Analysis of a JWST NIRSpec Lab Time Series: Characterizing Systematics, Recovering Exoplanet Transit Spectroscopy, and Constraining a Noise Floor
詹姆斯韦伯太空望远镜的NIRSpec仪器将揭示系外行星大气的性质，从温带陆地世界到超热行星。特别是，0.6-5.3微米的棱镜模式特别适合于有效的光谱系外行星观测，涵盖了许多重要的光谱特征。我们从JWST用户的角度分析了实验室测量的NIRSpec PRISM模式明亮物体时间序列（BOTS）观测，以了解仪器性能和探测器特性。我们创建了两个现实的过境系外行星的时间序列观测，通过对实验室测量的数据进行注入恢复测试，以量化实际仪器抖动，漂移，像素内灵敏度变化和1/ $f$噪声对测量的透射光谱的影响。通过拟合的时间序列系统学同时注入过境，我们可以获得更现实的过境深度的不确定性，考虑到噪声源，目前没有模拟传统的曝光时间计算器。我们发现，系统的噪声源相关的像素内灵敏度的变化和PSF运动是显而易见的数据在几百ppm的水平，但可以有效地使用一个低阶多项式与检测器的位置去趋势。我们恢复GJ 436 b和TRAPPIST-1 d的注入光谱特征，并将3-sigma上限设置在14 ppm的检测器噪声基底上。我们发现，在1.7-sigma水平下，噪声本底与<10 ppm一致，这预示着未来对具有微弱大气特征的具有挑战性的目标的观测是好的。
2022-03-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Transiting Exoplanet Atmospheres in the 2030s with the Hubble Space Telescope
Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）
本文讨论哈勃望远镜在短波段的独特能力，聚焦气溶胶散射斜率、超热木星金属吸收和恒星活动等科学案例，为未来观测规划路线图。
2026-06-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Exoplanets in the Visible and Infrared: A Spectrometer Concept for the EChO Space Mission
太阳系外行星凌日光谱是研究太阳系外行星及其大气的关键观测技术之一。这些测量的观测挑战需要专门的仪器，只有空间环境才允许不受干扰地进入类似地球的大气特征，如水或二氧化碳。因此，目前正在研究几项针对系外行星的空间飞行任务。其中之一是EChO，系外行星表征天文台，它是欧空局宇宙愿景2015-2025计划的一部分，也是2024年M3发射槽的四个候选者之一。在本文中，我们提出了我们的评估研究的ECHO光谱仪，这艘航天器上唯一的科学仪器的结果。该仪器是一种多通道全反射色散光谱仪，同时覆盖400 nm至16微米的波长范围，具有中等低的光谱分辨率。我们说明了如何的关键技术挑战的ECHO任务-高光度稳定性-影响光谱仪的概念的选择，并从根本上驱动仪器设计。第一次性能评估强调了精心设计的ECHO任务的需求的解决方案的健身。
2013-05-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Atmospheres of Transiting Earth-like Exoplanets Orbiting M Dwarfs with James Webb Space Telescope
最近在附近的几颗M矮星周围发现了一些过境的、可能适合地球居住的系外行星。这些世界代表了即将到来的美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的大气特征的重要目标。由于用于系外行星表征的可用时间有限，因此在试图探测围绕冷恒星运行的潜在类地世界的大气成分时，首先了解JWST的能力和局限性至关重要。在这里，我们探索耦合的气候化学大气模型的类地行星绕网格的M矮主机。使用新开发和验证的JWST仪器模型-JWST系外行星过境模拟器（JETS）-我们研究了各种相关仪器和观测模式的关键生物特征和可居住性指标气体物种的可检测性。考虑了光谱分辨探测情景以及特定物种的光谱影响在仪器/模式的整个范围内综合的情况，并强调了考虑在整个可观测光谱范围内获得的信息的重要性。当考虑到仪器/模式的整个光谱覆盖范围时，对于系统距离高达10-15 pc的无云类地世界，如果观测几十次凌日（或更少），就可以达到信噪比5的甲烷、二氧化碳、氧气和水的探测。当与以前的结果相比，气体物种检测所需的曝光时间取决于方法，以量化的光谱影响的物种，以及基本的光化学模型假设。因此，JWST对大气丰度的限制，即使只是上限，也有可能促进我们对陆地大气化学的理解。
2021-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing the Galactic and Extragalactic Background Near Exoplanet Direct Imaging Targets
随着越来越多的任务试图直接成像和表征围绕附近类太阳恒星运行的系外行星，提前表征可能的污染背景源变得更加重要，并可能影响目标选择。本文介绍了一种探索的哈勃源目录，盖亚目录和贝桑松星系模拟，以确定有一个污染源的可能性，在一组高自行恒星的背景下，在预期的时间范围内的观察南希格雷斯罗马空间望远镜日冕仪。分析表明，对于大多数目标，有一颗恒星落入CGI视野的可能性非常低，但在低银河系纬度，有一个更大的密度源，微弱的恒星背景源可能是一个问题。
