Exoplanet Atmosphere Forecast: Observers Should Expect Spectroscopic Transmission Features to be Muted to 33%
为了确保对系外行星大气透射光谱进行强有力的限制，未来的观测需要获得高信噪比（SNR）测量，假设分子特征的振幅小于清晰的太阳金属丰度大气。分析37个系外行星的透射光谱，我们发现在<7%的情况下测量到了清晰的太阳分子特征。
2019-08-25 astro-ph.EP
Helium Atmospheres on Warm Neptune- and Sub-Neptune-Sized Exoplanets and Applications to GJ 436 b
温暖的海王星和次海王星大小的系外行星在轨道小于水星的被认为经历了广泛的大气演变。在这里，我们提出，这种大气演变的一个潜在结果是形成氦为主的大气。海王星和次海王星大小的系外行星的流体动力学逃逸率与氢的扩散限制逃逸率相当，因此逃逸受到氢和氦之间扩散分离的严重影响。因此，氦大气层可以从原始的氢-氦大气层通过大气流体动力学逸出行星而形成。氦气氛中的主要碳和氧物种的丰度与氢气氛中的非常不同，导致独特的透射和热发射光谱特征。特别是，氦主导大气的假设可以解释GJ 436 b的热发射光谱，这是一颗温暖的海王星大小的系外行星，同时也与透射光谱一致。该模型大气含有微量的氢、碳和氧，其中CO比CH 4占优势，是碳的主要形式。利用我们的大气演化模型，我们发现如果初始大气包层质量为1 E-3行星质量，流体动力逃逸可以在~ 100亿年内使大气中的氢丰度降低几个数量级。因此，对系外行星凌日的观测可能会探测到氦大气的特征，并探索小型系外行星的演化历史。
2015-05-09 astro-ph.EP
Exoplanet Atmosphere Measurements from Transmission Spectroscopy and other Planet-Star Combined Light Observations
即使我们无法从空间上分辨行星与其宿主恒星，也有可能了解大量关于系外行星大气的信息。在本章中，我们将概述用于描述凌日系外行星的基本技术-透射光谱学，发射和反射光谱学，以及全轨道相位曲线观测。我们讨论实际的考虑，包括当前和未来的观测设施和测量精确光谱的最佳实践。我们还强调了关于系外行星的化学，气候和云特性的主要观测结果。
2018-06-13 astro-ph.EP
Understanding Exoplanet Atmospheres with UV Observations II: The Far UV and Atmospheric Escape
未来十年，系外行星大气分析的重点将是红外波长，计划发射詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）。然而，如果不将其置于更广泛的波长覆盖范围内，特别是在光学和紫外线方面，红外线观测产生的系外行星大气层图像并不完整。在蓝色光学和近紫外（NUV）观测中编码的散射信息可以帮助确定在红外线中观察到的静音光谱特征是由于朦胧/多云的大气，还是具有较高平均分子量的清晰大气。进一步进入紫外线，观测可以识别大气逃逸和系外行星大气的质量损失，从而更好地了解系外行星的大气演变，以及来自云层上方的成分信息。在本白皮书中，我们重点介绍了远紫外（FUV）系外行星观测的科学案例;由Jessie Christiansen领导的附带白皮书将重点介绍近紫外（NUV）和蓝色/光学的科学案例。
2019-03-26 astro-ph.EP
Sulfur-driven Haze Formation in Warm CO2-rich Exoplanet Atmospheres
含硫气体对太阳系中行星大气的光化学有着重要影响，并被认为是系外行星大气的重要组成部分。然而，由于缺乏相关条件下硫物质的化学动力学信息，对系外行星背景下的硫光化学知之甚少。在这里，我们研究的光化学作用的硫化氢（H2S）在温暖的富含CO2的系外行星大气（800 K）进行实验室模拟。我们发现，H2S在光化学中起着重要的作用，即使在大气中的浓度相对较低（1.6%）。它参与气相和固相化学，导致其他含硫气体产物（CH 3SH/SO、C2 H4 S/OCS、SO2/S2和CS2）的形成，并导致固体混浊颗粒产生和组成复杂性的增加。我们的研究表明，我们可能会期望更厚的薄雾与小颗粒尺寸（20至140纳米）的温暖的富含CO2的系外行星大气中含有H2S。
2020-04-06 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres
对系外行星大气的研究是天文学中最令人兴奋和最具活力的前沿领域之一。在过去的二十年里，正在进行的调查揭示了系外行星系统的行星质量、半径、温度、轨道参数和宿主恒星性质的惊人多样性。我们现在正进入一个时代，在这个时代，我们可以开始解决有关系外行星组成、大气和内部过程以及形成历史的多样性的基本问题，就像过去一个世纪对太阳系行星所做的那样。系外行星大气通过其可观测的光谱特征提供了解决这些问题的直接手段。在过去十年中，特别是在过去五年中，利用各种空间和（或）地面观测设施，通过光度和光谱方法探测系外行星的大气特征方面取得了巨大进展。这些观测开始对各种大气特性提供重要的限制，包括压力-温度廓线、化学成分、能量循环、云的存在和非平衡过程。最新的研究也开始将推断出的化学成分与系外行星的形成条件联系起来。在本章中，我们回顾了系外行星大气领域的最新进展。我们的评论涵盖了系外行星大气观测和理论的进展，并涵盖了广泛的系外行星类型（气体巨星，冰巨星和超级地球）和检测方法（凌日行星，直接成像和径向速度）。最后，我们讨论了系外行星大气未来研究的光明前景。
2014-02-05 astro-ph.EP
ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere
本研究利用GRACES/Gemini North与UVES/VLT高分辨率透射光谱，以5.6σ置信度确认热木星WASP-31b大气中存在CrH，实现系外行星大气金属氢化物的首次高分辨率探测。
2023-07-12 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres - Chemistry, Formation Conditions, and Habitability
描述太阳系外行星的大气是太阳系外行星科学的新前沿。过去二十年的系外行星发现表明，系外行星在轨道和体积特性上非常常见且极其多样。我们现在进入了一个新的时代，我们开始研究系外行星的化学多样性，它们的大气和内部过程，以及它们的形成条件。该领域的最新发展使我们对系外行星大气化学及其形成条件的理解取得了前所未有的进步。我们在目前的工作中审查这些发展。我们详细回顾了迄今为止发现的所有系外行星的大气化学理论，从高度辐射的气体巨星，冰巨星和超级地球，到直接成像的大轨道分离的巨行星。然后，我们回顾了这些不同类型的系外行星大气中的化学物种的观测探测使用不同的方法，包括过境光谱，多普勒光谱，和直接成像。除了化学检测，我们讨论了在确定这些大气中的化学丰度的进展，以及如何使用这些丰度来约束系外行星的形成条件和迁移机制。最后，我们回顾了最近的理论工作的可居住的系外行星的大气，随后讨论了该领域的未来前景。
