Habitability Study of Terrestrial Planets: Application to Venus-like Worlds
St Joseph’s University(圣约瑟夫大学);M. P. Birla Institute of Fundamental Research(M.P.比尔拉基础研究所);NoRCEL Institute(NoRCEL研究所)
研究类地行星适宜性,提出VSI指数以评估类金星环境,并引入AVSI和FESI探讨早期金星条件与地球演化潜力。
2026-08-12 astro-ph.EP
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
Beyond Rebalancing: Benchmarking Binary Classifiers Under Class Imbalance Without Rebalancing Techniques
Department of Information Systems and Security, College of Information Technology and Center for Artificial Intelligence and Digital Innovation, United Arab Emirates University(信息系统与安全系,信息技术学院和人工智能与数字创新中心,阿联酋大学);College of Engineering and Technology, American University of the Middle East(工程与技术学院,中东大学)
本研究系统评估了多种二分类器在无显式重平衡技术下对类别不平衡的鲁棒性,发现TabPFN和基于提升的集成模型在极端不平衡下仍保持较高性能。
2026-06-16 cs.AI cs.IT cs.LG
Habitability of polar regions in tidally locked extrasolar planet near the M-Dwarf stars
自从十多年前开普勒和哈勃发射以来,我们在寻找潜在的宜居系外行星方面已经取得了很大进展。到目前为止,我们已经发现了4000多颗系外行星,其中大部分不适合维持生命。在所有可能维持生命的行星中,有大量行星被发现围绕其母星同步旋转,其中大部分是红矮星。由于它们的同步旋转,这些行星受到非常不均匀的恒星加热。这些行星的同步旋转导致行星的一面永远面对母星,而另一面保持黑暗。这导致极端的气候条件,无法维持生命。虽然这些关于系外行星的理论是众所周知的,但使用不同的气候模型对系外行星内极地区域的可居住性进行系统的研究还没有完成。在这里,我回顾了目前的文献潮汐锁定及其对可居住性的影响,并介绍了这些系外行星的极点的可居住性的概念。我着重于我对地球极地气候条件的理解,并在此基础上,我提出了这些系外行星极地的可居住性概念。
2020-03-26 astro-ph.EP
Astrophysical Conditions for Planetary Habitability
随着数百颗系外行星的发现,以及潜在数量巨大的类地行星等待被发现,其适居性条件已成为系外行星研究的焦点。宜居带的经典图像主要依赖于恒星通量,允许液态水存在于具有合适大气层的类地行星表面。然而,许多其他恒星和行星的性质限制了可居住性。除了取决于行星内部结构和组成的“地球物理”过程外,一系列复杂的天体物理因素也决定了可居住性。其中,变化的恒星紫外线,极紫外线和X射线辐射,恒星和行星际磁场,电离风和高能粒子控制上层行星大气的构成及其物理和化学演化。短期和长期的恒星变化需要完全依赖于时间的研究,以了解行星在任何时间点的可居住性。此外,行星系中的动力学效应和水向类地行星的输送也构成了根本性的重要限制。我们将回顾这些天体物理条件下的恒星性质的长期演化的关键方面,随之而来的极端条件下的早期演化阶段的行星系,和重要的相互作用的主机恒星和它的行星的属性。
2014-07-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Similarity indexing of exoplanets in search for potential habitability: application to Mars-like worlds