2021-10-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Characterizing the Dynamics and Chemistry of Transiting Exoplanets with the Habitable World Observatory
本文介绍HWO科学案例，旨在通过测量凌日系外行星自转速率及获取更长周期的光谱相变曲线，结合紫外至近红外观测与偏振测量，全面表征比JWST观测目标更冷行星的大气结构、组成、环流与气溶胶特性。
2025-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-Resolution Echelle Spectroscopy for Solar System Planets: A Planet-as-Point-Source Analogy
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；University of Calcutta（加尔各答大学）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
针对透射光谱受凌星几何限制的问题，本文提出利用2.34米望远镜与高分辨率阶梯光栅光谱仪连接的光学设计，以获取太阳系天体高信噪比反射光谱，为未来极大望远镜研究系外行星反射光谱奠定基础。
2025-10-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Planet as Exoplanet Analog Spectrograph (PEAS): Design and First-Light
系外行星在我们的银河系中非常丰富，但对其进行表征仍然是一项技术挑战。太阳系行星提供了一个机会，可以用我们无法获得的高信噪比数据来测试系外行星观测的实际局限性。然而，太阳系行星的数据不同于系外行星，因为太阳系行星是空间解析的，而系外行星是未解析的点源。我们提出了一种新的仪器，旨在观察太阳系行星，虽然他们是系外行星，行星作为系外行星模拟光谱仪（PEAS）。PEAS由一个专用的0.5米望远镜和现成的光学系统组成，位于利克天文台。PEAS使用积分球对来自太阳系行星的光进行圆盘积分，产生与我们从系外行星获得的光谱更相似的空间混合光。本文介绍了PEAS仪器的总体系统设计和初步结果。
2020-12-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Optical design of VIPER: a high-resolution multimode fiber-fed VIPA spectrograph for characterizing exoplanet atmospheric escape
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（天体物理中心 | 哈佛与史密森尼学会）；Harvard University（哈佛大学）；Smithsonian Astrophysical Observatory（史密森尼天体物理台）
介绍用于表征系外行星大气逃逸的VIPER摄谱仪光学设计，基于VIPA，针对多模光纤馈送难题采用新方法，经计算和模拟验证设计，证明其可作为传统光栅摄谱仪替代品用于系外行星等天文应用。
2026-07-27 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
EarthFinder Probe Mission Concept Study: Characterizing nearby stellar exoplanet systems with Earth-mass analogs for future direct imaging
Earthquake是NASA天体物理学探测器任务概念，被选为2020年天体物理学国家科学院十年调查的输入。地球引力概念是基于我们对如何进行PRV测量的理解的巨大转变。我们提出了一个新的范例，它带来了高精度，高节奏域的过境测光所证明的开普勒和TESS的PRV测量的挑战，在厘米/秒的水平。这种新的范例利用了：1）从紫外到近红外的宽波长覆盖范围，这是唯一可能从太空中最大限度地减少恒星活动的影响; 2）非常紧凑，高度稳定，高效的光谱仪（R> 150，000），其需要仅可能从宽波长范围上的空间的衍射限制成像; 3）激光波长标准的革命，以确保多年的厘米/秒精度; 4）高节奏观测计划，最大限度地减少采样引起的周期混淆; 5）利用空间的绝对通量稳定性进行连续统归一化，以进行前所未有的逐线分析，这在地面上是不可能的; 6）聚焦于未来成像任务的目标--明亮的恒星，以便地球观测系统可以使用~1.5米的望远镜。
2020-06-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
VIPER: A high-resolution multimode fiber-fed VIPA spectrograph concept for characterizing exoplanet atmospheric escape
本文提出VIPER高分辨率窄带多模光纤VIPA光谱仪概念，用于观测系外行星1083 nm氦吸收线以研究大气逃逸，并给出仪器需求、设计方法与端到端波动光学模型。
2025-08-27 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Detecting and characterizing extrasolar planetary systems with astrometry: review from the Blue Dots astrometry working group