2016-04-20 astro-ph.EP
Haze Evolution in Temperate Exoplanet Atmospheres Through Surface Energy Measurements
光化学雾是温带系外行星大气中重要的不透明度来源，阻碍了目前观测表征系外行星大气成分。大气的浑浊程度取决于霾的产生和消除之间的平衡。然而，在系外行星条件下，霾粒子的物质依赖性去除物理学目前尚不清楚。在这里，我们提供了实验测量的表面能的温带系外行星烟雾的网格来表征在系外行星大气中的烟雾去除。我们发现，在不同的能源，大气成分和温度下产生的霾的表面能的大的变化。的雾的表面能被发现是最低的冷等离子体样品的400 K左右，导致最低的去除率。我们显示了一个暗示性的相关性，霾表面能和大气浑浊与行星平衡温度。我们假设，宜居带系外行星可能不那么模糊，因为它们拥有高表面能量的薄雾，可以有效地去除。
2021-07-15 astro-ph.EP
Exoplanet atmospheres: a brand-new and rapidly expanding research field
系外行星领域正在迅速扩大，从仅仅探测新行星和测量其最基本的参数，如质量、半径和轨道配置，到首次测量其大气特征，如温度、化学成分、湿度、动力学和结构。在这里，我将概述2010年9月之前关于系外行星大气层的一些主要发现，首先是从太空，然后是在过去两年中也从地面。
2010-12-14 astro-ph.EP
Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges and Prospects
系外行星科学正处于一场前所未有的革命的边缘。在过去十年中发现的数千颗系外行星最近又发现了附近低质量恒星周围的潜在宜居行星。目前，该领域正在迅速发展到详细的光谱观测，以确定这些行星的大气层。虽然来自太空和地面的各种调查预计将探测到更多围绕附近恒星运行的系外行星，但即将发射的JWST以及大型地面设施预计将彻底改变系外行星光谱学。这些观测，结合详细的理论模型和反演方法，为了解系外行星大气中的各种物理过程和化学成分提供了有价值的见解。根据行星的性质，大气成分的知识也可以对行星的形成和迁移机制、地球物理过程以及最终的生物特征产生重要的限制。在本综述中，我们将讨论系外行星大气这一前沿领域的现代和未来景观。我们将首先简要回顾该领域，强调从不同的观测方法和理论研究中获得的关键见解。其次是对该领域三个前沿分支的最新技术、挑战和未来前景的深入讨论。
2019-04-05 astro-ph.EP
A New Window into Escaping Exoplanet Atmospheres: 10830 Å Line of Helium
到目前为止，已经获得了一些系外行星逃离系外行星大气层的观测证据。它来自于在紫外线中探测到的强凌日信号，最明显的是在氢莱曼- $α$（Ly $α$）线的机翼上。然而，Ly $α$谱线的核心经常受到星际吸收和地冠辐射的严重影响，限制了从这部分光谱中提取的大气信息。在原子谱线上的凌日观测（a）足够灵敏，可以追踪行星风中的稀薄气体，（b）不会受到星际介质的显著消光，这可以实现更详细的观测，从而为逃逸大气的理论模型提供更好的约束。氦的亚稳态在10830 ° C的吸收线可以满足某些系外行星的这两个条件。我们开发了一个简单的一维模型逃逸行星大气含有氢和氦。我们用它来计算密度分布的氦在2 $^3$ S亚稳态激发态和预期的在运输中的吸收在10830度的两个已知的逃逸大气的系外行星。我们的研究结果表明，类似于GJ 436 b和HD 209458 b的系外行星应该在10830 ° C处表现出增强的过境深度，在线核中分别有$\sim 8\%$和$\sim 2\%$过量吸收。
2018-03-07 astro-ph.EP
Coexistence of CH4, CO2 and H2O in exoplanet atmospheres
我们提出了一个分类的系外行星大气的基础上，其H，C，O，N元素丰度低于约600 K。化学平衡模型运行的H，C，N，O丰度的所有组合，并发现三种类型的解决方案，这是对温度，压力和氮丰度的变化是强大的。A型大气含有H2O、CH4、NH3和H2或N2，但只有痕量的CO2和O2。B型大气含有O2、H2O、CO2和N2，但只有痕量的CH4、NH3和H2。C型大气含有H2O、CO2、CH4和N2，但只有痕量的NH3、H2和O2。其他分子在化学平衡中仅以ppb或ppm浓度存在，这取决于温度。C型大气层在太阳系中没有发现，那里的大气层通常足够冷，水可以凝结，但系外行星可能拥有这样的大气层。我们的模型表明，石墨（烟灰）云可以出现在C型大气中，除了水云，它可以出现在所有类型的大气中。完全平衡凝聚模型表明，暖岩的释气可以自然地提供C型大气。我们的结论是，C型大气，如果它们存在，将导致假阳性检测的生物特征在系外行星时，考虑到CH4和CO2的共存，并建议其他更强大的非平衡标记。
2020-10-23 astro-ph.EP
Aerosols in Exoplanet Atmospheres
对系外行星大气层的观测表明，气溶胶，就像在太阳系中一样，在各种温度和行星类型中都很常见。这些气溶胶的形成和分布与大气的组成和热结构密不可分。与此同时，这些气溶胶也会干扰我们对大气成分和热结构的探测，因此更好地了解气溶胶有助于更好地了解整个系外行星的大气。在这里，我们回顾了目前的知识状态的系外行星气溶胶确定从观测，建模和实验室实验。对凌日系外行星的透射光谱、昼侧发射和相位曲线的测量，以及对直接成像的系外行星和褐矮星的发射光谱和光变曲线的测量表明，气溶胶在系外行星大气中分布不均匀，气溶胶分布随行星平衡温度和重力而显著变化。参数化和微物理模型预测，这些气溶胶可能由氧化矿物质组成，如最热的系外行星的硅酸盐，而在较低温度下，主要气溶胶可能由碱金属盐和硫化物组成。来自光化学过程的粒子也可能在低温下产生，尽管实验室工作表明，它们的形成过程非常复杂。在未来几年，新的地面和空间观测站将有能力评估系外行星气溶胶的组成，而新的建模和实验室工作将改善我们对气溶胶形成和动力学的了解。
2021-02-06 astro-ph.EP
Modeling Exoplanetary Atmospheres: An Overview
我们回顾了当今时代系外行星模型大气计算的几个方面，重点是了解大气的温度-压力分布及其发射光谱。大多数的焦点是在气体巨行星，无论是在强烈的恒星辐射和孤立。恒星辐射，金属丰度，表面重力，C/O比，内部通量和云不透明度的作用进行了讨论。在适当的情况下，与研究得很好的褐矮星以及亚海王星和类地行星的大气层建立了联系。给出了热发射光谱上模型大气反演的说明性例子，并在大气丰度和行星形成模型的预测之间建立了联系。
