地球与行星大气的起源

在比较系统地分析了原始太阳星云气体演化全过程和地球与行星大气观测事实的基础上,本文讨论了地球与行星大气起源;地球应有一初级原始大气阶段,其主要特征是还原志。文中还求得了初级原始大气的上下限,讨论了这一大气的性质与演化。     

冰巨星大气研究进展

与类木行星等气态巨行星相比,冰巨星是由大量比氢氦重的气体成分(水、氨、甲烷等)组成的气体行星,天王星和海王星便是典型的冰巨星。天王星和海王星的大气中保存着太阳系形成初期的气体,对研究太阳系和行星的形成演化有很大帮助;研究其大气的动力学有助于了解大气内部的结构、热源驱动机制和对流机制;随着证认的系外行星数量逐渐增加,发现类海王星型系外行星是普遍存在的。介绍了天王星和海王星的大气结构、大气成分,以及太阳系外类海王星的研究进展,并对未来冰巨星的探测和研究进行展望。     

轨道距离对系外行星大气逃逸的影响

大气逃逸是行星大气演化的重要一环,其主要能量来源为主星在高能波段的辐射.辐射流量随轨道距离的增大会急剧下降,不同轨道处的行星大气逃逸差异较大,轨道距离对系外行星大气逃逸的影响需要深入研究.运用一维流体动力学模型,并且考虑辐射转移和多种粒子的光化学反应过程,对行星大气逃逸随轨道距离的变化进行了研究.由于主星光谱在不同的演化阶段会表现出较大差异,故采用XSPEC(X-Ray Spectral Fitting Package)中的等离子体模型APEC(Astrophysical Plasma Emission Code),获得不同年龄的类太阳星光谱作为模型输入光谱.结果发现:不同轨道处的行星逃逸率显著不同,逃逸机制也会随轨道距离的增大由剧烈的流体动力学逃逸转化为缓和的金斯逃逸,且行星引力势越小、恒星-行星系统越年轻,这一转化距离越远.处于年轻恒星-行星系统中的短周期行星,逃逸率和辐射流量的相关性降低.这个结果表明经典的能量限制(Energy-limited)逃逸理论对这类行星是不适用的.这些发现丰富了对系外行星大气逃逸过程的研究,尤其是扩展了在不同轨道距离和恒星年龄条件下,逃逸机制和能量转换过程的研究.     

系外行星大气流体动力学逃逸的研究与进展

近轨道~①系外行星受到其宿主恒星强烈的X射线和极紫外(X-ray and Extreme Ultraviolet,XUV)辐射。恒星辐射可能会使富气体行星的气体摆脱行星的引力束缚而逃逸到行星的洛希瓣外。随着XUV辐射的增大,行星的大气逃逸可由较缓和的金斯逃逸变为剧烈的流体动力学逃逸。随着空间望远镜和地面望远镜的发展,在一些行星周围发现了膨胀的H,He,C,O,Na和Mg等元素的大气。行星大气研究从最初的紫外波段探测,已经发展到光学波段和近红外波段的探测。理论上,系外行星大气逃逸的流体动力学模型也已相继建立起来。这些模型涉及到行星大气的光化学、恒星风与行星风的相互作用、恒星辐射压以及行星磁场等方面。然而,一个包含所有过程的复杂模型还有待建立。     

行星大气定理及其天灾预测应用

在界定行星大气运动范围后,提出行星大气运动三定理。从行星磁场角度研究不完全电离磁流体(incompleteionospheregaseousfluid)得到行星磁力线绝热压缩反弹致冷效应,给出大气运动出现的冷池(coolpool)现象的物理机制。最后从天文学角度讨论和展望大气灾害的可预报性。     

行星大气定理及其天灾预测应用

在界定行星大气运动范围后，提出行星大气运动三定理。从行星磁场角度研究不完全电离磁流体(incomplete ionosphere gaseous fluid)得到行星磁力线绝热压缩反弹致冷效应，给出大气运动出现的冷池(cool pool)现象的物理机制。最后从天文学角度讨论和展望大气灾害的可预报性。     

QBO的电离层效应(摘要)

近年来在大气温度与太阳活动的相关性研究中发现了QBO的调制作用,由于大气温度与太阳相关系数的高度剖面交替地呈现出正相关与负相关,且其相间距离与行星波的垂直结构大体一致,致使人们提出大气加热存在两个相互竞争的来源即太阳紫外幅射加热与上行的行星波的动力学加热。上行的行星波不仅会加热大气也应该会调制潮汐风并通过电离层发电机效应导致电场与电流的行星波周期的振荡或起伏,而当此电场沿磁     