对系外行星的研究是当前行星科学和天体生物学研究的主要目标之一。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在找到一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟,并回答潜在的外可居住性问题。地球相似性指数(ESI)是这一探索的第一步,范围从1(地球)到0(与地球完全不同)。它被定义为行星的四个物理参数:半径、密度、逃逸速度和地面温度。ESI又分为内部ESI(半径和密度的几何平均值)和表面ESI(逃逸速度和地面温度的几何平均值)。这里的挑战是确定哪些系外行星参数在发现这种相似性方面是重要的;进入内部ESI和表面ESI的各个参数对全球ESI的贡献如何。由于进入地面ESI的地面温度是不可观测的量,因此难以确定其值。利用太阳系天体的已知数据,建立了太阳系外行星表面温度与平衡温度之间的定标关系,设计了一种估算太阳系外行星地面温度的有效方法,并利用我们的图解方法进行了进一步的分析。一种名为火星相似性指数(MSI)的新方法被引入,以识别可能适合极端生命形式居住的行星。MSI定义在1(现在的火星)和0(与现在的火星不同)之间,并使用与ESI相同的物理参数。我们对类火星行星感兴趣,以寻找可能存在极端生命形式的行星,例如生活在地球极端环境中的生命形式;例如,火星上的甲烷可能是甲烷特有的极端生命形式代谢的产物。
2018-06-07 astro-ph.EP
MHD simulations of the space weather in Proxima b: Habitability conditions and radio emission
本研究通过三维磁流体动力学模拟,分析比邻星b在不同空间天气下的宜居性与射电辐射,明确磁场、倾角的屏蔽作用及辐射强度规律,为近轨巨行星射电探测提供依据。
2024-05-29 astro-ph.EP
Galactic Effects on Habitability
银河系的环境被怀疑在许多方面影响行星的可居住性。银河系中非常缺乏金属的区域,或者那些基本上没有比H和He更大质量的原子的区域,被认为无法形成可居住的行星。此外,如果这样的行星确实形成,年轻的系统在其恒星诞生星团中居住时会受到恒星通道的影响。集群分散后,各种潜在的危险仍然存在。例如,银河系中央区域可能会通过附近的超新星、伽马射线暴(GRB)和频繁的彗星阵雨对可居住性造成风险。此外,位于非常广阔的双星系统中的行星会受到银河系的影响,因为来自银河系的局部引力扰动会增加双星的离心率,直到它使其所在的行星不稳定。在这里,我们回顾了最近的工作主要银河系的影响行星的可居住性。虽然一定有一些金属丰度极限,低于这个极限岩石行星不能形成,但最近的系外行星调查显示,它们形成于金属丰度范围非常大的恒星周围。一旦形成,星团破坏行星系稳定的可能性只有在罕见的、寿命极长的星团中才会变高。关于超新星、伽马射线暴和彗星雨对可居住性的威胁,最近的许多研究表明,它们的危害比最初想象的要有限。最后,银河系中密度更大的区域增强了非常宽的双星对行星可居住性的威胁,但是对于任何环境来说,非常宽的双星破坏可居住性的可能性总是大大低于100%。虽然银河系的某些区域一定比其他区域更适合宜居行星,但很难说宜居行星仅限于银河系的任何明确区域,或者银河系的任何其他特定区域都不适合居住。
2018-01-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The habitability of the Milky Way during the active phase of its central supermassive black hole
在吸积阶段的高峰期,星系核心的超大质量黑洞会释放出非常高水平的电离辐射,在星系际距离上成为类星体或活动星系核(AGN)。在这里,我们量化了银河系中心超大质量黑洞的活动程度,被称为人马座A*(Sgr A*),可能影响了我们银河系中类地行星的可居住性。我们专注于大气损失的数量和可能遭受的行星暴露于X射线和极紫外线(XUV)辐射期间产生的Sgr A* 活跃阶段的高峰期的生物损害。我们发现,类地行星即使在距离银河系中心很远的地方(约1千秒差距),也可能失去与现在地球相当的总大气质量。此外,我们发现,在活动星系核阶段,Sgr A* 对没有被大气层适当屏蔽的行星表面生命造成的直接生物损害可能是显著的,可能阻碍了距离银河系中心几千秒差距内复杂生命的发展。
2017-11-30 astro-ph.EP
Planetary Habitability Under the Light of a Rapidly Changing Star
University of California, Riverside(加州大学河滨分校);University of Colorado(科罗拉多大学);University of Washington(华盛顿大学);SETI Institute(SETI研究所)
研究评估了恒星变异性对宜居带内行星平衡温度和水保留的影响,发现变异性对温度影响较小,但指出极端变异性下行星检测更具挑战性。
2025-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamics of exoplanetary systems, links to their habitability