2018-04-22 astro-ph.EP
Water on Hot Rocky Exoplanets
数据显示，大多数轨道周期为$p$ $<$ 100 d的岩石系外行星（“热”岩石系外行星）形成于富含气体的次海王星，随后失去了大部分的外壳，但这些岩石系外行星是否仍然有大气层是未知的。我们确定了一条路径，通过该路径，轨道周期为10-100天的1-1.7 $R_{Earth}$（1-10 $M_{Earth}$）岩石系外行星可以获得长寿命的10-2000巴的大气，这些大气是H $_2$ O主导的，平均分子量为$>$ 10。这些大气层是在行星从亚海王星演变成岩石系外行星的过程中形成的。由硅酸盐岩浆中的铁氧化物还原而成的H $_2$ O在岩浆中高度可溶，形成溶解的储层，只要H $_2$占主导地位的大气持续存在，就不会损失。大尺寸的溶解储库缓冲H $_2$ O气氛，防止H $_2$分散后的损失。在我们的模型中，一个长寿的，以水为主的大气是一个共同的结果，有效的相互作用之间的星云衍生的大气（峰值大气质量分数0.1-0.6重量%）和氧化岩浆（$>$ 5重量% FeO），其次是大气损失。这一观点预测，大多数轨道周期为10-100天，半径在半径谷下边缘0.1-0.2 $R_{Earth}$范围内的岩石行星仍然保留着H $_2$ O大气层。这一预测即将通过JWST进行测试，并对凌日超级地球的数据解释产生影响。
2021-03-13 astro-ph.EP
Detection of an Atmosphere on a Rocky Exoplanet
我们报告了在一颗岩石系外行星GJ 1132 b上探测到的大气层，该行星在大小和密度方面与地球相似。大气透射光谱使用哈勃WFC 3测量检测，并显示在低平均分子量大气中的气溶胶散射，HCN和CH $_{4}$的光谱特征。我们模拟了大气损失过程，并得出结论，GJ 1132 b可能失去了原始的H/He包层，这表明我们探测到的大气已经重建。我们探讨了H $_{2}$地幔脱气的可能性，以前确定为这颗行星的理论研究的可能性，并发现，从超还原岩浆放气可以产生所观察到的大气。通过这种方式，我们利用观测到的系外行星透射光谱来深入了解类地行星的岩浆成分。在这颗岩石行星上探测到大气层，提出了一种可能性，即许多被认为是次海王星蒸发核心的强辐射超级地球行星，在有利的情况下，可能拥有可探测的大气层。
2021-03-09 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres II: H2S and SO2 Photochemistry in Anoxic Atmospheres
硫气体是地球上火山和生物排放物的常见成分，预计将成为类地系外行星大气的重要输入气体。我们研究了大气成分和含硫化合物的类地系外行星的光谱（即，H2S和SO2）从其表面释放。本文采用一维光化学模型和辐射转移模型，研究了大气中硫从还原到氧化的化学过程。最重要的发现是，基于H2，N2和CO2大气模型，H2S和SO2在几乎所有类型的类地系外行星大气中的化学寿命都很短。这意味着直接检测表面硫排放是不可能的，因为它们的表面排放率需要非常高（>1000倍地球火山硫排放），这些气体才能达到可检测的水平。我们还发现，从地表排放的硫化合物导致大气中元素硫和硫酸的光化学形成，如果饱和，这些元素硫和硫酸会冷凝形成气溶胶。对于类太阳恒星或M星的宜居带中的类地系外行星，类地硫排放率导致在宽范围的颗粒直径（0.1-1微米）的以H2为主的还原性大气中由元素硫组成的光学厚雾，这在我们的模拟中被假定为自由参数。在由N2和CO2组成的氧化大气中，如果地表硫排放量比地球火山硫排放量高2个数量级，则会形成由元素硫气溶胶（S8）或硫酸气溶胶（H2SO 4）组成的光学厚霾。虽然不太可能通过H2S和SO2的光谱特征直接探测到它们，但可以通过用下一代空间望远镜观察反射光中与气溶胶有关的特征来推断它们的排放。
2013-02-26 astro-ph.EP
Gas Phase Chemistry of Cool Exoplanet Atmospheres: Insight from Laboratory Simulations
恒星紫外线通量引起的光化学反应应该会在系外行星大气中产生薄雾颗粒。最近的观测表明，系外行星的大气层中存在薄雾和/或云层。然而，行星外大气中的光化学过程在很大程度上仍然未知。我们用PHAZER室进行了实验室实验，以模拟在一系列系外行星大气（富氢，富水和富二氧化碳，在300，400和600 K）中形成的霾，并观察气相组成的变化（初始气体的破坏和新气体物种的形成）在这些实验中与质谱仪。质谱显示，不同的化学过程发生在实验中作为不同的初始气体混合物和不同的能源（等离子体或UV光子）的函数。我们发现，有机气体产品和O2的光化学产生的实验中，表明光化学生产是这些潜在的生物签名的非生物来源之一。多个模拟大气同时产生有机物和O2，这表明即使有机物和O2的共同存在也可能是假阳性生物特征。从气相组成的变化，我们确定了潜在的前体（C2 H2，HCN，CH 2NH，HCHO等）。对于雾的形成，其中可以发生复杂的反应并产生更大的分子。我们的实验室结果表明，复杂的大气光化学可能发生在不同的系外行星大气中，并导致新的气体产物和烟雾颗粒的形成，包括可能被错误地识别为生物特征的化合物（O2和有机物）。
2018-12-17 astro-ph.EP
The influence of stellar flare on dynamical state of the atmosphere of exoplanet HD 209458b
本文应用一个近距离巨行星HD 209458 b高层大气的一维空气力学模型，研究了行星大气对恒星耀斑引起的附加加热的反应。结果表明，恒星耀斑在极紫外波段吸收附加能量导致大气局部加热，并伴随着两个激波的形成，在大气中传播。我们讨论了可能的观测表现的冲击和可行性，他们的检测。
2018-09-04 astro-ph.EP
Investigating Close-in Exoplanets through Transit Observations
通过国际合作者，我们最近建立了一个由现有和工作中的米级望远镜组成的网络，以寻找行星凌日事件。作为第一步，我们专注于TrES3系统，并得出结论，可能有一定程度的过境时间变化。
2013-08-05 astro-ph.EP
Thin H$_2$-dominated Atmospheres as Signposts of Magmatic Outgassing on Tidally-Heated Terrestrial Exoplanets
本研究提出潮汐加热的偏心类地行星可通过火山脱气维持薄H$_2$主导大气，并建立内部-大气模型结合JWST观测以识别此类行星及其内部状态。
2025-10-08 astro-ph.EP