变幻莫测的行星大气

在多姿多彩的行星世界里,环绕在它们表面的变幻莫测的行星大气是最值得我们细细品味的自然奇观之一。在九大行星中,除水星几乎没有大气层外,其他八个都有大气包裹。地外行星上不断上演着的种种扑朔迷离的大气现象,为天文爱好者们提供了绝佳的观测素材;而地球大气则是我们须臾不能离开的自然恩赐。行星大气从何而来?又为何成分各异、疏密有别?人类从来没有停止过对它的追问。在类地行星中,金星的大气最为厚重,地球次之,火星     

超短周期系外行星研究进展

超短周期(ultra-short-period,USP)行星是指轨道周期小于1 d的系外行星,是近年来系外行星研究领域中一个新的前沿目标。USP行星的搜寻与确认需要借助傅里叶变换(Fourier transform,FT)和盒最小二乘法(the box least,BLS)等光变曲线分析算法,以筛选和确认精准的周期信号。利用统计方法可得到目前USP行星的轨道周期、行星半径、宿主恒星类型等分布特征。大部分USP行星半径小于2R⊕,受行星质量限制,大多数USP行星无法通过视向速度信号测得精确的行星质量。根据已有的观测结果可算出,部分USP行星的质量小于10M⊕,由此推测这些USP的组成更接近金属与岩石混合的类地行星。由于密近轨道可能发生光致蒸发等物质损失过程,USP行星大气的存在情况尚不明确。目前,USP行星被认为起源于热木星(hot-Jupiters)或亚海王星(sub-Neptunes),但USP行星与热木星的主星金属丰度的分布存在较大差异,亚海王星的光致蒸发起源理论可能性更高。USP行星轨道演化机制包括低偏心率轨道迁移和潮汐耗散的原位起源模型等。     

宇宙信息

金星的旋涡25年前,“先驱者”发现金星南极有个奇怪的旋涡。最近,“卡西尼”在土星南极也拍摄到类似的旋涡。这两个旋涡是在行星自转极(rotation pole)低气压区域形成的。旋涡使得空气从大气较高处向下盘旋,仿佛流向排水沟的水。任何有大气的行星,包括地球,都会形成这样的旋涡。金星旋涡的不同     

木星大气中交替快速环流研究

伽利略探测器对木星深部的大气测量，进一步增加了木星大气的平均带状交替快速环流是由其深部大气运动产生的可能性。由于木星高速自转，所以此带状流的基本动力学特征是地转流，即主要动力学平衡是科里奥利力和压力。基于近两维和非轴对称地转慢波的非线性相互作用，描述了一个新的带状交替环流的分析理论，并给出了地转波动的一个显函数关系分析表达式，以及它对应于弱非线性问题的首阶解。对考虑非线性效应的高阶解问题，推导出了一个运动方向交替的快速环流的分析表达式。也对该理论在木星和其他行星的大气动力学研究方面作了讨论。     

太阳系外行星动力演化研究

本文简要地介绍了目前太阳系外行星系统动力演化的研究现状。我们用数值模拟方法和并从分析的角度研究了GJ 876和HD 82 943。通过分析不同的共面和非共面构型 ,我们发现所有的稳定轨道都和2 :1共振有关 ,此外我们还发现在这两个系统内存在近星点共振—对应了两个行星的近星点经度之差在1 80 0或者 0 0附近秤动。这两种机制对维持行星系统的稳定性起了重要作用。     

系外行星系统中潮汐和共振的动力学研究

<正>近年来,行星形成理论与行星系统动力学已经成为天文学研究的一个重要领域.随着系外行星探测的不断深入,各种与太阳系相比特征迥异的系外行星系统被发现.大批离恒星极近的行星被发现,它们的周期只有几天,从而会受到强烈的潮汐耗散作用.很多多行星系统中相邻行星的周期比都接近简单整数比,这预示着它们很可能处在平运动共振.行星的轨道面与恒星的赤道面夹角的范围也从太阳系内的行星的(?)7°扩展到0°~180°的整个有效范围,出现了不少逆行的热木星.这些新现象在挑战传统的行星形成理论与行星系统动力学的同时,也为其进一步的完善和发展提供了前所未有的机遇.本文将基于最新的观测数据和统计特征,从行星系统动力学角度出发,将潮汐作用与诸共振相结合,研究行星演化过程中的不同构型.     

行星形成数值模拟的研究现状与未来需求Ⅱ:行星迁移、核吸积以及大气逃逸

介绍了行星形成涉及到的几个重要阶段,如行星迁移、核吸积和大气逃逸的基本物理过程和数值模拟研究现状。行星迁移会影响行星的轨道偏心率和倾角,并改变原行星盘的结构;核吸积是决定行星演化为类地行星或者类木行星的关键因素;大气逃逸对行星的气候和演化产生重要影响。这些过程均涉及到复杂的辐射磁流体动力学过程,早期的理论研究往往采用很多人为的简化假设。随着超级计算机计算能力的提高和磁流体数值模拟算法的日渐成熟,人们已经可以对这类复杂的非线性动力学问题开展直接的数值模拟研究,克服了早期理论研究中人为假设的局限。但是,目前人们开展的研究主要基于磁流体动力学数值模拟,对辐射转移如何影响磁流体动力学过程的研究还比较欠缺。强调了进行辐射磁流体动力学数值模拟的必要性和紧迫性。针对辐射磁流体数值模拟程序的开发,从辐射转移,磁场的处理,吸积盘的自引力、三维效应、非理想效应和尘埃的效应等方面提出了相应的技术需求。介绍了本研究领域内发展辐射磁流体数值模拟的策略。     