基于对太阳系的研究,我们对行星轨道动力学的认识受到了系外行星系统多样性的挑战。在冷和超冷的矮星周围,潮汐对行星轨道和自旋演化的影响可以强烈地影响它们的气候和它们容纳表面液态水的能力。我们说明了潮汐和动力学的作用与极端的情况下,行星围绕褐矮星。在多行星系统中,偏心率是由行星间的相互作用引起的。因此,行星被潮汐引起的摩擦从内部加热。这个过程可以将一个宜居带行星加热到这样的程度,以至于表面液态水不能存在。我们还讨论了新发现的可能适合居住的地球大小的行星开普勒-186f。考虑到系统的年龄估计不足,行星可能仍然在朝着同步方向发展,并具有高的同步性,或者是伪同步的零同步性。这两种配置会对这个星球的气候产生不同的影响。
2014-11-30 astro-ph.EP
Earth Similarity Index and Habitability Studies of Exoplanets
对系外行星的研究一直是天文学家、行星科学家和天体生物学家的兴趣所在。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在寻找一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟,并寻找潜在的可居住性。地球相似性指数(ESI)的定义是寻找与地球的相似性,其范围从1(地球)到0(与地球完全不相似)。ESI可以用行星的四个物理参数来计算,即半径、密度、逃逸速度和地面温度。进入ESI表面的地面温度是一个不可观测的量,我们所知道的只是系外行星的平衡温度。我们已经建立了一个表面和平衡温度之间的关系,使用的数据,太阳系天体,以解决在确定地面温度的困难。从ESI分析中,我们发现了20颗ESI值高于0.8的类地系外行星,这是设定的阈值。我们还对类火星行星感兴趣,以寻找可能存在极端生命的行星。例如,甲烷特有的极端微生物生命形式代谢,为此引入了一种新的方法,称为火星相似性指数(MSI)。MSI被定义在1(现在的火星)和0(与现在的火星不同)之间,并使用与ESI相同的物理参数。介绍了另一种研究系外行星潜在可居住性的新方法--多参数柯布-道格拉斯函数。这并没有产生任何令人鼓舞的结果。
2018-06-07 astro-ph.EP
Exomoon Habitability and Tidal Evolution in Low-Mass Star Systems
太阳系外行星在其母恒星的宜居带(HZ)的发现导致了关于在HZ中绕行星运行的大质量卫星的可居住性的问题。在低质量恒星周围,HZ比类太阳恒星更接近恒星。对于这样一个HZ的行星-月亮双星,恒星的接近迫使一个接近的轨道,使月亮保持与行星的引力束缚。在这些条件下,潮汐加热,扭曲力矩和恒星扰动的影响成为重要的考虑外卫星的可居住性。利用一个模型,同时考虑动力学和潮汐相互作用,我们进行了一个计算的调查exomoon演化系统的HZ低质量恒星($\lesssim 0.6\ M_{\odot}$)。我们表明,质量$\lesssim 0.2\ M_{\odot}$的矮星不能主机内的恒星HZ由于极端的潮汐加热在月球的可居住的系外卫星。来自中心恒星的扰动可能会继续对直到$\approx 0.5\ M_{\odot}$的HZ产生有害影响,具体取决于宿主行星的质量及其在HZ中的位置等。除了加热问题,潮汐和自旋扭曲引起的扭矩也会导致月球相对快速的向内螺旋运动。因此,在最丰富类型的恒星周围的HZ中的巨行星的卫星不太可能有可居住的表面。在潮汐加热强度较低的情况下,恒星扰动可能会通过促进长期加热和可能延长外卫星的HZ,对外卫星的可居住性产生积极的影响。
2017-07-21 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
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
A dynamical study on the habitability of terrestrial exoplanets II: The super Earth HD 40307 g
HARPS和Kepler的结果表明,在太阳型恒星中,有一半的恒星拥有周期P<100 d,质量M < 30 M_E的行星。这些超级地球系统是紧凑的,动态冷。在这里,我们调查的K矮星HD 40307周围的超级地球系统的稳定性。它可能拥有多达六颗行星,其中一颗位于宜居带。我们分析了系统的稳定性,使用数值模拟从初始条件内的观测不确定性。最稳定的解与公布的值相差3.1 σ,行星e和f不共振,行星b和c近似对齐。我们通过年平均日射量和极地黑体温度来研究外行星的可居住性。两者都经历了很大的变化,因为它的高偏心率和更激烈的比地球上。当自转周期为3d时,日射变化以岁差变化为主,岁差和岁差的周期分别为40kyr和102kyr。大约1.5 d的旋转周期可能会导致极端的引力变化,因为卡西尼状态的捕获。对于更快的旋转速率,周期收敛到10 kyr和20 kyr。岁差期间的巨大不确定性不会改变总体结果。
