Aggregate Hazes in Exoplanet Atmospheres
光化学雾经常被用来解释系外行星的透射光谱，这些光谱显示出向较短波长和较弱分子特征的向上倾斜。虽然以前的研究只考虑了球形霾颗粒，但由碳氢化合物聚集颗粒组成的光化学霾在整个太阳系中很常见。我们使用一个气溶胶微物理模型来研究聚集的光化学霾粒子对温暖系外行星透射光谱的影响。我们发现，聚集颗粒雾的光学深度的波长依赖性是平坦的比球体，因为聚集体生长到更大的半径。因此，虽然球形霾不透明度显示出朝向较短波长的散射斜率，但聚集霾不透明度在光学和近红外中可以是灰色的，类似于冷凝云甲板的假设。我们进一步发现，雾度不透明度增加，增加生产率，减少涡流扩散，并增加单体的大小，虽然后者的效果的大小取决于生产率和大气压力水平探测。我们生成合成的系外行星透射光谱来研究这些薄雾对光谱特征的影响。对于高雾度不透明度的情况下，聚集雾导致平坦的，几乎没有特征的光谱，而球形雾产生倾斜的光谱，在长波长处具有清晰的光谱特征。最后，我们生成合成的传输光谱GJ 1214 b的聚合物和球形的烟雾，并将它们与天基观测进行比较。我们发现，聚合霾可以重现的数据显着优于球形霾，假设生产率限制甲烷输送到高层大气。
2019-02-14 astro-ph.EP
Sulfur Hazes in Giant Exoplanet Atmospheres: Impacts on Reflected Light Spectra
最近的研究表明，由于H $_{2}$ S的光解作用，一些巨型系外行星的大气中可能会出现硫雾。我们调查的影响，这样的阴霾会对系外行星的几何光谱，以及它如何可能会影响WFIRST，计划美国宇航局太空望远镜的直接成像结果。对于温和的（250 K $<$ T $_{\rm eq}$ $<$ 700 K）木星-质量的行星，H $_{2}$ S的光化学破坏导致在100和0.1毫巴之间产生1 ppmv的\seight的$\sim$，如果足够冷，将冷凝形成薄雾。名义烟雾质量被发现大大改变了行星的几何散射光谱：而一个明确的大气是黑暗的波长在0.5和1 $μ$ m之间，由于分子吸收，增加了硫烟雾提高散射有$\sim$ 0.7。由0.4 $μ$ m的薄雾短波长引起的强吸收导致散射度$<$ 0.1，这与在晴朗大气中由瑞利散射产生的高散射度形成对比。因此，地球的颜色从蓝色变成橙色。硫雾的存在掩盖了甲烷和水的分子特征，从而使大气成分的表征复杂化。WFIRST探测这种烟雾是可能的，尽管区分硫烟雾和任何其他高反射的高空散射体需要0.4 $μ$ m的观测距离，这超出了WFIRST目前的设计。
2017-02-25 astro-ph.EP
3D modeling of organic haze in Pluto's atmosphere
2015年7月14日飞越冥王星的新视野号宇宙飞船揭示了冥王星大气层中存在的薄雾，这些薄雾是由冥王星大气层中高海拔的CH 4/N2光化学形成的，就像泰坦和海卫一一样。为了帮助分析观测结果并进一步研究有机霾的形成及其在全球尺度上的演变，我们在冥王星大气环流模型中实现了有机霾形成的简单参数化。在我们的模型中，烟雾的产生是基于土卫六和海卫一上所了解的气溶胶形成的不同步骤：甲烷在高层大气中通过莱曼-α紫外线辐射的光解，产生各种气体物种，并通过积累和聚集过程转化为固体颗粒。我们比较了两个参考模拟运行的粒子半径为50纳米：有，没有南极N2冷凝。我们讨论了粒子半径和前体的寿命对雾度分布的影响。我们模拟CH 4光解和霾形成高达600公里以上的表面。结果表明，2015年冥王星大气中的CH 4光解主要发生在有阳光照射的夏季半球，峰值位于250 km的高度，尽管行星际Lyman-alpha通量源即使在冬季半球也会引起一些光解。我们得到了一个广泛的烟雾高度与观测相媲美，并与不可忽略的密度高达500公里的高度。在这两个参考模拟中，霾密度并没有受到纬向环流的强烈影响。在没有南极N2凝结的情况下，最大的最低点不透明度和霾范围在北极获得。在南极N2凝结的情况下，南极上空下降的空气团导致纬度上更均匀的霾密度，在南极有一个轻微的密度峰值。
2017-02-13 astro-ph.EP
Clouds and Hazes in the Atmospheres of Triton and Pluto
本文综述了海卫一和冥王星大气中云和霾的观测证据、理论解释及实验室模拟实验，揭示了紫外光化学反应生成冰云和复杂霾颗粒并影响大气与表面演化的机制。
2024-11-18 astro-ph.EP
Haze optical depth in exoplanet atmospheres varies with rotation rate: Implications for observations
本研究针对系外行星大气霾的模拟难题，利用ExoPlaSim模型模拟32种自转速率的潮汐锁定类地行星，发现霾分布与环流状态相关，自转周期超13天的超级地球晨昏线霾光学深度最低，为观测目标选择提供依据。
2024-01-31 astro-ph.EP
Haze in Pluto's Atmosphere
冥王星大气层中的薄雾是由新视野号上的远程侦察成像仪（LORRI）和多光谱可见光成像相机（MVIC）在图像中检测到的。LORRI观测到冥王星表面以上至少200公里高度的霾，太阳相位角从~20°到~169°。烟霾的结构大约有20层，北半球的烟霾消光比赤道或南半球的烟霾消光大。然而，更多的烟霾层被识别在赤道纬度。对时间变化的研究没有发现2至5小时时间尺度上烟霾层运动（层高度的时间变化）的证据，但确实发现了100公里高度以上烟霾尺度高度变化的证据。新视野号上的ALICE紫外线摄谱仪也探测到了大气层薄雾造成的紫外线消光。霾粒子在可见光区具有强烈的前向散射，提出了一个霾的微物理模型，该模型用0.5 μm的球形粒子再现了霾表面上方的可见光相函数，但也调用了分形聚集粒子来拟合45 km高度处的可见光相函数，并考虑了紫外消光。本文提出了一个由地形激发的重力波产生霾层的模式。该模型考虑了观测到的层厚度和随高度的分布。烟雾颗粒从大气层中沉降到冥王星的表面，其速率足以在季节性时间尺度上改变表面的光学特性。冥王星的区域尺度的对比度可能会保留在大气崩溃的阴霾沉积面前。
2017-02-28 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
Impact of photochemical hazes and gases on exoplanet atmospheric thermal structure