天体测量技术是探测和表征不同类型系外行星的重要工具。在这篇评论中，不同的项目，无论是运营中，建设中或在讨论中，并在蓝点研究的框架内讨论其性能。我们调查的敏感性天体测量不同来源的噪音，我们表明，天体测量是一个关键技术的路径发现和表征新类型的行星，包括非常具有挑战性的类地行星轨道的太阳型恒星的宜居带。
2009-12-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reflected spectroscopy of small exoplanets II: characterization of terrestrial exoplanets
能够进行高对比度成像的太空望远镜被认为是寻找类太阳恒星周围的类地行星并确定其潜在可居住性的途径。因此，量化反射光谱的能力是至关重要的，通过直接成像的类地系外行星，现有的工作集中在现代地球的行星类似物。在这里，我们超越了地球的类似物，并使用贝叶斯检索算法ExoReL $^\Re$，以确定我们可以从它们的反射光谱中了解到什么。认识到类地系外行星的潜在多样性，我们的重点是区分大气场景没有任何先验知识的主导气体。我们发现，虽然光学波段（$0.4-1.0\ μ$ m）的中等分辨率光谱可能足以表征现代地球模拟，但它可能会导致对类似太古代地球或具有CO $_2$主导大气的行星的错误解释。包括近红外波段（$1.0-1.8\ μ$ m）的观测可以防止这种误差，确定大气的主要成分（N $_2$、O $_2$或CO $_2$），并量化痕量气体（H $_2$ O、O $_3$和CH $_4$）。这些结果对确定未来系外行星直接成像任务的科学要求、设计波段带宽和观测方案具有参考价值。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Combining Photometry From Kepler and TESS to Improve Short-Period Exoplanet Characterization
行星发射热辐射并反射它们从其宿主恒星接收的入射光。当一颗行星围绕它的主星运行时，与这两种效应相关的光度变化会产生非常相似的相位曲线。如果只通过单个带通观测，这会导致某些行星参数之间的简并，从而阻碍了对此类行星的精确表征。然而，通过两个不同的带通观察同一颗行星可以提供更多关于行星的信息。在这里，我们开发了一个贝叶斯方法结合测光从\emph{Kepler}和过境系外行星调查卫星（TESS）。此外，我们通过模拟证明，人们可以解开从热木星大气层反射和热发射的光，以及更精确地限制行星的几何温度和昼侧温度。这种方法可以进一步使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），表征系外行星卫星（CHEOPS）或PLATO任务的各种测光组合。
2015-11-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Development of a Fine Grating on ZnS for a Wideband Spectral Disperser in Characterizing Exoplanets using Space-borne Telescopes
我们提出了一个精细的光栅的ZnS基板上的制造和光学测试被用作宽带红外光谱分散器，其主要应用是使用星载红外天文望远镜的过境系外行星的大气成分的测量。闪耀角为2.1 °的光栅。和间距为166.667微米的样品在最大厚度为1毫米的大致平坦的10毫米× 10毫米衬底上构建。为了获得高精度，使用Canon Inc.的高性能加工机在ZnS单晶上制造样品。用显微镜干涉仪测量的表面粗糙度为2.6 nm rms。用扫描电子显微镜检查所制造的光栅边缘的形状。通过在λ = 633 nm、980 nm和1550 nm处的光学实验来评估衍射效率，并与使用傅立叶模态方法计算的效率进行比较。结果表明，实验得到的衍射效率与理论计算的衍射效率之差仅为0.9%~ 2.4%。我们的结论是，所制造的ZnS光栅的质量足够高，以提供优异的衍射效率，用于在红外波长区域。我们还提出了一个光谱色散碲化镉的设计，为未来更先进的性能。
2014-06-11 astro-ph.IM
The Science Potential of Characterizing Gas Giant Exoplanets with HWO
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Center for Exoplanets and Habitable Worlds, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学系外行星与宜居世界中心）；Institute for Computational and Data Science, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所）；Lunar & Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学月球与行星实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Department of Astronomy, California Institute of Technology（加州理工学院天文学系）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of California Observatories（加州大学观测站）