Transient conditions for biogenesis on low-mass exoplanets with escaping hydrogen atmospheres
平衡温度低于地球的系外行星和形成后蒸发的原始氢大气应该会经历海洋可以在其表面形成的短暂时期，因为液态水可以在几千巴的压力下形成，H2-H2碰撞引起的吸收提供了显着的温室效应。过渡期的持续时间取决于行星的大小、初始H2存量和恒星类型，最长的过渡期通常发生在M类恒星周围的行星上。由于富含氢的大气中的还原化学物质很容易形成生命前化合物，这些行星上的条件可能有利于生命的出现。在这种条件下，任何新生生物的最终命运都将取决于它们适应（或改变）逐渐变冷的环境的能力。
2012-03-13 astro-ph.EP
Corrigendum to "The upper atmosphere of the exoplanet HD209458b revealed by the sodium D lines: Temperature-pressure profile, ionization layer and thermosphere" [2011, A&A, 527, A110]
在用于分析HD 209458 b钠谱的代码中检测到错误（Vidal-Madjar et al. 2011）。在这里，我们提出了一个更新的T-P配置文件，并简要讨论的后果。
2011-10-26 astro-ph.EP
The MgI line: a new probe of the atmospheres of evaporating exoplanets
对HD209458b的紫外线凌日观测揭示了中性镁逃离行星高层大气的特征。在MgI谱线中检测到的吸收提供了关于大气吹离发生的高度处的物理条件的前所未有的信息。在这里，我们使用一个三维模型的大气逃逸，估计过境吸收签名的MgI线的宿主恒星。这些特征的可探测性取决于恒星的亮度和中性镁的逃逸率。我们确定了一个样本的潜在蒸发的系外行星，涵盖了广泛的恒星和行星的属性，其扩展的外球面可能会被检测到通过镁碘线观测与目前的紫外线设施，允许进一步的步骤比较系外行星学。
2014-11-03 astro-ph.EP
Spectra as Windows into Exoplanet Atmospheres
了解行星的大气层不仅是了解行星本身的必要条件，也是了解其形成、结构、演化和可居住性的必要条件，这就要求获得光谱，并开发可靠的解释工具来检索重要的行星信息。然而，对于系外行星来说，这两个目标还远未实现。在本文中，我提供了一个个人的观点外行星理论和遥感通过测光和低分辨率光谱。虽然不是在任何意义上的审查，本文强调了我们的知识的组成，热剖面，恒星辐射的影响，重点是，但不限于，过境巨行星的局限性。我认为，近年来系外行星大气研究的真正作用不是永远限制行星的性质，而是训练新一代科学家，通过快速的试错，为未来强大的系外行星科学奠定坚实的基础。
2013-12-06 astro-ph.EP
Comparative Analysis of the Model for Exoplanet Atmosphere Outflow
模拟行星大气外流对于理解系外行星系统的演化和解释其观测结果非常重要。系外行星大气层的现代理论模型变得越来越详细和多成分，这使得新的研究人员难以参与该范围。在这里，第一次，我们提出的气体动力学方法纳入我们的空气动力学模型，这已经提出了测试的结果。实验结果证明了该方法的正确性和实用性。为了模拟行星风，我们提出了一个新的流体动力学模型配备了恒星紫外辐射加热的唯象函数。在这个模型中的一般流动与在更详细的空气动力学模型中得到的结果很好地一致。该模型可用于方法的目的和测试的气体动力学模块的自洽化学动力学模型的行星风。
2021-05-29 astro-ph.EP
The Influence of Coronal Mass Ejections on the Gas Dynamics of the Atmosphere of a "Hot~Jupiter" Exoplanet
本文介绍了一颗“热木星”系外行星在中心恒星发生日冕物质抛射（CME）过程中大气层气体动力学的三维数值模拟结果。这些计算假设恒星风和日冕物质抛射的参数是典型的太阳值。流动模式的特征变化被认为是准封闭和封闭（但明显扭曲的恒星的引力影响）的系外行星的气体信封。它表明，一个典型的日冕物质抛射是足以撕裂的外部的一个不对称的信封，位于超出罗氏瓣，并进行它远离系外行星。这导致在CME通过期间，系外行星包层的质量损失率大幅增加。对于封闭的包层，质量损失率增加约11倍，对于准封闭的包层，质量损失率增加约14倍。可能的演化后果的损失的一部分，在通过的CME的大气进行了讨论。
2016-09-28 astro-ph.EP
Atmospheres of Rocky Exoplanets
岩石行星在其他恒星周围很常见，但它们的大气特性在很大程度上仍然不受约束。由于最近发现的大量行星和即将到来的观测能力的进步，我们准备在这十年内描述数十个岩石系外行星的大气层。在过去的几年里，对岩石系外行星大气层的理论理解已经取得了相当大的进展，对它们的演化、化学、动力学甚至可能的生物特征做出了可检验的预测。在这里，我们回顾了迄今为止在这一领域取得的主要进展，并讨论了未来的目标。我们的主要结论如下：1）许多岩石行星可能形成最初的H $_2$ -He信封，后来失去了空间，可能是由于恒星的紫外线/X射线照射和内部加热的组合。2)在演化的早期阶段之后，由于宿主恒星通量、大气逃逸率、内部交换和其他因素的变化，预计大气成分会有很大的多样性。3)观测结果排除了附近几颗岩石系外行星上存在以氢为主的大气层，以及一个目标上存在任何厚厚的大气层的可能性。在不久的将来，将有可能对这些行星和其他行星的大气层进行更详细的描述。4)系外行星生物圈搜索是一个令人兴奋的未来目标。然而，要对具有代表性的行星样本进行可靠的探测，就需要进一步提高观测能力，并增进我们对非生物行星过程的了解。
2022-07-25 astro-ph.EP
Chemical Timescales in the Atmospheres of Highly Eccentric Exoplanets
具有高度偏心轨道的近距离系外行星在近拱点和远拱点之间的入射恒星通量会发生很大的变化。这些变化可能导致大气温度的大幅波动，这反过来又可能导致大气化学的变化，从近地点的较高CO丰度到远地点的较高CH 4丰度。在这里，我们研究的化学时间尺度CO <->CH 4相互转换相比，轨道时间尺度和垂直混合时间尺度的高度偏心的系外行星HAT-P-2b和CoRoT-10 b。随着系外行星大气层冷却，CO CH 4的化学时间尺度<->往往超过轨道和/或垂直混合时间尺度，导致淬火。轨道诱导的热猝灭和垂直猝灭的相对作用取决于相对于轨道时间尺度的混合时间尺度。对于HAT-P-2b和CoRoT-10 b，垂直猝灭将决定<->在较快垂直混合速率（Kzz > 10^7 cm ^2 s^-1）下CO CH 4化学的不平衡，而轨道诱导的热猝灭可能在较慢混合速率（Kzz < 10^7 cm ^2 s^-1）下起重要作用。一般丰度和化学时标的结果-计算压力，温度和金属量的函数-可以应用于不同的大气剖面，以估计淬火水平和不平衡丰度的CO和CH 4的氢为主的系外行星。对高偏心率系外行星上的CO和CH 4的观测可能会产生关于其大气化学和动力学性质的重要线索。