我们调查的影响，光化学烟雾和不平衡气体的热结构的热对流，使用详细的1-D辐射模式。我们发现，光化学霾的列入结果在高层大气加热和低层大气冷却的主要。含硫物质，如SH、S $_2$和S $_3$，在中层大气中提供显著的不透明度，并导致接近1毫巴的局部加热，而光化学产生的OH、CH、NH和CN自由基影响接近1 $μ$巴的热结构。此外，我们表明，光化学气体和烟雾的热结构的修改可以有重要的影响过境观测的解释。具体来说，我们对hazy HD 189733 b的研究表明，由于光化学烟雾不透明度的存在而导致的较热的高层大气使大气膨胀，因此光谱的紫外-可见部分的过境特征更陡峭。此外，光球层温度的变化也会影响二次食的光谱。对于HD 209458 b，我们发现在低于1毫巴的压力下，这种大气中可能存在小的雾不透明度，这可能是光化学雾和冷凝物的结果。我们的研究结果激励列入光化学烟雾的辐射反馈在大气环流模式适当的评价大气动力学。
2021-02-10 astro-ph.EP
Photochemical hazes in sub-Neptunian atmospheres with focus on GJ 1214 b
我们研究了超级地球/迷你海王星大气中光化学烟雾的性质，特别关注GJ 1214 b。我们评估了太阳和10000 $\times$太阳之间不同金属丰度下的光化学霾特性。在金属丰度的四个数量级的变化，我们发现，霾前体质量通量的变化只有$\sim$ 3的一个因素。这种微小的差异在不同的金属丰度情况下以非单调的方式发生，反映了主要大气气体与辐射场的相互作用。在不同的金属丰度从实验室实验的相对霾产量比较揭示了我们的理论计算的定性相似性，并突出了不同的气体前体的贡献。我们的雾度模拟表明，较高的金属含量导致较小的平均粒径。金属丰度等于或高于100 $\times$太阳能，雾形成产率为$\sim$ 10 $\%$，提供了足够的雾不透明度，以满足在可见波长下的过境观察，并充分模糊了1.1 $μ$ m和1.7 $μ$ m之间的H $_2$ O分子吸收特征。然而，只有最高的金属丰度的情况下考虑（10000 $\times$太阳）带来的模拟光谱更接近协议过境深度在3.6 $μ$米和4.5 $μ$米表示高的CO/CO $_2$在GJ 1214 b的大气。我们还评估了在我们的模拟聚集增长的影响，相比球形增长，并发现这两种增长模式提供了类似的过境签名（D $_f$ =2），但具有不同的粒度分布。最后，我们得出结论，模拟的霾粒子应该有重大影响的大气热结构和凝结云的属性。
2019-05-08 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
Laboratory Simulations of Haze Formation in the Atmospheres of super-Earths and mini-Neptunes: Particle Color and Size Distribution
超级地球和迷你海王星是约3500颗已确认的系外行星中最丰富的行星类型，预计将呈现出各种各样的大气成分。最近超级地球和迷你海王星的透射光谱已经证明了系外行星在其大气层的高海拔处有薄雾/云层的可能性。然而，这些粒子在系外行星大气中的组成、尺寸分布和光学性质却知之甚少。在这里，我们介绍了在一系列行星大气条件下光化学雾霾形成的实验室研究结果，以及对产生的雾霾颗粒颜色和尺寸的观察结果。我们发现，大气温度和金属含量强烈影响颗粒的颜色和大小，从而改变颗粒的光学性质（例如，吸收率、散射等）;在更大的范围内，这会影响系外行星的大气和地面温度，以及它们潜在的可居住性。我们的研究结果提供了对烟雾形成和颗粒特性的限制，这些限制可以作为系外行星大气建模的关键输入，并指导未来使用凌日系外行星勘测卫星（TESS），詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和宽视场红外勘测望远镜（WFIRST）对超级地球和迷你海王星的观测。
2018-03-05 astro-ph.EP
Coupling haze and cloud microphysics in WASP-39b's atmosphere based on JWST observations
本研究通过云微物理模型模拟WASP-39b大气中Na2S和MgSiO3在光化学雾霾上的凝结，结合JWST等观测，发现Na2S云影响水波段和钠谱线，雾霾贡献紫外-可见斜率，并再现SO2和CO2吸收特征。
2023-11-13 astro-ph.EP
A large range of haziness conditions in hot-Jupiter atmospheres
我们提出了一个研究的光化学烟雾的系外行星大气的自洽模型的基础上，包括烟雾微物理，不平衡化学，辐射反馈。我们推导出所需的霾属性，以匹配HST观测10个热蒸发器。HAT-P-12 b、HD-189733 b、HD-209458 b和WASP-6 b要求霾质量通量在5 × 10 $^{-15}$和9 × 10 $^{-12} g.cm^{-2}.s^{-1}$之间，以匹配观测结果。平衡温度高于2000 K的WASP-12 b和WASP-19 b与霾的存在不相容，并且更适合重金属。HAT-P-1b和WASP-31 b没有显示出明确的证据，表明存在质量通量上限分别为10 $^{-15}$和10 $^{-16}g.cm^{-2}.s^{-1}$的霾，而WASP-17 b和WASP-39 b的质量通量上限为10 $^{-16} g.cm^{-2}.s^{-1}$。我们讨论了自洽模型的影响，我们推导出上限的阴霾丰度的光化学结果的基础上。我们的研究结果表明，HCN作为主要的烟雾前体高达1300 K的有效温度和CO以上。我们推导出的霾质量通量的基础上拟合的观测结果是一致的，与形成产率高达$\sim$ 6.4\%的光化学。考虑到所使用的低分辨率观测结果，不平衡化学对光谱的影响可以忽略不计，但会影响化学成分和温度分布。我们发现，烟雾产生更热的高层大气温度与光谱的可检测的影响。云可能对解释HD-209458…
2022-06-27 astro-ph.EP
Photochemical Hazes in Exoplanetary Skies with Diamonds: Microphysical Modeling of Haze Composition Evolution via Chemical Vapor Deposition
本研究提出系外行星大气中可通过化学气相沉积形成钻石霾的假说，结合微物理模型与工业理论分析其形成条件与观测特征，为系外行星霾成分研究提供新方向且可通过未来观测验证。
2024-11-03 astro-ph.EP
The impact of organic hazes and graphite on the observation of CO2-rich sub-Neptune atmospheres
本研究测量了有机雾霾类似物和石墨在0.4-25 μm的光学常数，并应用于GJ 1214b的透射光谱模拟，发现有机雾霾能重现Hubble和JWST观测特征，而石墨可能导致半径高估，为超蓬松行星提供解释。
2025-08-10 astro-ph.EP