HWO可对邻近气态巨行星进行高信噪比测光和光谱观测，探测其大气成分、自转变化及系外卫星，并可能识别宜居卫星上的生物特征。
2026-11-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Scattered light may reveal the existence of ringed exoplanets
围绕着巨大系外行星的行星环（以下简称“行星环”）仍然是大量已发现行星中缺失的行星现象。尽管存在大量的方法来识别和描述这些驱逐，但迄今为止没有一种方法是成功的。这些努力大多集中在围绕凌日系外行星的环产生的光度特征上;因此，对于非凌日环行星可能引起的可检测特征几乎没有兴趣，因为它们的大气层和（假设的）环系统相当大的表面都有过量的散射星光。这种由驱邪产生的额外散射将发生在这里定义为恒星光变曲线的“夏至”的轨道位置。在这封信中，我们开发了一个一阶模型来估计非过境exorings的光度特征，并预测其可探测性，使用现在和未来的设施。我们还展示了如何，除了发现本身，我们的模型可以用来约束行星环系统的轨道和物理参数。
2020-04-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
A new statistical method for characterizing the atmospheres of extrasolar planets
通过探测太阳系外行星发出的光，我们可以测量它们的成分和整体物理性质。用于进行这些测量的技术仍处于起步阶段，缺乏自我一致性表明，以前的观测低估了他们的系统误差。我们展示了一种统计方法，新应用于系外行星的表征，它使用贝叶斯形式主义来解释低估的误差。我们使用这种方法来比较测光的一个亚恒星的同伴，GJ 758b，与自定义的大气模型。我们的方法产生的概率分布的大气模型参数，包括温度，重力，云模型（fsed），和化学丰度的GJ 758 b。该分布对高度变异的数据不太敏感，并且适当地反映了参数拟合的更大不确定性。
2017-06-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing the atmosphere of Proxima b with a space-based mid-infrared nulling interferometer
比邻星b是离我们最近的潜在岩石系外行星，它代表了系外行星科学和天体生物学的一个巨大机遇。Proxima b与其主星的角距仅为35质量（或0.05天文单位），但用目前的成像望远镜和未来的天基日冕仪很难观测到。将行星的光子与其主星的光子分开的一种方法是使用一种可以很容易地分辨这种空间尺度的干涉仪。此外，它靠近地球，与其宿主M矮星相比具有良好的对比度（10微米处约为10 $^{-5}$），使其成为具有相对较小孔径的天基调零干涉仪的理想目标。在本文中，我们提出了在中红外（5-20微米）观测这颗行星的动机和相应的技术挑战。然后，我们描述了一个天基红外干涉仪的概念，相对较小的孔径（$<$直径1米），可以测量Proxima b的关键细节，如其大小，温度，气候结构，以及重要的大气分子，如H $_2$ O，CO $_2$，O $_3$和CH $_4$的存在。最后，我们说明了这个概念，显示现实的观测使用合成光谱的Proxima B计算耦合气候化学模型。
2018-07-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Observing Exoplanets with High-Dispersion Coronagraphy. II. Demonstration of an Active Single-Mode Fiber Injection Unit
高色散日冕照相术（HDC）将高对比度成像技术（例如自适应光学/波前控制加上日冕照相术）与高光谱分辨率光谱学最佳地结合。HDC是全面表征从巨型气态行星到类地行星的广泛质量的系外行星大气的关键途径。除了确定系外行星大气的分子组成外，HDC还可以对大气的不均匀性（温度，云，风）进行多普勒测绘，以及精确测量系外行星的旋转速度。在这里，我们展示了一个创新的概念，将直接成像的行星光注入单模光纤，将高对比度自适应校正的日冕仪连接到高分辨率光谱仪（衍射限制或不限制）。我们的实验室演示包括三个关键的里程碑：接近理论的注入效率，准确的指向和跟踪，光纤相干调制和散斑归零的虚假星光信号耦合到光纤。使用单模光纤的极端模式选择性，我们还证明了散斑抑制增益，优于传统的基于图像的散斑归零至少两个数量级。
2017-03-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Space Technology for Directly Imaging and Characterizing Exo-Earths
在其恒星的宜居带中探测类地系外行星，以及在寻找生物特征时对其进行光谱表征，需要比目前最好的地面性能高出几个数量级的星光抑制。在可见光波段，行星/恒星的亮度比必须达到1 e-10的量级，这可以通过在望远镜系统的外部（遮光罩）或内部（日冕仪）使用遮光器来阻挡恒星光子，并管理衍射星光，从而直接在反射星光中对系外行星成像来获得。日冕仪需要在望远镜孔径（单片或分段）、孔径遮蔽（被次镜及其支撑支柱遮蔽）和波前误差灵敏度（例如视线抖动、望远镜振动、偏振）方面取得进步。从未在科学应用中使用过的星罩通过与望远镜分离而使任务受益，允许放松望远镜稳定性要求。在这样做的过程中，它将望远镜系统的高难度技术转移到一个大型可展开结构（直径从几十米到大于100米）上，该结构必须精确定位在距离望远镜数万公里的地方。在本文中，我们描述了一个路线图，以实现技术能力，从未来的太空望远镜搜索类地系外行星上的生物特征。其中两项研究，HabEx和LUVOIR，包括直接成像地球大小的可居住系外行星作为一个核心科学主题。