系外行星大气研究现状

探测系外行星的最终目的是为了寻找系外生命和宣居行星,而系外行星大气是人们了解行星宜居特性的窗口,所以系外行星大气的研究至关重要。近10年来,系外行星大气的理论研究和观测都发展迅速。受观测技术限制,目前观测到大气的系外行星主要是用凌星法探测到的热木星和超级地球,还有用直接成像法探测到的离主星较远的年轻气态巨行星。力求在系外行星大气领域飞速发展之际,对该领域研究现状做简明介绍。首先介绍系外行星大气的观测方法,随后介绍热木星和超级地球的大气概况和研究现状,最后对系外行星大气探测的有关项目进行简要介绍,以展示未来系外行星大气研究的前景。     

行星无人探测车地形重构技术综述

多个行星探测车已在月球和火星表面成功漫游,高分辨率、高精度的行星表面地形数据是行星无人探测车在行星表面行进和科学探测的基础,是行星无人探测车进行路径规划和安全避障的基本保证,对人类认识和开展月球及深空探测活动具有重大意义。对这一技术的研究现状展开综述,首先对过去在行星表面成功展开漫游的无人探测车及其地形重构技术方法进行简要介绍,包括3个月球车:Lunokhod 1、Lunokhod 2、玉兔号和4个火星车:旅居者号、勇气号、机遇号、好奇者号。其次对地形重构过程中的核心环节立体匹配的不同方法进行比较,分析了目前国内外应用于行星无人探测车地形重构的立体匹配算法及其特点。最后,对行星无人探测车地形重构研究存在的问题进行分析,提出了今后的研究重点及方向。     

凌星类热木行星大气的地面观测研究

正太阳系外凌星类行星是目前进行系外行星大气研究的最佳目标之一.在特殊的轨道构型条件下才可以进行凌星主食和次食的观测,它们分别对应于行星位于宿主恒星正前方和背后两种情况.相应的观测可以产生大气透射谱和热发射谱,在大气组成和温度结构的观测研究中扮演着重要的角色.基于这两种谱线性质,本文使用马普2.2 m望远镜的GROND(Gamma-Ray Burst Optical and Near-infrared Detector)设备对3颗热木星的次食进行了测光观测,又使用帕洛玛5.1 m海尔望远镜的DBSP(Double Spectrograph)、TSpec(Triple Spectrograph)和COSMIC(Carnegie Observatories     

行星大样本演化的研究进展

随着系外行星观测样本的大量积累,大样本演化方法作为天体物理的重要方法,继在恒星物理中广泛应用后,在行星统计特征的研究中开始变得更加重要。行星大样本演化方法就是通过简化的行星形成演化模型,对大量初始条件(原行星盘参数)和边界条件(星周环境)同时进行模拟,给出行星的各种统计性质,并直接与观测上的行星样本统计特征做比较。该方法对于限制行星形成和演化的理论模型具有重要意义。对行星大样本演化模型进行概述,简要介绍了行星大样本演化的主要统计结果和最新进展,并对其未来发展作出了展望。     

大气对地球自转变化的影响-方法和数据的深入分析

大气相对固体地球的运动产生大气相对角动量，它的变化可以激发地球自转多时间尺度的变化．计算大气相对角动量现在采用两种不同的垂直积分高度，一种为从地形表面积分到顶层大气，称之为SP方法；另一种为从1000hPa积分到顶层大气，称之为BP方法，对采用这两种方法所得到的大气相对角动量进行了详细的比较．应用欧洲中距气象预报中心（ECMWF）和美国国家环境预报中心（NCEP）大气再分析数据，重新研究了大气相对角动量变化的时空特征．通过对大气相对角动量季节平均，季节振幅和时空特征的分析，得出ECMWF和NCEP的大气相对角动量变化对地球自转周年极移的影响，在亚洲季风区域和南极洲区域差别最为明显．     

系外行星上的生命线索

近十年来,天文学家已经新发现了将近3000颗系外行星。将来,随着更多用于搜寻系外行星的新卫星发射升空,这一数字还会增长得更快。研究者最初关心的主要是尽可能多地发现系外行星,并且确定它们的质量和轨道。近年来,人们的关注点已经更多地转向行星更为特殊的性质,如化学组成、自转周期和大气特征(如,系外行星上的云).