The Impact of Different Haze Types on the Atmosphere and Observations of Hot Jupiters: 3D Simulations of HD 189733b, HD209458b and WASP-39b
本文用 Unified Model 三维模拟三颗热木星在三类 1.5 nm 霾作用下的大气环流、霾分布与透射光谱，揭示霾吸收对超旋转射流、晨昏线不对称及凌星深度的影响。
2025-07-27 astro-ph.EP
The Effect of Carbon Monoxide on Planetary Haze Formation
有机烟雾在许多行星过程中起着关键作用，从影响大气的辐射预算到作为表面上的益生元分子的来源。许多实验研究了通过将N $_{2}$ /CH $_{4}$的混合物暴露于各种能源而产生的气溶胶。然而，许多N $_{2}$ /CH $_{4}$在我们的太阳系和太阳系外的行星系的大气中也含有CO。我们已经进行了一系列的大气模拟实验，以探讨CO的形成和颗粒大小的行星霾类似物的CO混合比例的范围内使用两种不同的能源，火花放电和紫外线。我们发现，CO强烈影响在我们的实验中产生的气溶胶的数密度和颗粒大小，并表明CO可能发挥重要的，以前未探索的，气溶胶化学在行星大气中的作用。
2014-01-08 astro-ph.EP
Clouds and Hazes in GJ 1214b's Metal-Rich Atmosphere
该研究利用三维大气环流模型，结合云和雾霾模拟，重新分析 JWST 相位曲线，发现云与雾霾共存可解释 GJ 1214b 的高反照率及昼夜温差。
2025-03-28 astro-ph.EP
Theoretical transmission spectra of exoplanet atmospheres with hydrocarbon haze: Effect of creation, growth, and settling of haze particles. I. Model description and first results
最近，系外行星大气的性质已经通过多波长凌日观测受到限制，该观测测量了行星在其宿主恒星前方的凌日期间恒星亮度的明显下降（称为凌日深度）。到目前为止，在不同波长下测量的过境深度（称为透射光谱）有些不同：有些在可见光中显示出陡峭的光谱斜率特征，有些在近红外中包含无特征的光谱，有些在气体物质的辐射吸收中显示出明显的特征。这些事实表明，大气层中存在薄雾，特别是温暖的，相对低密度的超级地球和迷你海王星。以前的研究，解决了理论建模的透射光谱的氢为主的大气与霾使用一些假设的分布和大小的霾粒子。在这项研究中，我们模拟大气化学，通过模拟碳氢化合物烟雾颗粒的产生，生长和沉降直接推导出烟雾颗粒的空间和尺寸分布，并开发近距离温暖（$\sim$ 500 K）系外行星的紫外线照射，太阳丰度大气的透射光谱模型。我们发现，雾霾在大气中的分布比以前假设的要广泛得多，并且由各种尺寸的颗粒组成。我们还表明，所观察到的透射光谱的多样性可以解释的差异，在生产率的阴霾单体，这是相关的紫外线照射强度从宿主恒星。
2017-12-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Formation of organic hazes in CO$_2$-rich sub-Neptune atmospheres within the graphite-stability regime
本研究通过实验室模拟探究了富CO$_2$亚海王星大气中的有机雾霾形成，发现300 K和500 K下均生成雾霾且成分与形成途径存在温度差异，为解释未来系外行星观测数据提供了理论支持。
2025-08-08 astro-ph.EP
Humid Evolution of Haze in the Atmosphere of Super-Earths in the Habitable Zone
本文通过实验研究宜居带富氮超级地球大气中光化学雾霾在湿润条件下的化学演化，发现含氧有机物随时间对数增长并在一个月后占主导，表明该过程可高效生成高前生物潜力分子。
2023-06-01 astro-ph.EP
Photochemical hazes can trace the C/O ratio in exoplanet atmospheres
光化学烟雾被怀疑会使大气温度< 800 K的系外行星的透射光谱中的分子特征（如水）变得模糊。Khare等人（1984年）实验室生产的有机化合物（托林）的不透明度已经成为系外行星大气中烟雾建模的标准。然而，这些托林是在一个无氧的，类似泰坦的环境中生长的，这与系外行星的典型假设非常不同，其中C/O约为0.5。本工作提出了0.13-10微米的复折射率来自实验室的透射测量生长在不同的氧丰度的环境中的托林。随着氧气吸收的增加，吸收在整个波长范围内增加，并且由于C=O拉伸共振，约6微米的散射特征朝向较短波长移动并且在约5.8微米处变得更峰值化。使用GJ 1214 b作为测试案例，我们研究了一个亚海王星行星的透射光谱，C/O比为太阳能，1和1000，以评估我们的不透明度和哈雷之间的有效差异。对于具有太阳氢和氦丰度的大气，我们发现差异为200-1500 ppm，但对于高金属丰度（Z=1000）环境，差异可能仅为20 ppm。GJ 1214 b的1-2微米透射数据排除了类钛霾模型，并且与C/O=1和C/O=太阳霾模型更一致。这项工作表明，使用雾霾的不透明度，更符合基本的假设散装大气成分是很重要的建立自洽的模型，适当地限制大气中的C/O比，即使分子特征被掩盖。
2023-01-03 astro-ph.EP
Haze Formation in Warm H2-rich Exoplanet Atmospheres
未来几年内，新的观测能力将上线，这将为描述系外行星大气层的特征提供机会。然而，许多系外行星的大气层中可能存在云/雾，使光谱特征的振幅减弱。我们使用实验室模拟探索光化学烟雾形成在富含H2的系外行星大气中，在800 K的金属量为100和1000倍的太阳。我们发现，烟雾颗粒产生在两个模拟大气中具有小的颗粒尺寸（20至140 nm）和相对低的生产率（2.4 × 10-5至9.7 × 10-5毫克cm-3小时-1），但颗粒尺寸和生产率是依赖于初始气体混合物和模拟实验中使用的能源。气相质谱显示，在这些大气中发生了复杂的化学过程，并产生了新的气体产物，这些产物可以进一步反应形成更大的分子和固体霾颗粒。两个富氢的大气具有相似的C/O比（~0.5）产生不同的烟雾颗粒大小，烟雾产生速率和气体产物，这表明大气中的元素丰度和它们的结合环境可以显着影响光化学。在我们的初始气体混合物中没有甲烷（CH 4），尽管CH 4通常被认为是产生有机烟雾所必需的。然而，从我们的实验与不同的初始气体混合物的烟雾产生率表明，CH 4既不需要产生有机烟雾，也不需要促进有机烟雾的形成。气体产物的种类和相对产率表明CO和N2在富H2气氛中富集化学反应。