2017-09-19 astro-ph.IM
Vortex fiber nulling for exoplanet observations. I. Experimental demonstration in monochromatic light
涡旋纤维零化是一种光谱学方法，用于表征与主恒星有小角度间隔（$\lesssimλ/D$）的系外行星。通过在系统点扩散函数中产生光学涡旋来抑制星光，该光学涡旋防止恒星场耦合到单模光纤的基模中。另一方面，来自行星的光耦合到光纤中，并被路由到光谱仪。使用原型涡旋光纤零器（VFN）设计的单色光，我们证明了耦合分数的$6\times10^{-5}$和$>0.1$的恒星和行星，分别。
2019-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
Exoplanet Atmospheric Escape Observations with the Habitable Worlds Observatory
本文利用宜居世界观测站的紫外能力，通过凌星光谱法观测系外行星大气逃逸，以研究行星演化并识别类地行星，支持开发中高分辨率紫外光谱仪。
2025-07-08 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Long-period transiting exoplanets: advances in detection and characterization
Leiden University（莱顿大学）；Université de Genève（日内瓦大学）；University of Zürich（苏黎世大学）
研究长周期凌星系外行星的探测与表征，揭示其形成与迁移历史，结合高精度数据与行星演化模型探索其内部组成及潜在宜居环境。
2026-04-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Instrumentation prospects for rocky exoplanet atmospheres studies with high resolution spectroscopy
本文回顾了地面高分辨率光谱仪器在系外行星大气研究中的最新进展，并通过计算发现，在相同曝光时间下，300,000的光谱分辨率比100,000能更显著地检测到类地系外行星大气中的分子氧（O2），且在雾霾和云层场景下可将曝光时间及凌星次数减少4倍。
2025-05-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing small planets transiting small stars with SPIRou
SPIRou是一种近红外分光偏振仪，是一种新仪器，将于2017年安装在加拿大法国夏威夷望远镜上。SPIRou的主要目标之一是在YJHK波段达到优于1 m/s的径向速度精度。SPIRou将成为描述类地行星的基石，类地行星的系外行星统计数据非常低。这对于行星过境M矮星更是如此，因为到目前为止只有3颗低质量行星被确保过境这样的恒星。我们在这里介绍所有的协同作用，SPIRou将提供和受益于测光过境搜索计划从地面或从空间（开普勒，CHEOPS，TESS，PLATO 2.0）。我们还讨论了影响的SPIRou的行星轨道活动恒星的表征。
2013-10-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-resolution Ultraviolet-to-nearinfrared Characterization of Exoplanet Atmospheres
本文提出利用宜居世界天文台的高分辨率紫外至近红外光谱能力，同时表征系外行星大气组成、云层和热结构，以诊断大气逃逸并区分行星与恒星活动信号。
2025-07-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
High contrast imaging at the LBT: the LEECH exoplanet imaging survey
2013年春季，LEECH（LBTI Exozodi Exoplanet Common Hunt）调查开始了从亚利桑那州格雷厄姆山上的大型双筒望远镜（LBT）进行的$\sim$ 130晚的活动。这项调查得益于LBT的许多技术成就，包括在单个固定支架上安装两个8.4米的反射镜，用于高Strehl性能的双自适应次镜，以及用于大幅降低望远镜整体背景发射率的冷光束组合器。LEECH通过观测L'（3.8 $μ$ m）处的恒星，巧妙地补充了其他高对比度行星成像工作，而其他巡天观测的是波长较短的近红外波段（1-2.4 $μ$ m）。光谱的这一部分提供了很深的质量敏感性，特别是在附近的青春期（$\sim$ 0.1-1 Gyr）恒星周围。LEECH的对比度与其他极端的自适应光学系统相比具有竞争力，同时提供了一种替代的测量策略。此外，LEECH正在通过3-5 $μ$ m的观测来表征已知的系外行星系统，为JWST做准备。
2014-07-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Prospects for Detecting Signs of Life on Exoplanets in the JWST Era