2012-07-13 astro-ph.EP
Detecting industrial pollution in the atmospheres of earth-like exoplanets
在过境系外行星的大气中检测生物特征，例如分子氧与还原气体的结合，一直是寻找外星生命的主要焦点。我们指出，除了这些通用指标，人为污染可以被用作智能生命的一种新的生物特征。为此，我们确定了地球大气中的污染物，这些污染物在詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）覆盖的光谱范围内具有显著的吸收特征。我们专注于四氟甲烷CF 4和三氯氟甲烷（CCl 3F），这是最容易检测到的人类活动产生的氯氟烃（CFC）。我们估计，~1.2天（~1.7天）的总积分时间将足以检测或限制CCl 3F（CF 4）的浓度到目前陆地水平的~10倍。
2014-07-21 astro-ph.EP
Possibilities for an Aerial Biosphere in Temperate Sub Neptune-Sized Exoplanet Atmospheres
通过探测系外行星大气生物特征气体寻找生命迹象的工作正在取得进展。然而，只有少数岩石系外行星的大气层适合用计划中的下一代望远镜进行观测。为了拓宽前景，我们描述了一个空中的，液态水云为基础的生物圈在亚海王星大小的温带系外行星的大气层中的可能性，那些接收类似地球的辐射从他们的主恒星。已知有一颗这样的行星（K2- 18 b），其他候选者正在跟踪。亚海王星比岩石系外行星更常见，也更容易观测研究，因为它们的体积更大，密度更低，大气层或包层更大。然而，正如我们所知，海王星下缺乏任何固体表面，因此值得考虑它们的大气层是否能够支持空中生物圈。我们回顾，综合，并建立在现有的研究。被动的微生物类生命粒子必须在有液态水云的地区持续足够长的时间进行代谢、繁殖和传播，然后才能向下运输到较低的海拔，那里可能太热，任何种类的生命都无法生存。需要动力学研究来充实生命粒子停留时间的定量细节。子海王星需要成为具有不稳定小行星带的行星系的一部分，以便陨石物质提供营养，尽管生命也需要有效地重复使用和回收金属。生命的起源可能是最严峻的限制性挑战。不管不确定性如何，我们可以对寻找生物特征气体保持开放的态度，作为对亚海王星系外行星的一般观测研究的一部分。
2021-06-14 astro-ph.EP
Biosignature Gases in H2-Dominated Atmospheres on Rocky Exoplanets
超级地球系外行星被发现的频率越来越高，有些行星将能够保持稳定的H2主导的大气。我们通过使用具有光化学的模型大气和生物量估计框架来评估一系列生物特征气体候选物的可信度，研究具有稀薄H2大气和宜居地面温度的系外行星上的生物特征气体。我们发现，光化学产生的H原子是最丰富的活性物种在H2气氛。在高CO2含量的大气中，原子O是某些分子的主要破坏性物质。在类似太阳-地球的紫外线辐射环境中，H（在某些情况下还有O）将迅速破坏几乎所有感兴趣的生物特征气体。在相同的情况下，来自UV安静M星的较低UV通量将产生较低浓度的H（或O），从而使一些生物特征气体积累。低紫外线辐射环境对H2气氛的可吸收性与氧化气氛的情况非常相似，其中光化学产生的OH是主要的破坏性物质。因此，与类似太阳的UV环境相比，大多数潜在的生物特征气体，例如DMS和CH 3Cl在低UV环境中更有利。一些有希望的生物特征气体候选者，包括NH3和N2 O，即使在类似太阳的紫外线环境中也是有利的，因为这些气体直接被光解而不是被H（或O）破坏。一个更微妙的发现是，大多数由生命产生的气体是一种元素的完全氢化形式，如CH 4，H2S，在富含H2的大气中不是生命的有效迹象，因为主要的大气化学将通过光化学或地球化学产生这些气体。合适的生物特征气体在富氢的大气中的超级地球系外行星过境M星可能会被检测到的透射光谱与JWST。
2013-09-24 astro-ph.EP
Clouds and Hazes in Exoplanet Atmospheres
云和霾在太阳系行星的大气层中很常见，在太阳系外行星的大气层中也很可能无处不在。云影响行星大气的各个方面，从辐射的传输到大气化学，再到动力学，它们影响--如果不是控制--诸如地面温度和可居住性等方面。在这篇评论中，我们的目的是提供一个介绍的作用和性质的云在系外行星大气。我们认为云在影响行星的光谱以及它们的可居住性和可探测性方面发挥的作用。我们简要地总结了云是如何在陆地气候模型中处理，并考虑到目前为止已经采取了更简单的方法来模拟系外行星云，我们也审查的证据。由于云在某些类褐矮星的大气中起着重要作用，我们也简要地讨论了褐矮星云的建模。我们还审查了云粒子的散射和消光效率可能是近似的小颗粒和大颗粒的某些限制情况下，以促进物理理解。由于云在行星大气中扮演着如此重要的角色，云模型很可能被证明是我们解释未来太阳系外行星观测能力的限制因素。
2013-01-23 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres III: Photochemistry and Thermochemistry in Thick Atmospheres on Super Earths and Mini Neptunes
一些超级地球和迷你海王星可能会有厚厚的大气层，而不是H2占主导地位。我们已经开发了一个光化学-热化学动力学传输模型，用于探索超级地球和迷你海王星上厚大气的组成，适用于H2为主的大气和非H2为主的大气。使用这个模型来研究厚大气的温度和元素丰度范围很广，我们把它们分为富氢大气，富水大气，富氧大气和富烃大气。我们发现，碳的形式是CO2，而不是CH 4或CO在H2贫水占主导地位的厚的气氛，并从氧贫富碳气氛中的轻元素的优选损失导致不饱和烃（C2 H2和C2 H4）的形成。我们应用我们的自洽大气模型来计算已知的过境低质量系外行星GJ 1214 b，HD 97658 b和55 Cnc e的光谱和诊断功能。对于GJ 1214 b类行星，我们发现：（1）C_2H_2在1.0和1.5微米的透射特征和C_2H_2和C_2H_4在9-14微米的热辐射特征是富烃大气的诊断特征;（2）探测到水蒸气特征和确认不存在甲烷特征将为大气以水为主提供足够的证据。总的来说，我们的模拟表明，在解释超级地球/迷你海王星的光谱时，必须考虑化学稳定性。水占主导地位的大气只存在于碳氧比远低于太阳比的情况下，这表明这种大气可能很罕见。
2014-01-05 astro-ph.EP