2020-08-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
Detecting the proposed CH4-CO2 biosignature pair with the James Webb Space Telescope: TRAPPIST-1e and the effect of cloud/haze
人们普遍预计，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将为系外行星研究带来变革。甚至有人建议，JWST可以提供第一次使用透射光谱在外星大气中搜索生物特征的机会。这种说法进行了调查，特别是对拟议的缺氧生物特征对CH 4-CO2。采用了已知最有利的目标（TRAPPIST-1 e），假设大气成分与太古代地球相似。与以往的研究相比，云/霾层对甲烷和二氧化碳的可探测性的影响进行了更系统的调查。除了晴朗的大气场景外，还考虑了600 mbar至1 mbar之间的八个压力水平的云/霾层。这些压力涵盖了一个合理的范围内的H2O云和光化学烟雾，根据观测的太阳系大气和物理模型的潮汐锁定行星，如TRAPPIST-1 e，虽然没有假设的云/烟雾层的组成在这项研究中。对于600- 100毫巴的晴朗大气和云/霾层压力，使用近红外摄谱仪（NIRSpec）棱镜测量大约5-10个共同添加的过境，发现有可能对CH 4和CO2进行强（5-sigma）检测，假设是干燥的平流层。然而，如果在10毫巴下存在云/雾层，则需要大约30次共加凌日才能达到相同的结果。1毫巴的云/霾层将阻止NIRSpec棱镜探测到任何一种分子，用于观测最多50次凌日（JWST时间>200小时）的计划。
2021-11-18 astro-ph.EP
An Observational Diagnostic for Distinguishing Between Clouds and Haze in Hot Exoplanet Atmospheres
热系外行星大气中气溶胶的性质是系外行星领域面临的主要棘手问题之一。复杂的化学性质、多种形成途径以及缺乏与气溶胶相关的易于识别的光谱特征使得限制其关键特性尤其具有挑战性。我们提出了一种透射光谱技术，以确定最高辐射热蒸发器（HIHJs）的主要气溶胶形成机制。该技术基于这样的预期，即两种关键类型的气溶胶-光化学产生的薄雾和平衡冷凝云-预计将在高度辐照的行星大气层的不同区域形成并持续存在。霾只能在潮汐锁定的热对流层的永久日照面产生，并将被大气动力学带到顺风的夜晚终结者（在过境期间被视为拖曳翼）。云只能在HIHJ的夜晚和早晨终结者（被视为过境期间的领先分支）的较冷区域形成。由于相对的肢体预计将受到不同类型的气溶胶的影响，入口和出口光谱，主要探测地球的相对两侧，将揭示主要的气溶胶形成机制。我们表明，基准HIHJ，WASP-121 b，具有与部分气溶胶覆盖一致的透射光谱，并且进出口光谱将限制这些气溶胶的位置和形成机制。在一般情况下，使用这种诊断，我们发现，观测与JWST和可能与HST应该能够区分云和霾目前已知的HIHJ。
2017-08-11 astro-ph.EP
Seasonal variations of chemical species and haze in Titan's upper atmosphere
土卫六大气层的季节性变化很明显，这是由于土卫六相对于土星轨道平面的26.7°轴向倾斜导致太阳日射量的巨大变化。在这里，我们使用卡西尼/UVIS获得的18个恒星掩星观测数据，对泰坦400-1200 km高层大气中的碳氢化合物和腈类物质进行了调查，其中包括中间层和低热层，超过泰坦年（2006-2014年，LS=318°-60°）的四分之一。8种化学物质（CH 4，C2 H2，C2 H4，C2 H6，C4 H2，C6 H6，HCN，HC 3 N）和霾粒子的垂直廓线反演从这些观测使用仪器前向模式，它考虑了指向运动的技术问题。马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法被用来获得后验概率分布的参数在检索，这本身就测试在何种程度上物种配置文件可以约束。结果表明，春分前物种分布没有明显变化，而春分后5个地球年大气温度下降，夏半球上升流明显。分离的霾层的高度降低到春分，然后它消失，并没有重现确定在我们的数据的时间范围内，这是从卡西尼号/国际空间站的观测一致。这项研究提供了对土卫六高层大气季节变化的观测约束，并建议进一步研究其中的大气化学和动力学。
2022-04-14 astro-ph.EP
Theory and simulation of spectral line broadening by exoplanetary atmospheric haze
大气霾是外行星光谱平坦化的主要候选者，因为它也是太阳系行星、卫星和彗星大气不透明度的重要来源。系外行星的透射光谱携带着关于行星大气如何对过境的恒星光变得不透明的信息，在与钠、钾和水的谱线相对应的波长范围内显示出广泛的无特征吸收。我们开发了一个详细的原子模型，描述原子或分子辐射与灰尘和大气雾霾颗粒物的相互作用。该模型采用了一个现实的结构，从小的纳米尺寸的种子颗粒到亚微米不规则形状的聚集体的雾霾颗粒，占两个成对的碰撞之间的辐射器和雾霾扰动，准静态平均场移动的水平在雾霾环境。这种形式主义可以解释在霾大气中吸收和发射光谱的大的平坦化，并且示出辐射器-霾粒子相互作用如何影响谱线的翼部和其中心附近的吸收光谱形状。该理论可以解释几乎所有的现实结构，尺寸和灰霾颗粒物的化学组成，并预测其在灰霾环境中的吸收和发射光谱的影响。我们通过计算氩雾中钠D线的发射光谱的位移和加宽来说明该方法的实用性。所提出的模型的简单性，优雅性和通用性，应该使它适合于在天体物理学和化学的用户的广泛社区。
2018-05-25 astro-ph.EP
The Venusian Lower Atmosphere Haze as a Depot for Desiccated Microbial Life: A Proposed Life Cycle for Persistence of the Venusian Aerial Biosphere