本文回顾JWST早期系外行星大气观测结果，指出反演方法局限导致解释分歧，主张允许并行解释并改进模型以识别生物标志气体候选体，同时强调未来望远镜与观测策略对可靠探测生命迹象的关键作用。
2025-04-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reflected spectroscopy of small exoplanets III: probing the UV band to measure biosignature gasses
针对元古宙类地行星中O₂-O₃生物标志在可见光难以探测的问题，本研究使用ExoReLᴿ证明在紫外波段结合近红外观测可有效探测并精确测量O₃，为未来宜居行星观测任务提供了关键技术指导。
2023-08-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
A review of simulation and performance modeling for the Roman coronagraph instrument
Nancy Grace Roman空间望远镜日冕仪（CGI）将能够在反射光中描述系外行星的特征，并将展示对未来拍摄类地系外行星光谱的任务至关重要的空间技术。随着任务和仪器进入设计的最后阶段，各种团队已经创建了从搜索深度计算器到详细衍射模型的模拟工具。我们总结了这些努力，特别关注公开可用的数据集和软件工具。其中包括散斑和点扩散函数模型、信噪比计算器和科学产品模拟（例如碎片盘和系外行星光谱的预测观测）。这一审查旨在作为一个参考，以促进与CGI仪器的技术和科学能力的参与。
2020-12-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing the Distribution of Parameters of Planets Found by Radial Velocity is Essential for Understanding Planet Formation and Evolution
系外行星参数按周期分布的特征表明，行星参数的分布具有丰富的信息，可以为理解行星历史提供必要的指导。在行星-恒星“物体”的周期计数中发现了结构，在这些结构中，偏心率与行星数量、恒星金属丰度、每对数周期行星计数密度、恒星多样性和行星质量有不同的相关性。它们似乎彼此变化，并随着恒星质量而变化，但行星太少，无法轻松可靠地研究这些重要关系。这些关系是大量的可观测数据，行星形成和演化理论必须根据这些数据进行检验。确定系外行星参数之间关系的性质的机会证明了在从几天到几千天甚至更长的时间内找到更多行星的价值。我们建议支持继续寻找更多的行星，甚至是巨行星，其周期长达几千天。我们还建议支持对许多系外行星参数分布的研究。
2019-08-07 astro-ph.IM astro-ph.SR
Discovering and Characterizing the Planetary Systems of Nearby Stars: The scientific need for medium aperture space coronagraph observations
通过可在今后十年内开始的中等孔径高性能日冕空间飞行任务，可在发现和确定邻近恒星的行星系统特性方面取得重大进展。它的观测将在研究从宜居带的类地行星到巨型行星和星周碎片盘方面取得重大进展，还将为设计能力更强的未来飞行任务提供信息。令人兴奋的是，这种基础的系外行星科学可以用相对适度的能力来完成。
2009-02-24 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
RISTRETTO: a pathfinder instrument for exoplanet atmosphere characterization
我们介绍了ESO VLT的RISTRETTO仪器，这是将SPHERE高对比度设备连接到ESSOVLT光谱仪的原始想法的演变（Lovis等人，2017）。RISTRETTO是一个独立的，AO馈电的光谱仪，被提议作为访客仪器，其目标是首次在反射光中探测附近的系外行星。里斯特雷托的目标是使用高对比度，高分辨率光谱技术来表征Proxima b和其他几颗系外行星的大气层。该仪器由两部分组成：安装在VLT UT 4上的前端，提供两级自适应光学系统，使用具有日冕能力的AOF设施和7光纤IFU，以及在620-840 nm范围内的衍射限制R= 135，000摄谱仪。我们提出的要求和初步设计的仪器。
2020-12-15 astro-ph.IM
Observing Exoplanets with High Dispersion Coronagraphy. I. The scientific potential of current and next-generation large ground and space telescopes
由于系外行星与其宿主恒星之间的角距很小，对比度很高，因此对系外行星进行直接成像是一项艰巨的技术挑战。高色散日冕照相术（HDC）是一种对宜居带中的类地行星实现前所未有的灵敏度的途径。在这里，我们提出了一个框架来模拟HDC观测和数据分析。这些模拟的目标是对各种仪器配置、目标类型和科学案例的原始星光抑制和光谱分辨率之间的权衡进行详细分析。我们预测了凯克天文台的HDC仪器在近红外波段表征直接成像的气体巨行星的性能。我们还模拟了HDC观测的类地行星使用下一代地基（TMT）和空间基地望远镜（HabEx和LUVOIR）。我们的结论是，地面ELT更适合HDC的观测类地行星比未来的空间任务，由于收集面积的相当大的差异。对于地面望远镜，HDC观测可以在10 $^{-4}$星光抑制水平下在M矮星周围的宜居带探测到一颗类地行星。与10个$^{-7}$行星/恒星对比度相比，HDC将星光抑制要求放宽了10个$^3$。对于天基望远镜，探测器噪声将是光谱分辨率高于10 $^4$的主要限制。考虑到探测器噪声和斑点色噪声，R=400（1600）是HabEx（LUVOIR）的最佳光谱分辨率。对于HabEx（LUVOIR），探测行星/恒星对比度= $6.1\times10^{-11}$的行星的相应星光抑制要求放宽了10（100）倍。
