPH数值模型CryoPy模拟低温岩浆流动，发现雪是低温熔岩的物理类比物，其流动形态与伽利略号观测的平滑平原匹配，为欧罗巴快帆任务提供预测框架。
2026-09-24 astro-ph.EP
Ozone Production in Electron Irradiated CO2:O2 Ices
在木卫三、土星最大的卫星土卫五和土卫四的表面冰中检测到臭氧（O3），激发了对该物种形成途径的几项研究。先前的研究已经成功地量化了由于使用紫外光子和带电粒子照射纯分子冰而产生O3的趋势（即，离子和电子），例如在不同温度下或使用不同带电粒子照射后形成的O3的丰度。在这项研究中，我们扩展了这样的结果，通过量化丰富的O3作为一系列的14个化学计量不同的CO2：O2天体物理冰类似物在20 K的1 keV的电子辐照的结果。通过使用中红外光谱作为我们的主要分析工具，我们也已经能够进行固体O3的不对称拉伸模式的光谱分析，并在其观察到的形状和配置文件之间的变化调查冰混合物。我们的研究结果对于更好地了解冰冷的外太阳系物体的表面组成和化学性质非常重要，因此可能对未来的行星际空间任务有用，例如欧空局的木星冰月探测器和美国航天局的欧罗巴快船任务，以及最近发射的美国航天局詹姆斯韦伯太空望远镜。
2022-07-21 astro-ph.EP cond-mat.other
Calibration of MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer): III. Spectral Calibration
本文基于地面和发射后在轨数据，系统表征了JUICE任务中MAJIS成像光谱仪的光谱性能，包括光谱采样、响应函数及其随操作参数的变化，并与性能要求对比验证。
2024-05-29 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ins-det
Satellites Form Fast & Late: a Population Synthesis for the Galilean Moons
木星的卫星被认为是在一个环绕行星的圆盘中形成的。在这里，我们解决他们的形成和轨道演化与人口合成的方法，通过改变尘埃与气体的比例，光盘分散的时间尺度和尘埃再填充的时间尺度。环行星盘的初始条件（密度和温度）直接从三维辐射流体动力学模拟的结果。在人口合成中考虑了光盘的演变。小卫星被认为是通过流动不稳定性而增长的。我们发现，卫星形成快，往往在$10^4$年内，由于短的轨道时间尺度在环行星盘。它们按顺序形成，其中许多由于快速的I型迁移而消失在行星中，通常会污染木星的包层，通常有15个地球质量的金属。最后一代卫星可能在巨行星演化的很晚时候形成，那时行星盘已经失去了超过99%的质量。晚期的环行星盘足够冷，可以维持水冰，因此毫不奇怪，85%的月球人口都是由冰组成的。卫星质量的分布峰值略高于伽利略质量，直到几个地球质量，在一个制度，这是可观察到的与当前的仪器周围的类地行星轨道足够接近他们的主恒星。我们还发现，系统与伽利略式的群众发生在20%的情况下，他们更有可能当光盘具有较长的分散时间尺度和高的尘埃气体比。
2018-08-23 astro-ph.EP
VLBI Tracking of the JUICE Mission: Two Years of Cruise Phase Operations and Performance Analysis
University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）；Joint Institute for VLBI in Europe（欧洲VLBI联合研究所）；Technical University of Delft（代尔夫特理工大学）
利用甚长基线干涉测量（VLBI）技术跟踪JUICE探测器，分析两年巡航阶段的多普勒残差、任务性能指标和太阳风闪烁模式，展示了VLBI网络在深空任务支持中的增强能力。
2026-07-02 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Tracing the source of carbon oxides on the large moons of Uranus
Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Institut d’Astrophysique Spatiale（空间天体物理研究所）；Institut de Planétologie et d’Astrophysique (IPAG)（行星学与天体物理学研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；Southwest Research Institute（西南研究院）；University of Idaho（爱达荷大学）
研究天王星大卫星上碳氧化物来源，借助詹姆斯·韦布空间望远镜近红外光谱仪数据测量光谱特征，对比实验室数据，发现部分特征支持辐射产生假说，还揭示二氧化碳在天王星系统广泛存在，表明碳氧化物可能原生，分布受多种因素影响。
2026-07-09 astro-ph.EP
Dust in the Jupiter system outside the rings
木星是行星探索的主要目标之一，木星系统中的尘埃对行星科学领域的研究人员非常感兴趣。在本文中，我们回顾了环系统外的五个尘埃种群：在伽利略卫星区域的颗粒，潜在的尘埃从木卫二的羽流，木星流粒子，粒子在木星系统的外部区域喷射的不规则卫星，特洛伊小行星区域的尘埃。描述了尘埃动力学的物理环境，包括重力、磁场和等离子体环境。对于每个人口，尘埃源的描述，并讨论了相关的扰动力。观测和模拟结果进行了审查，并显示了个别尘埃种群的分布。对木星尘埃环境的了解可以评估尘埃对航天器的危害，并描述木星卫星之间的物质交换，它们的表面特性和非冰成分的分布。
2018-08-30 astro-ph.EP
Ultraviolet-Based Science in the Solar System: Advances and Next Steps
我们回顾了最近的太阳系目标紫外观测的重要性，并讨论了在未来十年中进一步测量，仪器和实验室工作的需要。在过去十年中，利用紫外线光谱技术在太阳系科学方面取得了许多重要进展。紫外成像光谱学以前几乎专门用于研究巨行星大气层、行星外大气层和彗星排放，最近得到了更广泛的应用。土星卫星土卫二上的间歇泉状羽流部分是由于紫外掩星观测而被发现的，这种技术在整个卡西尼号任务期间被用来描述羽流和喷流。利用哈勃太空望远镜（HST）的紫外线发射和吸收成像，在木星的卫星木卫二上发现了类似活动的证据。在整个太阳系的其他卫星和小天体上，紫外线光谱学已被用来寻找活动，探测表面成分，并描绘空间风化效应;紫外线光度学研究已被用来揭示风化层结构。太阳系表面紫外成像光谱研究在过去的1- 20年里取得了很大进展，包括表面成分、空间风化效应等研究（例如辐解产物）和挥发物[2019 - 04 - 19][2019 - 04 - 19][2019 - 0紫外线对某些物种、微量污染物和颗粒大小敏感，在其他光谱范围内往往检测不到。在未来十年，HST观测可能会结束。迫切需要新的基础设施来支持未来的紫外线研究。这些需要既包括有助于改进未来紫外线观测的开发工作，也包括有助于解释航天器数据的实验室工作。在今后十年中，紫外线仪器将是对各种目标执行飞行任务的一个关键工具，特别是对于迅速扩大的无大气层物体紫外线反射率研究的应用。
2020-07-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