我们重新审视了金星云层中存在生命的假设，提出了一个生命周期，解决了生命如何在高空中持续数亿至数十亿年的难题。大多数关于金星大气温和层中的空中生物圈的讨论从来没有涉及到生命-小微生物型颗粒-是自由漂浮还是局限于云滴内的液体环境。我们认为，生命必须居住在液滴中，这样它才能免受致命的液体净流失到大气中，这是任何自由漂浮的微生物生命形式不可避免的问题。然而，液滴的栖息地构成了一个寿命限制：液滴无情地增长（几个月）到足够大的大小，在重力的作用下被迫向下沉降到金星大气层中更热，不适合居住的层。（液滴碎裂--这会减小粒子的大小--在金星的大气条件下不会发生。）我们第一次提出，生命可以无限期生存的唯一方式是一个生命周期，其中包括微生物生命在沉降过程中随着液滴蒸发而干燥，小的干燥“孢子”停在金星大气层停滞的低霾层（33-48公里高度）并部分居住。因此，我们把金星上的低霾层称为干燥微生物生命的“仓库”。孢子最终通过由重力波引起的混合引起的向上扩散返回云层，充当云凝结核，并再水化以继续生命周期。我们还回顾了在金星大气极其恶劣的条件下生命面临的挑战，驳斥了“可居住”云层在任何陆地环境中都有类似性的观点。
2020-09-14 astro-ph.EP
Organic Haze as a Biosignature in Anoxic Earth-like Atmospheres
在太古宙（38 - 25亿年前），早期地球可能承载了生物介导的全球有机烟雾。这种烟雾将对我们星球的多个方面产生重大影响，包括其可居住性和光谱外观的潜力。在这里，我们模拟的世界与太古代水平的二氧化碳围绕古老的太阳和M4 V矮星（GJ 876），并表明有机烟雾的形成需要甲烷通量与估计的地球一样的生物生产率一致。在具有高通量的生物有机硫气体（CS2，OCS，CH 3SH和CH 3SCH 3）的行星上，涉及这些气体的光化学可以在比甲烷光化学更低的CH 4/CO2比率下驱动霾的形成。对于一个绕太阳运行的行星，在现代有机硫气体通量的30倍时，霾形成的CH 4/CO2比现代有机硫通量的1倍低20%。对于一颗环绕M4 V恒星的行星，有机硫气体的影响更为明显：在1倍于现代地球有机硫流量的情况下，在CH 4/CO2 ~ 0.2时会形成大量的霾，但在30倍于有机硫流量的情况下，形成霾所需的CH 4/CO2比会降低整整一个数量级。在极低的CH 4/CO2比率下检测到霾可能表明这些生物成因的含硫气体的影响，因此意味着系外行星上的生物活动。当这些有机硫气体在类地系外行星的光谱中不容易检测到时，它们可以帮助产生的厚有机烟雾在反射光中以低至10的光谱分辨率检测到的紫外-蓝色波长处产生非常强的吸收特征。在直接成像中，限制CH 4和CO2浓度将需要更高的光谱分辨率，并且需要R > 170才能准确解析1.57 μm处的…
2017-11-05 astro-ph.EP
Theoretical Transit Spectra for GJ 1214b and Other "Super-Earths"
我们提出了新的计算过境光谱的超级地球，允许大气中的任意比例的常见分子物种和阴霾。我们用通用光谱测试这种方法，再现预期的系统学和吸收特征，然后将其应用于附近的超级地球GJ 1214 b，它产生了相互矛盾的观测数据，留下了富氢与贫氢大气和大气含水量模糊的问题。我们提出了具有代表性的过境光谱范围内的大气模型GJ 1214 b。我们的分析支持一个富氢的大气层与云或霾层，虽然一个贫氢的模式，少于10%的水是不排除的。然而，有几类模型被排除在外，包括没有雾的富氢大气，雾度约为0.01微米托林颗粒的富氢大气，以及主要吸收源不是水的贫氢大气。我们提出了一个观测测试，以区分富氢和贫氢大气。最后，我们提供了一个库的理论过境光谱的超级地球的参数范围广泛，以方便未来的比较与预期的数据。
2012-08-29 astro-ph.EP
Steepening Optical Slopes in Exoplanet Transmission Spectra with Charged Hazes
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Toronto（多伦多大学）；SOKENDAI（综合研究大学院大学）；RIKEN（理化学研究所）
本研究开发了包含薄雾带电的系外行星大气微观物理模型，发现带电通过抑制凝结减小粒子尺寸，在弱垂直混合下使光学光谱斜率变陡，尤其对散射主导材料影响显著，为解释超瑞利斜率提供了新机制。
2026-09-14 astro-ph.EP
Influence of Photoelectrons on the Structure and Dynamics of the Upper Atmosphere of a Hot Jupiter
一个自洽的，空气动力学模型的上层大气的“热木星”，包括涉及超热光电子的反应。该模型用于计算系外行星HD 209458 b大气中气体密度、速度和温度的高度分布。结果表明，包括超热电子计算时的加热和冷却功能减少了五个因素的大气质量损失率。
2017-06-07 astro-ph.EP
3D simulations of photochemical hazes in the atmosphere of hot Jupiter HD 189733b
本文通过三维模拟研究热木星 HD 189733b 大气中光化学霾的输送与分布，揭示小粒子在晨侧明暗线聚集、大粒子在昏侧聚集的规律，并指出模型光谱与观测短波陡坡不匹配的可能原因。
2024-08-02 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
Limits on Clouds and Hazes for the TRAPPIST-1 Planets
TRAPPIST-1行星系是研究M-矮行星演化和适居性的极好候选者。哈勃太空望远镜（HST）的透射光谱观测表明，最里面的五颗行星没有清晰的氢气氛。在这里，我们重新评估这些结论与最近更新的质量限制，并扩大分析，包括限制金属，云顶压力，和烟雾散射的强度。我们连接最近的实验室结果的颗粒大小和生产率的系外行星霾的一维大气模型的TRAPPIST-1传输光谱。这样做，我们得到一个基于物理的估计雾散射截面。我们发现霾散射截面的顺序为1 e-26至1 e-19平方厘米的需要在富氢大气中的TRAPPIST-1 d，e，和f，以匹配HST数据。对于TRAPPIST-1 g，我们不能排除清晰的富氢大气。我们还模拟了不透明的云层和大量的重元素含量对透射光谱的影响。我们确定，在12毫巴和更低的压力下，具有高空云层的富氢大气与TRAPPIST-1 d和e的HST观测是一致的。对于TRAPPIST-1 f和g，我们不能以高置信度排除明确的富氢情况。我们证明了至少60 xsolar对流层（0.1巴）云的金属丰度与观测结果一致。此外，我们还提供了未来观测所需的精度估计，以解开云顶压力和金属丰度的简并。我们的研究结果表明，外层TRAPPIST-1行星d，e和f存在次级，挥发性丰富的大气层。
2018-10-11 astro-ph.EP
Super-Rayleigh Slopes in Transmission Spectra of Exoplanets Generated by Photochemical Haze