Cloud Base Signature in Transmission Spectra of Exoplanet Atmospheres
我们提出了一个过境系外行星的透射光谱的分析模型，表明云基地可以产生一个可观察到的拐点的频谱。折射的波长和大小可以用来打破大气压力和云的主要物质的丰度之间的简并性，然而，丰度仍然取决于云粒子的大小。观测到的拐点也提供了大气P-T廓线上的一个特定点，给了我们一个“温度计”来直接验证或排除假设的云种类。我们将该模型应用于HD 189733 b的渡越谱。
2014-06-16 astro-ph.EP
The influence of the Extreme Ultraviolet spectral energy distribution on the structure and composition of the upper atmosphere of exoplanets
通过改变恒星极紫外（EUV）光谱能量分布（SED）的剖面，我们测试了恒星EUV SED对逃逸大气物理和化学性质的影响。我们应用我们的模型研究了四颗系外行星，HD 189733 b，HD209458 b，GJ 436 b和Kepler-11b。我们发现，系外行星的总质量损失率，这主要是由综合通量，是适度的影响由配置文件的EUV SED，但组成和物种分布在大气中可以显着修改的EUV SED的不同配置文件。对于具有高流体动力学逃逸参数（$λ$）的系外行星，在不同高度光电离产生的原子氢的量可以随着恒星EUV SED的变化而变化一到两个数量级。当极紫外自辐射光谱处于低能区（400-900 $Å$）时，H的光电离效应显著，H/H $^{+}$跃迁向低空移动。相反，当大多数光子集中在高能光谱区（50-400 $Å$）时，H/H $^{+}$跃迁向更高的高度移动。对于具有低$λ$的系外行星，大气的较低温度使得许多化学反应如此重要，以至于光致电离不再能够确定逃逸大气的组成。对于HD 189733 b，可以通过宿主K星的EUV SED的变化来解释\lya \在2010年和2011年之间的时间变化，但只调用大气中的热H\，I。
2015-12-21 astro-ph.EP
Atmospheres as a Window to Rocky Exoplanet Surfaces
本研究利用平衡化学模型发现类金星岩质系外行星的压力—温度状态边界可同时区分地壳矿物与大气组成，从而支持通过大气光谱推断表面矿物学。
2023-12-18 astro-ph.EP
A time-dependent radiative model for the atmosphere of the eccentric exoplanets
我们提出了一个太阳系外行星大气层的时间依赖的辐射模型，考虑到它们的轨道偏心率。除了行星与恒星距离的变化对恒星辐射的调制外，行星的伪同步旋转也可能起着重要的作用。我们包括这两个随时间变化的影响时，建模的行星热结构。本文研究了两颗高偏心率行星的热结构和随时间变化的恒星加热光谱特征。最后，我们讨论了这些行星的观测方面适合斯皮策测量，并调查的旋转速率的作用。
2010-02-24 astro-ph.EP
Characterizing Exoplanet Atmospheres: From Light-curve Observations to Radiative-transfer Modeling
多波长凌日和二次日食光变曲线观测是探测系外行星热化学性质的一些最有力的技术。虽然行星与恒星的亮度对比度很大，可用的光谱带很少，产生的数据信噪比很低，但贝叶斯方法可以鲁棒地揭示我们可以设置哪些约束，而不会过度解释数据。在这里，我对过境系外行星数据进行了端到端的分析。我分析了三颗行星的太空望远镜数据，以描述它们的大气层并改进它们的轨道，研究了相关的噪声估计器，并为各自的数据分析管道的开发做出了贡献。第2章和第3章描述了用于轨道、轨道和凌日的测光（POET）管道，以模拟斯皮策太空望远镜的光变曲线，应用于天文学家大小的行星WASP-8b和TrES-1的二次日食观测。第4章研究了常用的相关噪声估计的系外行星光变曲线建模，时间平均，残差排列，小波似然，并评估其适用性和局限性估计参数的不确定性。第5章介绍了用于描述系外行星大气特征的开源贝叶斯大气辐射转移（BART）代码。BART结合了热化学平衡代码、一维逐行辐射转移代码和多核马尔可夫链蒙特卡罗统计模块，以约束系外行星的大气温度和化学丰度分布。我将BART代码应用于哈勃和斯皮策太空望远镜对海王星大小的行星HAT-P-11b的过境观测。BART发现大气中的重元素含量增加，将水的丰度限制在太阳丰度的100倍左右。
2016-04-05 astro-ph.EP
Detection of Aerosols at Microbar Pressures in an Exoplanet Atmosphere
在微巴压力下形成的薄雾已经被外行星大气的理论模型所探索，以解释瑞利散射和/或无特征的透射光谱，然而，在低压形成环境中气溶胶的观测证据已被证明是难以捉摸的。在这里，我们展示了气溶胶存在的直接证据，在温暖的亚土星WASP-69 b的大气中，使用哈勃太空望远镜上的空间望远镜成像光谱仪（STIS）和宽视场相机3（WFC 3）仪器进行观测，在$\sim$ 1微巴的压力。透射光谱显示了由气溶胶散射引起的波长依赖性斜率，其覆盖了光谱调制的11个尺度高度。借鉴在我们的太阳系的阴霾的广泛研究，我们的模型的基础上的木星的阴霾密度分布的缩放版本的透射光谱表明，WASP-69 b的透射光谱可以通过散射从一个近似恒定的密度的颗粒延伸到整个大气柱从40毫巴到微巴的压力。这些结果与基于气溶胶粒子的微观物理学的理论预期一致，该理论预期表明霾可以在系外行星大气中的微巴压力下存在。
2021-07-09 astro-ph.EP
Photochemistry in Terrestrial Exoplanet Atmospheres I: Photochemistry Model and Benchmark Cases
我们提出了一个全面的光化学模型，探索地球系外行星大气的化学成分。光化学模型是从头开始设计的，有能力处理所有类型的类地行星大气，从氧化到还原，这使得代码适用于广泛的预期类地系外行星成分的应用。一维化学传输模式处理多达800个化学反应，光化学过程，干和湿沉积，表面排放和热逃逸的O，H，C，N和S轴承物种，以及元素硫和硫酸气溶胶的形成和沉积。我们通过计算当前地球和火星的大气成分来验证该模型，并与地球和火星大气中主要痕量气体的观测结果一致。我们模拟了几个合理的类地系外行星的大气场景，并选择了三个基准情况下，从还原到氧化的大气。最有趣的发现是，在缺氧的大气中，原子氢总是比羟基自由基更丰富的活性自由基。原子氢是否是感兴趣分子的最重要的去除路径还取决于相关的反应速率。我们还发现火山碳化合物（即，CH4和CO2）在化学上是长寿命的，并且在还原性和氧化性气氛中往往很好地混合，并且它们到表面的干沉积速度控制大气氧化状态。此外，我们重新审视了光化学产生的氧气是否会导致检测含氧光合作用的误报，并发现在1巴富含二氧化碳的大气中，如果没有还原气体的表面排放，氧气和臭氧可能会达到以前被认为是生命的独特特征的水平。