2017-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Quick Study of Science Return from Direct Imaging Exoplanet Missions: Detection and Characterization of Circumstellar Material with an AFTA or EXO-C/S CGI
高性能的（~ 10^-9 resel^-1）对比度、窄视场日冕仪（CGI），用于天基AFTA-C或探测级EXO-C/S任务，旨在研究目前已知存在于恒星宜居带内的系外行星的多样性，特别重要的是密切相关的共生研究系统的拱星（CS）行星诞生并与之相互作用的物质。共轨物质“盘”中的小粒子群可以通过动态相互作用来追踪行星的存在，动态相互作用扰乱了光散射碎片的空间分布，这些碎片在光学波长处可以探测到，并且可以用AFTA-C或EXO-S/C CGI分辨。在此，我们：（1）提出研究邻近恒星行星承载区物质的形成、演化、结构、多样性和性质的科学案例，（2）讨论当前概念下的CGI如何独特地为这些研究提供信息和作出贡献，（3）考虑CGI预期性能对CS碎片系统（CDS）研究的适用性，（4）研究，通过AFTA CGI图像模拟，从特定的、有代表性的黄道带碎片盘观测中获得预期的解释保真度和测量结果，（5）对与CDS观测密切相关并增强CDS观测的特定观测模式和方法进行评论，（6）详细介绍，用于增强当前设想的CGI双频带奈奎斯特采样的情况全线性斯托克斯成像偏振计的成像能力（或更好），在表征CS粉尘的材料特性方面非常有益（以及其他研究中讨论的系外行星大气层）。
2014-12-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Simulated performance of the molecular mapping for young giant exoplanets with the Medium Resolution Spectrometer of JWST/MIRI
年轻的巨行星是直接成像表征的最佳目标。最近发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）中红外仪器（MIRI）的中分辨率光谱仪（MRS）将提供第一批光谱数据，用于在5 $μ$ m以上直接成像，其光谱分辨率高达3700，具有前所未有的灵敏度。这将对地面仪器提供的近红外数据提供宝贵的补充，以确定这些物体的特征。我们的目标是评估MIRI/MRS的性能，以检测分子在大气中的系外行星和约束大气参数使用Exo-REM大气模型。分子作图技术，基于互相关与合成模型，最近已被引入。这种有前途的检测和表征方法进行了测试模拟MIRI/MRS数据。直接成像的行星可以用MIRI/MRS探测到，我们能够根据分子特征的强度和目标的亮度以各种角距探测分子（H $_2$ O、CO、NH $_3$、CH $_4$、HCN、PH $_3$、CO $_2$）。我们发现恒星的光谱型对探测水平的影响很小。这种方法对于温度低于1500 K的行星，对于明亮的目标和角间距大于1 $''$的行星是全球最有效的。我们的参数研究使我们能够预测未来探测到的行星的特征。MIRI/MRS将提供在系外行星大气中尚未检测到的分子种类。检测分子作为行星温度的指标，将有可能区分先前研究的各种假设，推导出的分子丰度比应该对行星形成的情景带来新的限制。
2023-01-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Combining angular differential imaging and accurate polarimetry with SPHERE/IRDIS to characterize young giant exoplanets
年轻的巨大系外行星发出的红外辐射可以被线性偏振到百分之几。这种线性偏振可以追踪：1）大气云和霾层的存在，2）空间结构，例如云带和旋转扁平化，3）自旋轴方向和4）颗粒大小和云顶压力。我们介绍了一种新的高对比度的成像方案，结合角度差分成像（ADI）和精确的近红外偏振来表征自发光的巨型系外行星。我们在VLT/SPHERE-IRDIS上实现了这一技术，并开发了相应的观测策略、偏振校正和数据处理方法。通过结合ADI和偏振测量，我们可以表征行星，可以直接成像具有非常高的信噪比。我们使用IRDIS的光瞳跟踪模式，并结合ADI和主成分分析，以减少斑点噪声。我们利用IRDIS的双光束偏振模式来消除严重限制偏振灵敏度的差分效应（平场误差、差分像差和视宁度），从而进一步抑制斑点噪声。为了纠正仪器的偏振效应，我们应用一个详细的米勒矩阵模型，描述了望远镜和仪器，并具有绝对的偏振精度$\leq0.1\%$。使用这种技术，我们已经观察到HR 8799的行星和（亚恒星）伴星PZ Tel B。不幸的是，我们在第一次分析中没有检测到偏振信号。我们估计初步$1σ$的$\sim1\%$和$\sim0.1\%$的HR 8799和PZ Tel B的行星的线性偏振度的上限。所实现的低于百分之一的灵敏度和准确度表明，我们的技术在通过直接成像偏振测量来表征系外行星方面具有巨大的前景。