系外行星大气的光学透射光谱中的光谱斜率包含了关于外来云特性的信息。该斜率通常归因于微小气溶胶颗粒引起的瑞利散射，而最近的反演研究表明，斜率往往比典型的瑞利斜率更陡。在这里，我们建议，在激烈的混合大气中形成的光化学烟雾可以解释这种超瑞利斜率。我们首先分析表明，光谱斜率可以陡峭的垂直不透明度梯度，其中大气不透明度随高度增加。使用微物理模型，我们表明，这种不透明度梯度可以自然产生的光化学霾，特别是当涡流混合是相当有效的。根据霾质量通量和涡旋扩散系数，霾大气的透射谱可划分为四个典型区域。我们发现，如果涡动扩散系数足够高，霾质量通量落在中等值，透射谱的谱斜率可以比Rayleigh斜率陡2- 4倍。根据最近对大气环流的研究所提出的涡动扩散系数，我们认为在平衡温度为1000- 1500 K的行星上，光化学霾优先产生超瑞利斜率，这可能与最近的反演研究结果相一致。我们的研究结果将有助于从霾形成的角度解释光谱斜率的观测结果。
2020-05-18 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
Haze seasonal variations of Titan's upper atmosphere during the Cassini Mission
这项研究提出了一个13年的调查阴霾紫外线消光剖面，监测时间演变的分离阴霾层（DHL）在泰坦的高层大气（350-600公里）。根据West等人2011年在赤道地区的报告（GRL vol.38，L06204），我们发现在北半球冬季（2004-2009年），DHL存在于55°N以下的所有纬度。然后，它在2012年全球沉没并消失。2012年至2015年期间没有观察到常设DHL。直到2015年底，一个新的结构才从北半球出现并传播到赤道。这个新的DHL不像2004年那样明显，比以前观察到的要复杂得多。在一个特定的序列中，在2005年，我们能够调查DHL的短时间尺度变化，没有观察到重大变化。当两侧的肢体都是可见的（黎明/黄昏），我们注意到，DHL的消光比黎明侧略高。此外，在2009年的一次极地飞越中，我们观察到DHL的纵向变化，并发现了一些局部的不均匀性。最后，与UVIS恒星掩星和一般气候模式（GCM）的比较都与我们的发现一致。然而，我们注意到GMC预测的DHL主模式的时间可以在太阳经度上偏离30°。所有这些观测为土卫六高层大气的季节性循环、DHL的演变及其与动力学的相互作用带来了新的视角。
2021-02-10 astro-ph.EP
TOI-421 b: A Hot Sub-Neptune with a Haze-Free, Low Mean Molecular Weight Atmosphere
本文利用JWST透射光谱研究热亚海王星TOI-421 b，发现其大气无霾且平均分子量低，与太阳金属丰度一致，并支持高温亚海王星因缺甲烷而不形成碳氢霾的观点。
2025-01-02 astro-ph.EP
A precise blue-optical transmission spectrum from the ground: Evidence for haze in the atmosphere of WASP-74b
我们报告了膨胀的热木星WASP-74 b在4000至6200 nm波长范围内的透射光谱。我们用甚大望远镜FOCAL减速器和摄谱仪（VLT FORS 2）观测了两次凌日事件，并提出了一种测量系外行星凌日深度随波长变化的新方法。新方法消除了在校正大气消光影响的光谱光变曲线时对参考星的需要。与其他技术相比，它还提供了更高的精度，对于V=9.8等的太阳型恒星和80 μ m的波长箱，平均凌日深度不确定性达到211 ppm。VLT的透射光谱进行了分析，单独和结合公布的数据从哈勃太空望远镜（HST）和斯皮策。光谱被发现表现出一个大部分无特征的斜率和平衡化学检索与PLATON赞成在系外行星的高层大气中的烟雾。使用AURA进行的自由化学检索进一步支持雾的存在。虽然根据大气模型的选择，可能会有其他限制，但这些限制并不可靠，可能会受到数据集中剩余系统学的影响。我们的研究结果证明了新技术在光学地面光谱数据分析中的实用性，并且可以与JWST的红外后续观测高度互补。
2023-02-22 astro-ph.EP
Exploring the Atmosphere of Neoproterozoic Earth: The Effect of O$_{2}$ on Haze Formation and Composition
早期地球大气中霾形成的研究主要集中在N $_{2}$ /CO $_{2}$ /CH $_{4}$大气中。在这里，我们通过实验研究了O $_{2}$对气溶胶形成和组成的影响，以提高我们对新元古代地球上雾霾形成的了解。我们获得了由NPDMATHABMM/COPDMATHABMM/$_{4}$ /OPDMATHABMM气体混合物产生的气溶胶颗粒的原位尺寸、颗粒密度和组成测量，所述混合物经受FUV辐射（115-400 nm），用于一系列初始COPDMATHABMM/$_{4}$ /$_{2}$混合比（$_{2}$范围从2 ppm至0.2%）。在最低的O $_{2}$浓度（2 ppm）下，除了一种气体混合物之外，添加增加了所有气体混合物的颗粒产生。在较高的氧浓度（20 ppm和更高）下，仍然产生颗粒，但是O $_{2}$的添加降低了产生速率。随着O $_{2}$的增加，颗粒尺寸和数密度均减小，表明O $_{2}$影响颗粒成核和生长。颗粒密度随着O $_{2}$的增加而增加。CO $_{2}$和O $_{2}$的加入不仅增加了气溶胶中的氧气量，而且还增加了氮的掺入程度。特别地，O $_{2}$的加入导致含硝酸根的分子的形成。含氧分子的存在增加固氮效率的事实暗示了霾作为生命起源和进化所需的分子来源的作用。组成的变化也可能影响这些粒子的吸收和散射行为，但需要测量光学特性，以充分了解对行星辐射能量平…
2018-04-08 astro-ph.EP
Piercing through the Haze: Characterizing Titan-like terrestrial exoplanets with JWST
Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；University of Wyoming, School of Computing（怀俄明大学计算机学院）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）；Bay Area Environmental Research Institute（湾区环境研究所）
研究利用JWST表征类土卫六系外行星，通过探索系外行星大气反演方法在土卫六光谱上的有效性，将结果推广到TRAPPIST-1系统中的类土卫六系外行星，发现JWST识别甲烷外特征潜力有限，但能识别几百公里高度的霾，近紫外-光学观测台作用重要，还指出大气先验存在的问题。
2026-07-16 astro-ph.EP