2012-10-25 astro-ph.EP
A better characterization of the chemical composition of exoplanets atmospheres with ARIEL
自从二十多年前发现第一颗太阳系外行星以来，我们已经发现了近四千颗围绕太阳以外恒星运行的行星。目前的观测仪器（哈勃空间望远镜、斯皮策和地面设施）使科学界能够获得关于这些行星的物理和化学性质的重要信息。然而，为了更深入地描述这些世界，需要更强大的望远镜。由于其仪器的高灵敏度，下一代空间天文台（例如JWST，ARIEL）将提供前所未有的质量观测，使我们能够提取比以前更多的信息。这种高质量的观测将为系外行星大气的理论模型提供约束，并导致对其物理和化学的更好理解。在过去几年中进行了重要的建模工作，表明许多参数和过程（如元素丰度、温度、混合等）可能会影响系外行星的大气成分，从而影响可观测的光谱。在这篇手稿中，我们回顾了不同的参数，可以影响系外行星大气的分子组成。我们表明，ARIEL观测的高精度将改善我们对系外行星大气的看法和表征。我们还考虑了未来的发展是必要的，以改善大气模型，驱动的需要解释现有的观测。
2018-05-02 astro-ph.EP
Composition of Terrestrial Exoplanet Atmospheres from Meteorite Outgassing Experiments
类地系外行星可能在吸积过程中和吸积之后通过释气形成初始大气，尽管目前还没有关于如何将行星的整体组成与其早期大气特性联系起来的第一原理理解。对这种联系的重要见解可以通过分析陨石来获得，陨石是行星构建模块的代表性样本。我们进行实验室放气实验，使用质谱仪测量陨石样品加热到1200 $^{\circ}$ C时释放的挥发物的丰度。我们发现，从三个碳质球粒陨石样品的释气一致地产生H $_2$ O-丰富（平均~ 66%）的气氛，但有显着量的CO（~ 18%）和CO $_2$（~ 15%），以及较少量的H $_2$和H $_2$ S（高达1%）。这些结果提供了实验上的初始化学成分的理论模型中的类地行星大气，提供丰富的主要气体物种作为温度的函数。
2021-04-16 astro-ph.EP
Photochemical Haze Formation in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes
紫外线辐射可在系外行星大气中引发光化学过程，并产生烟雾颗粒。最近的观测表明，薄雾和/或云层可能存在于系外行星的上层大气中。霾粒子在行星大气中起着重要作用，并可能为表面提供有机物质的来源，这可能影响生命的起源或进化。然而，关于寒冷、高金属含量的系外行星大气中的光化学过程的信息知之甚少。在此之前，我们在实验室大气模拟实验中使用AC等离子体作为能源研究了霾的形成和颗粒尺寸分布。在这里，我们使用UV光子而不是AC等离子体来启动化学反应，因为UV辐射驱动的光化学反应对于理解系外行星大气层很重要。我们提出了光化学烟雾的形成在目前的紫外线实验中，我们调查了一系列的大气金属（100倍，1000倍，和10000倍太阳金属）在三个温度（300 K，400 K，和600 K）。我们发现，在所有模拟的大气中产生的光化学烟雾与温度相关的生产率：在每个金属丰度组中产生的颗粒随着温度的升高而减少。用原子力显微镜拍摄的图像显示颗粒尺寸（15-190 nm）随温度和金属度而变化。我们的实验室实验结果为光化学烟雾的形成和性质提供了新的见解，这可以指导系外行星大气建模，并有助于分析和解释当前和未来的系外行星观测。
2018-05-26 astro-ph.EP
Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone
Harvard University（哈佛大学）；Carnegie Science Observatories（卡内基科学天文台）；Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛工程学院与应用科学学院）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究所）；Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院地球、大气和行星科学系）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构地球与行星实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系）；Department of Physics, Washington University（华盛顿大学物理系）
研究对LHS 1140b这颗位于宜居带的岩石系外行星进行光谱观测，通过近红外凌星光谱发现其大气有氦逃逸且随时间变化，解释结果与大气分馏模型一致，同一系统中更小且辐照更强的LHS 1140c未检测到氦吸收。
2026-07-17 astro-ph.EP
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. V. Non-gray Thermal Structure with Coherent Scattering
我们应用栅栏处理来模拟谱线对辐照大气热结构的影响。这些线可能是由于纯粹的吸收过程、纯粹的相干散射过程或吸收和散射的某种组合。如果这些谱线是纯粹的吸收过程，那么大气的表面层会更冷，而如果这些谱线是纯粹的相干各向同性散射，那么这种表面冷却就完全不存在。这些线条也导致了更深层次的气氛升温。然而，较深层的变暖与谱线形成的性质无关。考虑到短波和长波连续谱中的相干各向同性散射，在大气范围内产生了反温室变冷和温室变暖。相干各向同性散射线和连续的影响，在串联操作，以确定所产生的辐射大气的热结构。
2018-03-01 astro-ph.EP
A Temperature Trend for Clouds and Hazes in Exoplanets Atmospheres
用哈勃太空望远镜（HST）在近红外波段（1.1-1.65 $μ$ m）观测到的系外行星大气的透射光谱经常显示出云和雾的某种组合的证据。确定系外行星云和霾的系统趋势对于了解大气成分和温度结构可能很重要。在这里，我们报告的光谱调制的分析使用一个大的，统一处理的样本HST/WFC 3过境光谱从62个系外行星。光谱检索包括检测和表示大气成分偏离热化学平衡的能力。通过使用这个独特的目录和测量阻尼的光谱调制相比，严格清晰的大气，我们确定了两个人口。一种是在很宽的温度范围内完全无云/霾，而另一种被称为"部分云/霾“，遵循从大约500 K的多云/霾到$\sim$ 1500 K的晴朗的趋势。我们还发现，部分透明的气溶胶成分是经常存在的，它通常是垂直分布在整个大气柱。我们的研究结果还表明，虽然云和薄雾在系外行星大气中很常见，但大多数行星都有一定程度的可检测光谱调制。此外，在我们的目录中揭示的云和霾在1460.86 K $^{+316}_{-405}$最小化的经验趋势对于模拟大规模凌日系外行星调查的性能具有预测效用，例如Ariel任务计划。这一趋势也可以用于在未来JWST观测的背景下对给定源的光谱调制进行基于概率的预测。未来的观测，包括光学和/或更广泛的光谱覆盖范围，可能有助于进一步量化这里报告的趋势。