2014-03-24 astro-ph.EP
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
Enabling martian habitability with silica aerogel via the solid-state greenhouse effect
今天火星表面的低温和高紫外线辐射水平目前排除了生命在任何地方的生存,除非是在有限的地下壁龛中。以前已经提出了几个使火星表面更适合居住的想法,但它们都涉及大规模的环境改造,在可预见的未来将远远超出人类的能力。在这里,我们提出了一个新的方法来解决这个问题。我们表明,火星表面的广泛地区可以通过固态模拟地球大气温室效应,在未来适合光合作用生命的居住。具体来说,我们通过实验和建模证明,在火星环境条件下,2至3厘米厚的二氧化硅(SiO2)气凝胶层将同时传输足够的可见光进行光合作用,阻挡有害的紫外线辐射,并将温度永久升高到水的熔点以上,而不需要任何内部热源。因此,在火星表面足够多冰的区域放置二氧化硅气凝胶保护层,可以使光合作用生命在那里生存,而随后的干预最小。这种使火星适宜居住的区域性方法比全球大气改造更容易实现。此外,它可以从最少的资源开始系统地开发,并可以在当今地球上的极端环境中进行进一步测试。
2019-07-22 astro-ph.EP
Habitability of the early Earth: Liquid water under a faint young Sun facilitated by strong tidal heating due to a closer Moon
地质证据表明,早在44亿年前,地球表面附近就存在液态水,当时年轻的太阳微弱,只辐射出现代能量输出的70%左右。在这一点上,地球应该是一个全球性的雪球,如果它拥有类似于现代地球的大气特性。极端的大气温室效应、最初质量更大的太阳、原行星物质吸积过程中获得的热量释放以及早期地球物质的放射性被认为是热量的储存或陷阱。目前,年轻的微弱太阳悖论仍然是我们理解地球生命起源的一个重要问题。在这里,我们使用恒定相位滞后潮汐理论来探索新诞生的月球的可能性,它形成于太阳点火后约6900万年,在冥古宙和太古宙地球中产生了极端的潮汐摩擦-因此产生了热量。我们表明,地月系统已经失去了约$3~ \times ~10^{31}$ J(99%的初始机械能预算)作为潮汐热。在1亿年的时间尺度上,大约10 W/m $^{-2}$的潮汐加热可以解释早期地球温度升高5摄氏度的原因。这种加热效应本身并不能解决微弱的年轻太阳悖论,但它可能与其他效应一起发挥了关键作用。未来对潮汐加热的相互作用、太阳能输出的演变以及大气(温室)对早期地球的影响的研究可能有助于解决微弱的年轻太阳悖论。
2021-11-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Generalized Milankovitch Cycles and Longterm Climatic Habitability
虽然地球的轨道从未远离圆形,但其他恒星周围的类地行星可能会经历离心率的重大变化,这可能导致气候变化,包括可能的“相变“,如雪球转变(或相反)。有证据表明,在过去的十亿年里,地球至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态,人们认为这是在几百万年后退出的,因为全球冰盖关闭了碳酸盐-硅酸盐循环,从而允许温室气体积累到足够的浓度来融化冰。由于冰雪的高覆盖度引起的正反馈,容易陷入雪球状态可能是富含水的行星的一个普遍特征,具有承载生命的能力。本文有两个主要的主旨。首先,我们重新审视一维能量平衡气候模型作为探测系外行星可能的气候的工具,研究这种模型的尺度,并引入一个简单的算法来处理全球冻结行星上冰层的融化。我们表明,如果一个类地行星经历了米兰科维奇一样的振荡偏心率是足够大的幅度,它可以融化的雪球状态。其次,我们研究了由于巨大伴星的引力影响,类地行星可能经历的偏心率变化的类型。我们表明,一个巨大的行星在一个足够偏心的轨道上可以激发极端的偏心率振荡的轨道上的可居住的类地行星。更一般地说,这两个结果表明,一个类地行星的长期可居住性(和天文观测值)可以取决于它所居住的行星系的详细结构。
2010-06-07 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
Accounting for Multiplicity in Calculating Eta Earth