Influence of CO versus CH$_4$ on organic haze formation in atmospheres of diverse terrestrial exoplanets
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究不同碳源对地外行星大气中烟雾形成的影响，发现CH4比CO更有效，导致更高的烟雾产量和更复杂的化学组成。
2026-04-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Photolytic Hazes in the Atmosphere of 51 Eri b
我们使用1D模型来解决光化学和可能的烟雾形成的照射温暖的木星，51波江座b。本计划的重点是碳，但硫的光化学结果是重要的。有机光化学烟雾的情况是有趣的，但缺乏令人信服的。如果有机烟雾形成，如果51 Eri b的垂直混合比木星弱，它们最有可能这样做，并且它们将在甲烷和水光解的高度以下被发现。更新颖的结果是，光化学将H $_2$ S转化为元素硫，在此处理为S $_8$。在较冷的模型中，S $_8$预计会凝结成固体硫颗粒的光学厚云，而在较暖的模型中，S $_8$与其他几种硫同素异形体一起保持蒸汽状态，这些硫同素异形体在视觉上引人注目，并且可能是可观察的。对于51 Eri b，有和没有冷凝硫的模型之间的分界线是在700 K的有效温度，这是在其实际有效温度的误差范围内;硫冷凝的局部温度在280和320 K之间。我们讨论的硫光化学反应非常普遍，应该在广泛的温度范围内的各种世界中发现，无论是比这里研究的650-750 K范围更冷还是更热，我们表明硫光化学反应的产物在紫外线辐射比51 Eri b弱几个数量级的行星上几乎同样丰富。
2016-04-25 astro-ph.EP
Optical Properties of Organic Haze Analogues in Water-rich Exoplanet Atmospheres Observable with JWST
针对富水系外行星大气中有机霾光学性质实验数据缺失的问题，测量了有机霾类似物的密度和光学常数（0.4至28.6 μm），并证明其差异对JWST合成光谱有可检测影响，为观测与建模提供了实用程序。
2023-11-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Detectable molecular features above hydrocarbon haze via transmission spectroscopy with JWST: Case studies of GJ 1214b-, GJ 436b-, HD 97658b-, and Kepler-51b-like planets
到目前为止观察到的一些系外行星显示出无特征或平坦的透射光谱，可能表明其大气层中存在云和/或薄雾。由于其大孔径尺寸和宽波长覆盖范围，JWST预计将能够对系外行星大气进行详细调查，这可能会对被云/霾遮挡的大气成分提供重要的限制。在这里，我们使用四个温暖的（$\lesssim 1000$ K）行星适合通过透射光谱，GJ 1214 b，GJ 436 b，HD 97658 b和开普勒-51 b的大气特征，作为例子，探索分子吸收功能可检测的JWST，即使在碳氢化合物雾的存在下，在大气中。我们模拟光化学，碳氢化合物烟雾颗粒的生长，以及这四个行星的大气层的透射光谱。在所考虑的行星参数中，具有朦胧的、相对富含氢的大气层的超级地球大多数预计会产生可检测到的分子吸收特征，例如在3.3 ${\rm μ}$ m处的相当突出的$\mathrm{CH_4}$特征，即使是在光化学烟雾产生最有效的极端情况下。对于一颗重力极低的行星，如开普勒-51b，由于沉降速度小，雾霾颗粒在高层大气中变得非常大，导致在很宽的波长范围内没有特征或平坦的透射光谱。这项调查表明，在大多数情况下，由HST测量的具有静音功能的透射光谱并不排除JWST可访问的较长波长处的强功能。
2019-04-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
The influence of forward-scattered light in transmission measurements of (exo)planetary atmospheres
[摘要]通过行星大气的光传输可以作为高度和波长的函数使用恒星或太阳掩星来研究，通常对大气成分有独特的限制。对于系外行星，凌日产生了大气层的边缘积分，波长依赖的透射光谱。当行星大气中存在散射雾和/或云粒子时，透射通量的量不仅取决于被探测的倾斜光路的总光学厚度，而且还取决于散射粒子的前向散射量。在这里，我们提出了一个三维蒙特卡罗代码，模拟掩星或过境期间的传输流量的计算结果。对于各向同性散射粒子，如气体分子，传输通量似乎是很好地描述了总的大气光学厚度。然而，强烈的前向散射粒子，例如在太阳系行星的大气中常见的粒子，可以显着增加透射通量。对于系外行星来说，这种增加的通量可以将行星的视半径减少几个标度高度，这与系外行星凌日光谱中的预测和测量特征相当。我们进行了详细的计算土卫六的大气层之间的2.0和2.8微米，并表明，烟雾和气体丰度将被低估约8%，如果前向散射被忽略的检索。在较短的波长下，气体和烟雾的丰度以及烟雾粒子的光谱斜率的误差可能是百分之几十，对于其他太阳系行星大气也是如此。我们还发现，前向散射的贡献，可以相当好地描述模拟大气作为一个平面平行板。
2012-08-14 astro-ph.EP
Pale Orange Dots: The Impact of Organic Haze on the Habitability and Detectability of Earthlike Exoplanets
烟雾在已知行星的大气中很常见，地球化学证据表明，早期地球偶尔会支持有机烟雾，并对环境和光谱产生重大影响。母星的紫外光谱通过甲烷光化学驱动有机烟雾的形成。我们使用一个一维光化学气候模型来研究太古代地球上分形有机霾的产生，这些地球类似于几种恒星类型的可居住区：现代和早期太阳，AD Leo（M3.5V），GJ 876（M4 V），$ε$ Eridani（K2 V）和$σ$ Bootis（F2 V）。对于类太古代的大气层，行星轨道上的恒星具有最高的紫外线通量不会形成烟雾，因为形成了光化学氧自由基，破坏了烟雾的前体。有机烟雾通过紫外线屏蔽和表面冷却影响行星的可居住性，但这种冷却在M矮星周围最小化，其能量以有机烟雾相对透明的波长发射。我们生成光谱以测试雾度的可检测性。詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的GJ 876行星的10次凌日中，与无霾行星相比，霾使波长为$<$ 2.5 $μ$ m 2-10 $σ$的气体吸收特征变浅，甲烷和二氧化碳在$>$ 5 $σ$可以检测到。雾度吸收特征可以在接近6.3 $μ$ m的5 $σ$处检测到，但是需要更高的信噪比来区分雾度与相邻的吸收体。如果使用日冕仪10米级紫外-可见-近红外望远镜在10秒差距处对行星进行直接成像，那么在$>$ 12 $σ$上将在200小时内强烈探测到紫外-蓝色烟雾吸收特征。
