一、恒星结构演化

　　恒星结构演化—恒星演化示意图（来自：https://slides.com/migroch/deck-47/fullscreen）

　　恒星是宇宙中最重要的物质组成形态，恒星的结构与演化理论同时也是现代天体物理的两大理论基石之一。恒星作为宿主向下联系着行星与行星系统，成为生命产生与演化的场所；恒星作为基本单元向上组成星系与星系群，决定着宇宙的大尺度结构与演化。因此，对恒星的深入研究会带来对整个天体物理的巨大推动。近年来，随着地面（SDSS、LAMOST）和空间（Kepler、Gaia、CSST）巡天项目的开展，恒星研究迎来了海量数据时代，这为恒星物理诸多难题的解决创造了不可多得的机遇。我们的主要研究方向集中在恒星内部基本物理过程（对流、扩散、自转、磁场、星风物质损失等）的准确描述和特殊恒星（sdB星、SAGB星、锂增丰恒星、大质量恒星、沃尔夫-拉叶星、超新星、中子星、黑洞等）的形成机制方面。在恒星内部对流运动的描述方面，我们提出了湍对流的k-omega模型与对流超射混合模型，其结果得到了星震学与流体数值模拟的证实。我们还开发了相应的高效算法将其应用于恒星结构演化模型中。我们发展的恒星内部元素扩散模型大大提高了计算精度与应用范围。我们构造了迄今为止最准确的太阳模型，其在化学组成、中微子流量、表面氦丰度方面都与观测结果吻合，尤其是其给出了迄今与日震学反演结果最为符合的太阳内部声速分布。未来的研究目标包括：对流超射与大质量恒星的晚期演化；恒星级黑洞的质量上限；对流超射与核坍缩超新星的形成通道；沃尔夫—拉叶星的形成与演化；转动恒星结构演化；重力内波混合与恒星内部元素混合、以此解释锂增丰等表面元素丰度异常恒星的形成机制等。

二、星震学

　　星震学—波在恒星内部传播示意图（来自：http://www.cosmostat.org/former-research-topics）

星震学—脉动赫罗图（来自：Kurtz, D. Asteroseismology Acroos the Hertzsprung-Russell Diagram, 2022, ARA&A, https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-astro-052920-094232）

　　波在非均质中传播会发生折（透）反射现象，星震学便是利用这一物理现象、通过机械波对恒星内部进行研究。星震学的研究过程就是给恒星“号脉”，目的是对恒星进行“核磁共振成像”式的分层解析，最终实现对恒星结构演化理论(包括双星演化)以及相关物理过程的校验和改进。脉动变星遍布恒星赫罗图每个角落，涵盖从恒星主序前到“灭亡”前夕所有演化阶段。由于结构特征差异，各类变星表现出不同的脉动特性。相应地，不同类型脉动变星对恒星内部不同位置的敏感程度不同，其探测能力也各有千秋。目前为止,星震学被认为是对恒星结构演化理论进行全面而细致检验最有效的研究方法。从第一颗脉动变星鲸鱼座(o Ceti)被发现(1596年)至今有四百多年历史，直到上世纪六、七十年代，太阳5分钟震荡被确认，脉动变星的研究才真正展开对恒星内部结构信息的探索。基于当前高精度长时序观测，星震学的研究正向精细解析恒星内部结构方向发展。我们的研究主要集中于利用星震学这一强有力工具对恒星内部物质输运、角动量转移、热核反应、不透明度、星风物质损失、恒星表面小尺度磁场以及双星系统中物质转移等物理过程进行研究。我们基于理论分析给观测中的大频率间隔和最大功率谱频率关系赋予物理含义；提出高精度星震学独立分析方法，通过星震学限制恒星表面小尺度磁场、追踪热核合成过程、限定双星演化中物质转移速率、精确限定红巨星内部电子简并氦核以及反演其内部旋转曲线、反演白矮星、SPB、Gamma Dor、Delta Scuti等变星内部元素分布轮廓从而探索其内部物质扩散过程；利用恒星脉动周期变化率对BLAPs、HADS演化速率进行限定；利用星震学精确限制系外行星系统宿主恒星基本结构参数，精确刻画行星系统状态等。研究目标包括：太阳、主序类太阳、巨星、Delta Scuti、Gamma Dor、SPB、Beta Ceip、热亚矮星、白矮星、BLAPs、经典变星等等，几乎涵盖整个赫罗图。研究样本有场星、双星、系外行星系统、星团等。

三、行星大气及行星-恒星系统协同演化

行星—行星大气光谱示意图（来自：百度）

左图：行星—行星大气对恒星谱线的再吸收（来自 闫冬冬等（2022））                  右图：在主星强辐射下的大气结构（来自 郭建恒（2013））

　　对地外生命痕迹以及宜居系外行星的搜寻与研究是当前天文界乃至整个科学界最热门的研究方向，也是普通大众最关切的科学问题。目前已经投入诸多空间 卫星寻找宜居系外行星，如CoRoT、Kepler、TESS和未来的PLATO、ET等空间卫星都是以寻找宜居系外行星为首要科学目标，其中能否孕育生命以及是否适合人类居住最关键的就是行星的大气成分及行星系统的演化行为。当系外行星和它的宿主恒星发生凌食事件时，行星大气成分以及其动力学行为会体现在相应的透射光谱中，因此可通过高分辨光谱观测对其进行研究。随着JWST以及未来更大口径空间望远镜的投入使用，行星大气将获得全方位的观测研究。我们的研究兴趣包括：系外行星大气的演化、大气逃逸对类地行星可宜居性的影响以及行星-恒星之间的相互作用。我们开发的包括复杂光化学模式的行星大气流体动力学模型和大气透射谱的辐射转移模型成功地解释了多个系外行星大气在不同波段上的观测信号。我们的研究认为太阳系早期的强短波辐射可能造成类地行星大气的水逃逸，并进一步影响其宜居性。我们将进一步加强在恒星-行星的潮汐演化和行星热演化等方面的研究。