使用我们以前研究的更新的系外行星种群参数,其中包括盖亚DR2的行星半径更新和推断的多重性分布,我们提供了一个修订的$η_{\oplus}$计算。这是通过从我们导出的人口模型中采样行星并确定哪些行星符合我们的适居性标准来实现的。为了确保稳健的结果,我们提供了在半径上限范围内计算的概率。我们最乐观的适居性标准提供的$η_{\oplus}$值为$0.34\pm 0.02 \frac{\rm planets}{\rm star}$。我们还考虑了多重性的影响和每个系统可能包含的宜居行星的数量。我们的计算表明GK矮星的$6.4\pm0.5\%$在它们的宜居带内有不止一颗行星。这种乐观的适居性标准也表明,类太阳恒星的$0.036\pm0.009\%$将拥有5个或更多的适居行星。这些紧密堆积的高度宜居系统应该是极其罕见的,但仍然是可能的。即使用我们最悲观的标准,我们仍然认为类太阳恒星的$1.8\pm0.2\%$中有不止一颗适合居住的行星。
2019-05-03 astro-ph.EP
Rotational Synchronization May Enhance Habitability for Circumbinary Planets: Kepler Binary Case Studies
我们报告一种机制,能够减少(或增加)恒星活动的双星,从而可能提高(或破坏)circumbinary可居住性。在单颗恒星中,恒星对行星大气的侵略会导致质量损失,这对晚型恒星尤其不利,因为宜居带非常接近,活动持续时间很长。在双星系统中,潮汐旋转破碎减少了磁活动,从而减少了有害的XUV辐射和恒星质量损失,这些辐射和质量损失能够侵蚀行星大气。我们研究了所有已确认的环双星(p型)行星的这种机制。我们发现,主序星双胞胎提供最小的通量变化,并在某些情况下改善环境,如果恒星旋转同步内的第一陀螺仪。像开普勒34号和开普勒35号这样的类太阳双星,提供了低的宜居带XUV通量和恒星风压。这些宽阔、潮湿的宜居带可能潜在地支持多个宜居行星。有着较低质量伴星的太阳型恒星,如开普勒47,允许在很大范围的次级质量和双星周期内保护行星。开普勒38和相关的双星是边缘情况。开普勒64和类似物由于主星的同步而大大减少了恒星的侵略,但受到短寿命的限制。开普勒16似乎不适合行星,因为极端的XUV通量。这些结果有重要的影响,估计在银河系中含有可居住行星的恒星系统的数量,并允许选择适合于后续搜索可居住行星的双星。
2013-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The Habitability of GJ 357 d : Possible Climates and Observability
GJ 357系统有3颗行星围绕一颗明亮的M2.5V恒星运行,距离为9.44pc。最内侧的行星GJ 357 b(TOI-562.01)是一颗热的凌日行星,其密度与地球相似,接收到的辐射是地球从太阳接收到的辐射的12倍,并使用TESS的数据检测到。径向速度在9.12(GJ 357 c)和55.6天(GJ 357 d)发现了另外两颗行星,最小质量分别为3.59+/-0.50和6.1+/-1地球质量,辐射分别为4.4和0.38地球辐射。GJ 357 d受到的恒星辐射比我们太阳系中的火星略少,这使它处于其宿主恒星的宜居带。GJ 357 d不能用TESS检测到,它是否过境仍然是一个悬而未决的问题。在这里,我们模型在什么条件下GJ 357 d可以维持表面的可居住性和目前的行星模型,以及合成的传输,反射和发射光谱的一系列模型GJ 357 d从水世界到类地模型。GJ 357 d的释气速率与地球类似,它将是一个冰冻的岩石世界,但二氧化碳含量增加,如果地质循环像地球一样调节二氧化碳浓度,那么这颗行星的模型显示出温和的表面条件。如果我们能探测到GJ 357 d的凌日,它将成为太阳系附近最近的凌日行星,可能适合居住。即使GJ 357 d没有凌日,其恒星的亮度也使这颗位于附近M星宜居带的行星成为超大望远镜观测的主要目标,以及未来的太空任务。
2019-07-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Studying habitability of the exoplanets Kepler-504 b, Kepler-315 b, and Kepler-315 c
本文利用地球相似性指数研究 Kepler-504 b、Kepler-315 b 和 Kepler-315 c 的宜居性,发现恒星类型与轨道半径的组合可能决定宜居条件,其中 Kepler-504 b 和 Kepler-315 c 与地球相似性较高。
2024-01-11 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.space-ph