2017-02-09 astro-ph.EP
Jupiter as an exoplanet: UV to NIR transmission spectrum reveals hazes, a Na layer and possibly stratospheric H2O-ice clouds
目前，透射光谱分析是探测系外行星大气化学成分最成功的技术。但这些测量的准确性受到观测限制和可能的大气成分多样性的限制。在这里，我们展示了木星的紫外-可见-红外透射光谱，就好像它是一颗过境的系外行星，通过观察它的一颗卫星，木卫三，同时穿过木星的阴影，在木卫三的日食期间由于大气中存在云（气溶胶）和霾，以及甲烷的强吸收特征，光谱显示出强烈的消光。更有趣的是，与辐射转移模型的比较揭示了一个光谱特征，我们在这里将其归因于木星平流层的结晶H2O冰。Na的原子跃迁也存在。这些结果是相关的巨型凌日系外行星的建模和解释。他们还开启了一项新技术，以探索木星大气层上层的大气成分。
2015-02-07 astro-ph.EP
Impact of Clouds and Hazes on the Simulated JWST Transmission Spectra of Habitable Zone Planets in the TRAPPIST-1 System
TRAPPIST-1系统由一颗超冷的主恒星组成，拥有七颗已知的地球大小的行星，将成为JWST大气特征描述的主要目标。然而，大气分子种类的可探测性可能受到云和/或霾的存在的严重影响。在这项工作中，我们进行3-D的大气环流模式（GCM）模拟与LMD通用模式补充1-D的光化学模拟在终止与大气模型模拟几种可能的大气TRAPPIST-1 e，1f和1g：1）现代地球，2）太古代地球，和3）CO2丰富的大气。JWST合成凌日光谱是使用GSFC行星光谱发生器（PSG）计算的。我们发现，TRAPPIST-1 e，1f和1g的大气，云和/或霾，可以检测到使用JWST的NIRSpec棱镜从CO2吸收线在4.3微米在小于15个过境在3西格玛或小于35过境在5西格玛。然而，我们的分析表明，其他气体需要数百（或数千）次凌日才能被检测到。我们还发现，H2O，主要局限于低层大气中，是非常具有挑战性的检测这些行星或类似的系统，如果行星的大气不是在一个潮湿的温室状态。这一结果表明，使用大气环流模型，自洽地考虑到云和欠饱和的影响，对于评估有关大气分子的可探测性以及以一种更全面的（因而更可靠和更相关的）办法解释未来的探测至关重要。
2019-11-19 astro-ph.EP
Hazes and clouds in a singular triple vortex in Saturn's atmosphere from HST/WFC3 multispectral imaging
在本文中，我们使用HST/WFC 3多光谱成像研究了土星大气层中三重涡旋的垂直薄雾和云结构，其纬度范围为55 N-69 N（del Rio- Gaztelurrutia et al.，2018）。这些观测是在2015年6月29日至30日和7月1日期间在10个不同的滤光片上进行的，覆盖了225 nm至937 nm的光谱范围，包括889 nm的深层甲烷带。绝对反射率测量的这个区域在所有波长下，并根据一些照明和观察的几何形状与由辐射转移模型产生的值拟合。在这个波长范围内的反射率的变化大多可以归因于对流层霾的变化。反气旋在光学上更厚（$τ\sim$ 25比$\sim$ 10），垂直延伸更长（$\sim$ 3气体高度比$\sim$ 2），其底部位于大气中更深的地方（550毫巴比500毫巴）。
2019-05-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Hydrolyzed Hazes on Water-rich Exoplanets: Optical Constants and Detectability
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Space Telescope Science Institute（空间望远镜科学研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
研究水丰盈系外行星大气中尘埃的水解过程及其对光谱观测的影响，通过实验测定光学常数，揭示水解尘埃对大气特征的显著影响。
2026-04-08 astro-ph.EP
Theoretical Transmission Spectra of Exoplanet Atmospheres with Hydrocarbon Haze. II. Dependence on UV Irradiation Intensity, Metallicity, C/O Ratio, Eddy Diffusion Coefficient, and Temperature
最近的透射光谱显示，云和薄雾在近距离系外行星的大气中很常见。在这项研究中，使用光化学，微物理和透射光谱模式的近距离温暖，（$\lesssim$ 1000 K）系外行星大气，我们在我们的前一篇论文中新开发的（Kawashima & Ikoma 2018），我们研究了雾霾颗粒和气态物质的垂直分布，以及在宽范围的模型参数（包括紫外辐射强度，金属含量，碳氧比（C/O）、涡流扩散系数和温度。对金属丰度的敏感性特别令人感兴趣。我们发现，金属丰度的上升基本上导致烃的光解离速率降低，因此降低了混浊单体的产生速率。这是由于存在于比碳氢化合物更高的海拔处的主要光子吸收剂（例如$\mathrm{H_2O}$、$\mathrm{CO}$、$\mathrm{CO_2}$和$\mathrm{O_2}$）的增强的光子屏蔽效应。我们还发现，在相对较短的波长（$\lesssim$ 2-3 $μ$ m），在透射光谱中的吸收功能是最明显的中等金属丰度，如100倍的太阳金属丰度，而较低的金属丰度较强的吸收功能在相对较长的波长（$\gtrsim$ 2-3 $μ$ m），其中霾的贡献很小。这是因为两个竞争性的影响，降低烟雾的生产率和大气尺度的高度较高的金属。对于其他模型参数，我们发现，较强的吸收功能出现在较低的紫外线照射，较低的C/O比，较高的涡流扩散系数，和较高的温度的大气的透射光谱。
2019-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