2022-11-11 astro-ph.EP
HyDRo: Atmospheric Retrieval of Rocky Exoplanets in Thermal Emission
发射光谱是一种很有前途的技术，可以用来观察岩石系外行星的大气，探测它们的化学和热分布。我们提出了HyDRO，大气检索框架的岩石系外行星的热发射光谱。HyDro不对背景大气成分进行预先假设，因此可以用于解释成分未知的次级大气的光谱。我们使用HyDro来评估可以使用JWST放置在岩石系外行星大气层上的化学约束。首先，我们确定了目前已知的最好的岩石系外行星候选者的热辐射光谱观测与JWST，发现超过30个已知的岩石系外行星的热辐射将被JWST/MIRI检测到在不到10个日食在R~10。然后，我们考虑在~400-800 K平衡温度范围内观测三颗有希望的岩石系外行星的大气层所需的观测结果：Trappist-1 b，GJ 1132 b和LHS 3844 b。考虑到一系列富CO_2-H_2O的大气成分，我们发现只要有8次LHS 3844 b或GJ 1132 b与MIRI的食就能对它们的大气化学成分产生重要的制约。这包括在无云的富CO_2成分的情况下对CO_2和H_2O的可靠探测，除了排除裸露岩石的情况。同样地，用MIRI/LRS观测Trappist-1b的30次日食，可以探测到无云的富CO_2或CO_2-H_2O大气。HyDro将允许使用JWST观测岩石系外行星的重要大气约束，提供有关其地球化学环境的线索。
2021-12-09 astro-ph.EP
Repeated Cyclogenesis on Hot-Exoplanet Atmospheres with Deep Heating
本研究通过高分辨率模拟比较潮汐锁定气态巨系外行星的浅层与深层加热，发现深层加热会导致反复生成并西移的巨型气旋风暴及湍流混合，且不同加热类型的热通量可由现有观测区分。
2023-12-07 astro-ph.EP
Buildup of Abiotic Oxygen and Ozone in Moist Atmospheres of Temperate Terrestrial Exoplanets and its Impact on the Spectral Fingerprint in Transit Observations
我们研究了温带类地系外行星潮湿大气中通过水蒸气光解产生的氧气及其光化学副产物臭氧。行星中层大气中可用于光解的水蒸气的数量可能受到大气冷阱的限制，其形成在很大程度上取决于不可冷凝气体的数量。我们研究了这种影响，使用光化学模型耦合到一维辐射对流平衡模型在大气中的N2，CO2和H2O作为主要成分。我们发现，在大气中具有低的N2库存，水蒸气混合比在中间的大气中可以超过两个数量级的高相比，与地球一样的N2库存的大气。如果没有一个强大的表面下沉，不可凝结的氧气可以迅速积聚，使高层大气干燥。有了一个适度的表面下沉，地球可以接近一个稳定的状态，具有显着的氧气混合比，其中氧气的生产是由表面吸收平衡。我们使用一个辐射转移模型来研究过境观测中这些大气的光谱指纹。非生物氧和臭氧的光谱特征可以与地球作为系外行星的光谱相当。由于氧气对水蒸气分布的影响，中层大气水蒸气不太可能是氧气非生物来源的有用指标。这表明，大气中的氧气和臭氧不能用作二元生物指示剂，对它们的解释可能需要大气和行星模型。
2018-05-25 astro-ph.EP
The Detectability and Characterization of the TRAPPIST-1 Exoplanet Atmospheres with JWST
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将首次提供机会以足够的精度来表征类地系外行星，以识别高平均分子量的大气，而TRAPPIST-1的七颗已知的过境地球大小的行星是特别有利的目标。为了帮助社区准备JWST，我们使用TRAPPIST-1系外行星的合理海洋损失和可居住环境的模拟，并测试所有明亮物体时间序列光谱模式和所有MIRI测光过滤器的模拟，以确定使用传输和发射观测进行大气检测和表征的最佳观测策略。我们发现，透射光谱与NIRSpec棱镜是最佳的检测地球，含二氧化碳的大气，可能在不到10个过境的所有七个TRAPPIST-1行星，如果他们缺乏高海拔气溶胶。如果TRAPPIST-1行星拥有类似金星的H2SO 4气溶胶，则可能需要多达12倍的凌日才能探测到大气层。我们提出了最佳的仪器和观测模式，在一个给定的陆地大气中的单个分子物种的检测和观测策略，用于区分进化状态。我们发现，水可能是令人望而却步的难以检测金星和可居住的大气层，由于其存在于大气中的传输光谱较低的敏感性。虽然生物O2和O3的存在将是非常具有挑战性的检测，从过去的海洋损失非生物产生的氧气可能是可检测的所有七个TRAPPIST-1行星通过O2-O2碰撞引起的吸收在1.06和1.27微米，或通过近红外O3功能的外部三个行星。我们的研究结果构成了一套假设的性质和可探测性的高度进化的陆地系外行星的大气，可以测试与JWST。
2019-05-17 astro-ph.EP
Ohmic heating in the upper atmosphere of hot exoplanets The influence of a time-varying magnetic field
本研究量化了热系外行星高层大气中由时变磁场感应的欧姆加热，开发一维模型应用于Trappist-1 b和π Men c，发现其可媲美甚至超过XUV加热，并屏蔽外部磁场。
2024-12-18 astro-ph.EP
Detection of Carbon Monoxide and Water Absorption Lines in an Exoplanet Atmosphere
确定系外行星的大气结构和化学成分仍然是一个艰巨的目标。幸运的是，对系外行星及其大气层的研究取得了直接成像的形式-从其母星空间分辨行星-这使得在类木星轨道上的自发光行星的高分辨率光谱学成为可能。在这里，我们呈现了一个光谱，其中包含许多来自水和一氧化碳的分子线，这些分子线来自一颗距离恒星HR 8799不到40 AU的大质量行星。这些数据揭示了这颗行星的化学成分、大气结构和表面重力，证实它确实是一颗年轻的行星。这些谱线表明大气中的碳氧比大于主星的碳氧比，这为行星的形成提供了线索。
2013-03-13 astro-ph.EP