Habitability and Multistability in Earth-like Planets
我们探讨了宜居带周围行星气候的潜在多稳定性。我们关注的条件让人想起那些地球系统,但我们的调查旨在提出一个一般的方法来处理系外行星。我们提供了一个彻底的分析气候系统的非平衡物理性质,并探讨,使用一个灵活的气候模型,这些属性如何依赖于母星的能量输入,红外大气不透明度,和旋转速率。这是可能的,重现多稳定性的性质,让人想起古气候相关的雪球(SB)温暖(W)的条件。然后,我们研究的W和SB状态的热力学,澄清水文循环的作用,在塑造的不可逆性和效率的W状态,并强调极端多样性的SB状态,在干燥的条件下实现。热力学为研究系统的临界点提供了线索,并引导我们构建参数化,其中主要的热力学性质仅表示为行星排放温度的函数。这样的功能是相当强大的相对于改变的旋转速率的行星从目前的地球的1到它的一半。然后,我们探讨了缓慢旋转和相位锁定的行星的动力学范围。存在一个临界转速,低于该转速时,多稳定性将丧失。这样的临界转速大致对应于锁相2:1条件。因此,如果一颗类地行星与母恒星的相位是1:1,那么只有一种气候状态与给定的天文学和天体物理学参数相一致。这些结果与行星环流的一般理论和适居性的充分必要条件的定义有关。
2013-03-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Enhanced Habitability on High Obliquity Bodies near the Outer Edge of the Habitable Zone of Sun-like Stars
高密度行星代表了陆地气候的潜在极端极限,因为它们表现出很大的季节性,恒星加热的年平均两极到赤道梯度相反,以及新颖的冰冻圈。使用类似地球的大气层,对具有不同恒星通量、二氧化碳浓度和初始条件的低和高倾角行星进行了一套具有动态海洋的三维全球气候模型模拟,以探索接近外边缘的高倾角气候的倾向。宜居带经历全球冰川作用。我们还模拟了具有厚厚的CO2或H2大气层的行星,例如那些预计将在宜居带外缘附近或之外发展的行星。我们表明,高沸点行星比低沸点行星更热,这是由于寒冷气候下的冰-水蒸气反馈,以及温暖气候下的水蒸气。我们认为,水蒸气温室捕获是由于不同的动力学制度,发生在两个国家之间的高结晶度机构更大。虽然赤道冰带在某些气候状态下在高湿度下是稳定的,但实现全球冰川化比低湿度行星更难。温和的极地条件可以出现在高行星度的强迫下,而低行星度的行星将处于硬雪球状态。我们认为,高密度行星的条件可能更有利于一个强大的生物圈发展接近HZ的外缘。然而,稠密大气中的湍流度的影响减小,与1-D能量平衡模型的计算结果一致。
2019-05-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Role of Tectonic Luck in Long-Term Habitability of Abiotic Earth-like Planets
本研究构建准二维模型探究非生物类地行星的长期气候稳定性,发现大陆碰撞抬升无法单独提供足够可风化矿物以维持宜居气候,需结合尘埃输送、冰川侵蚀等其他补给机制才能保障行星长期宜居。
2025-07-30 astro-ph.EP
There's more to life in reflected light: Simulating the detectability of a range of molecules for high-contrast, high-resolution observations of non-transiting terrestrial exoplanets
本文利用升级版ELT可探测性流程,模拟了非凌日类地系外行星大气中宜居性标志物、生物标志物及假阳性判别分子的可探测性,并表明ELT反射光观测有望在数小时内表征邻近类地行星大气、搜寻生命迹象。
2025-03-11 astro-ph.EP
The impact of stellar winds and tidal locking effects on the habitability of Earth-like exoplanets around M dwarf stars
Sapienza, Università di Roma(罗马大学);Universidad de Concepción(康塞普西翁大学)
研究评估了恒星风和潮汐锁定对M型星系类地球行星宜居性的影响,发现脉冲压力对磁层大小的影响显著,早期地球磁层在部分情况下可实现。
2025-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Oldhamite: a new link in mantle for C-O-S-Ca cycles and an indicator for planetary habitability
本研究首次报道了地幔条件下oldhamite的形成机制,发现其氧逸度比太阳星云机制高6个数量级,并指出oldhamite的广泛存在可作为行星缺氧不宜居的指示器。
2023-10-13 astro-ph.EP physics.geo-ph
Reconstructing Extreme Space Weather from Planet Hosting Stars
系外行星科学领域在系外行星性质的统计研究以及个体特征方面都取得了迅速的进展。随着空间任务提供了一个新的图片的形成和演变的系外行星系统,寻找可居住的世界成为一个根本的问题来解决。为了应对这样一个复杂的挑战,我们需要具体说明我们所知道的有利于生命起源、发展和维持的条件。(天体)和地方在演化中的行星宿主恒星之间相互作用的物理过程框架内,以及在地质时间尺度上的系外行星演化,以及由此产生的对系外行星气候和可居住性的影响。天体物理、物理化学大气和地质过程之间的反馈只能通过跨学科研究,结合太阳物理学、天体物理学、行星、地球科学、天体生物学和生命群落起源的进展来理解。评估主星对气候和类地行星及其周围潜在的系外卫星的可居住性的影响,可能会大大改变宜居带的范围和位置,并为寻找生命特征提供新的方向。因此,恒星电离输出的表征成为进一步了解宇宙可居住性程度的重要任务。本白皮书的目标是确定和描述有前途的关键研究目标,以帮助理论表征和观测探测来自行星宿主静止和燃烧的上层大气的电离辐射,以及恒星日冕物质抛射和恒星高能粒子事件的性质。
2019-03-16 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
Constraining the magnitude of climate extremes from time-varying instellation on a circumbinary terrestrial planet
围绕一对双星旋转的行星被称为环双星行星。恒星围绕其质心的轨道运动导致了环联星上总星群的周期性变化。这项研究使用了分析和数值能量平衡模型来计算这种影响在多大程度上可以驱动环双星类地行星的地面温度的变化。我们表明,温度变化的幅度在很大程度上受到有效热容量的限制,这对应于地球上的海洋与陆地的比例。拥有大量海洋的行星应该只会经历适度的变暖和几度的冷却,这表明不能排除这种环双星行星的可居住性。具有大量陆地的行星经历极端的周期性强迫,可能容易发生数十度或更高的温度变化,这可能导致更极端的气候变化,从而抑制持续的可居住条件。
2019-11-13 astro-ph.EP physics.ao-ph
Colors of extreme exo-Earth environments
对太阳系外行星的搜索已经发现了岩石行星和几个行星候选者,这些行星的最小质量与其宿主恒星宜居带中的岩石行星一致。一颗系外行星的低分辨率光谱,以彩色图的形式出现,很可能是直接探测情况下首先要测量的探测后数量之一。在本文中,我们探索了岩石系外行星上潜在的可检测表面特征,以及它们与地球上已知的极端微生物栖息地的联系和重要性。极端微生物为我们提供了地球上生命的最小已知环境极限。行星的颜色揭示了其性质的信息,特别是具有清晰大气层的岩石行星的表面特征。我们使用可见光波段的滤光光度法作为岩石系外行星表征的第一步,以优先考虑后续光谱学的目标。地球上的许多表面环境都有特征性的反射,并在可见光波段(0.4-0.9微米)占据不同的颜色空间,可以远程区分。这些可检测的表面特征可以与支持地球上极端微生物的极端生态位联系起来,并在地质微生物学和观测天文学之间提供联系。本文探讨了如何过滤光度学可以作为表征类地系外行星的有氧和厌氧大气的第一步,从而优先考虑搜索大气生物特征的目标。关键词:颜色-颜色,适居性,太阳系外类地行星,极端环境,极端微生物,反射率。
2015-07-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
An upper limit on the ratio between the Extreme Ultraviolet and the bolometric luminosities of stars hosting habitable planets
在不同光谱类型恒星的经典宜居带中已经发现了大量的类地行星,预计在不久的将来会发现许多类地行星。然而,由于缺乏对大气特性的了解,这些行星的周围环境是未知的。已知来自恒星的足够量的极紫外线(EUV)辐射可以驱动氢的流体动力外流,这可能会将较重的物种从行星的大气中拖走。如果质量损失率足够高,那么大量的挥发物就会逃逸,导致行星变得不适合居住。考虑到能量有限的流体动力学质量损失与逃逸率,导致氧逃逸alongwith氢,我提出了一个上限之间的比例的EUV和恒星的辐射热光度限制了他们周围的行星的可居住性。将这个限制应用于拥有已知极紫外光度的行星恒星,意味着许多M型恒星周围不应该有可居住的行星。
2016-03-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Earth: Atmospheric Evolution of a Habitable Planet
我们今天的大气层通常被用作潜在的宜居系外行星的模拟,但地球的大气层在其45亿年的历史中发生了巨大的变化。例如,分子氧在今天的大气中很丰富,但在早期地球上却不存在。与此同时,地球大气的物理和化学演变也导致了地面温度的大幅波动,有时导致极端冰川或温暖的温室气候。尽管这段历史充满活力,偶尔也会有戏剧性的变化,但地球一直是可居住的--事实上,人类居住了大约40亿年。了解地球的重大变化及其持久的可居住性是至关重要的,因为它可以指导我们太阳系以外可能存在的可居住行星环境的多样性,并最终识别宇宙其他地方生命的光谱指纹。在这里,我们回顾了地球大气层组成的长期趋势,因为它涉及到行星的可居住性和居住性。我们专注于可能作为可居住性标志(CO2,N2)或生物特征(CH 4,O2)的气体,特别是与大气的氧化还原演化和地球气候系统的耦合演化有关的气体。我们强调,在寻找类地行星的过程中,我们必须注意到,现代大气层所提供的例子只是地球长期演化的一个缩影。在探索我们自己的星球的许多以前的状态,我们强调地球的大气演化在太古代,元古代和中生代,但我们结束了一个简短的讨论潜在的大气轨迹到遥远的未来,从现在起数百万到数十亿年。所有这些“替代地球”的场景都提供了对类似地球的、可居住的和有人居住的世界的潜在多样性的洞察。
2018-03-15 astro-ph.EP
Dynamical Effects on the Habitable Zone for Earth-like Exomoons
随着太阳系外卫星(系外卫星)在地平线上的探测,重要的是要考虑它们的可居住性。如果我们考虑星周宜居带(HZ,通常用行星半长轴和轨道偏心率来描述),我们可以问:“类地系外卫星的HZ与类地系外行星的HZ有何不同?“我们首次使用一维纬度能量平衡模型来解决这个问题。该模型将一颗类似地球的系外卫星置于围绕木星质量行星的轨道上,而木星质量行星又围绕一颗类似太阳的恒星运行。外卫星的地面温度是在恒星日照、大气冷却、热扩散、日食和潮汐加热等作用下演化的。我们使用这个模型进行两个独立的调查。在第一个,四个测试案例中运行,详细调查的依赖性外月球气候的轨道方向,轨道倾角,和恒星日食的频率由主行星。我们发现,月球轨道是逆行的行星轨道表现出更大的气候变化比逆行轨道,全球平均温度约0.1 K温暖,由于日食的几何形状。如果日食相对于大气热惯性时间尺度变得频繁,气候振荡就会变得非常小。在第二次调查中,我们进行了广泛的参数研究,多次运行模型,以研究由行星半长轴和偏心率,月球半长轴和偏心率组成的四维空间中的exomoon的可居住性。我们发现,零月球偏心率,频繁的日食使月球保持在高行星偏心率的地区的可居住性,但潮汐加热严重限制在高月球偏心率的极限可居住性,使宜居带的月球半长轴的敏感功能。
2013-04-16 astro-ph.EP
Stellar Influence on Heavy Ion Escape from Unmagnetized Exoplanets
行星的可居住性部分取决于行星的大气演化;这种演化的一个关键组成部分是重离子逃逸到太空。离子损失过程对行星的等离子体环境很敏感,由恒星风和恒星辐射决定。这些条件可能与我们在太阳系中观察到的情况不同,当我们考虑一颗行星在M矮星周围的宜居带时。在这里,我们使用一个混合全球等离子体模型进行系统的研究,不断变化的等离子体环境和离子逃逸作为恒星输入条件的函数,其目的是模仿那些潜在的宜居行星轨道M-矮星。我们从一个名义上的情况下,太阳风在火星上经历了今天,并逐步修改行星际磁场的方向和强度,动态压力,和极紫外线输入。我们发现,这两个离子损失形态和整体速率变化显着,并在恒星风压增加的情况下,离子损失开始扩散或生产限制与大约一半的所有产生的离子被丢失。这一限制意味着,在将太阳系中观测到的损耗过程外推到极端环境时,必须格外小心。
2019-03-13 astro-ph.EP
Retrieved Atmospheres and Inferred Surface Properties for Exoplanets Using Transmission and Reflected Light Spectroscopy
本文利用新型反演工具模拟Origins透射光谱和LUVOIR直接成像光谱,评估系外行星宜居性与生物标志物的表征精度,发现透射光谱对表面温度不敏感但可约束极端干燥,直接成像对水丰度敏感且更适合约束O$_2$和O$_3$。
2024-04-01 astro-ph.EP