2017-10-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
A New Type of Exoplanet Direct Imaging Search: The SCExAO/CHARIS Survey of Accelerating Stars
我们目前的第一个结果，从一个新的系外行星直接成像调查正在进行的斯巴鲁Coronagaphic极端自适应光学项目（SCExAO）耦合到CHARIS积分场摄谱仪和协助凯克/NIRC 2，目标恒星显示的证据，从依巴谷和盖亚卫星的天体加速。CHARIS的近红外光谱和NIRC 2的热红外测光限制了新发现的伴星的光谱型、温度和重力。来自SCExAO/CHARIS和NIRC 2的伴星的相对天体测量和来自依巴谷和盖亚的恒星的绝对天体测量一起产生直接的动力学质量约束。即使在它的初期，我们的调查已经有了多个发现，包括至少一个可能的类木行星。我们描述了我们的新生调查如何产生比GPI和SPHERE的盲测更高的检测率，已知同伴的质量精度，以及在较低质量和较小轨道间隔下成像和表征行星的前进道路。
2021-09-20 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Direct Imaging in Reflected Light: Characterization of Older, Temperate Exoplanets With 30-m Telescopes
直接探测，也称为直接成像，是一种发现和表征行星大气层的方法。这是获得非凌日系外行星光谱的唯一方法。在<5 AU范围内，RV巡天发现了大量的其他行星，要描述这些行星的大气层，需要一个30米级的孔径，结合先进的自适应光学系统、日冕仪以及一套光谱仪和成像仪--这一概念是TMT（行星系统成像仪，PSI）和GMT（GMagAO-X）计划中的仪器的基础。这些仪器可以为岩石行星、冰巨星和气体巨星提供前所未有的天体测量、测光和光谱学样本。宜居带系外行星将首次可以直接成像，这些仪器有可能在反射光中探测和表征附近M矮星行星系统的最内部区域。高分辨率光谱学不仅可以阐明外大气层的物理和化学性质，还可以探测岩石，温带世界，以大气生物标志物（水，氧气和其他分子物种的组合）的形式寻找生命迹象。通过完成对与主星间隔一定范围的非凌日行星的普查，这些仪器将为行星人口统计学难题提供最后的碎片。本白皮书探讨了在30米望远镜上直接成像的科学目标以及实现这些目标所需的技术开发。
2018-08-29 astro-ph.IM
ATMOSPHERIX: I- An open source high resolution transmission spectroscopy pipeline for exoplanets atmospheres with SPIRou
本研究推出ATMOSPHERIX联盟的系外行星大气高分辨率透射光谱开源处理管线，验证了其参数反演可靠性，引入深度学习优化数据约简，经真实凌星数据验证结果与文献一致，且可适配多类高分辨率观测设备。
2023-11-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
UV Spectral Characterization of Low-Mass Stars With AstroSat UVIT for Exoplanet Applications: The Case Study of HIP 23309
本研究利用AstroSat的UVIT观测近邻M0型恒星HIP 23309的紫外光谱，验证其可补充哈勃望远镜表征系外行星宿主恒星的紫外SED，为后续任务及岩石行星宜居性研究提供支持。
2023-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Surrogate-Accelerated Bayesian Inversion for Exoplanet Interior Characterization
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出一种基于PCK代理的贝叶斯反演方法，通过加速MCMC采样显著提升系外行星内部结构推断效率，实现计算速度提升超过2个数量级。
2025-12-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Fully achromatic nulling interferometer (FANI) for high SNR exoplanet characterization
长期以来，星载调零干涉仪一直被认为是搜索和确定位于其母星宜居带内的太阳系外行星特征的最佳选择。实现深星光消光的解决方案现在有很多，并且得到了很好的证明。然而，他们的基本目标是实现一个消色差的中心零，以熄灭恒星。本文介绍了该技术的一个主要改进，即消色差过程扩展到整个条纹图。因此，应该产生更高的信噪比（SNR）和检测系统的明显简化。这种全消色差调零干涉仪（FANI）的基本原理在于沿干涉仪的臂插入色散元件。本文通过一个初步的光学系统设计来解释和说明这一原理。讨论了典型的可实现性能和限制，并提供了一些初始公差要求
2015-08-29 astro-ph.IM
Overview and Reassessment of Noise Budget of Starshade Exoplanet Imaging
利用太空望远镜编队飞行中的星罩实现的高对比度成像可以为寻找和表征附近恒星的温带和小型行星提供近期途径。美国宇航局的Starshade技术开发活动TRL 5（S5）正在迅速成熟所需的技术，以使Starshade可以集成到潜在的未来任务中。在这里，我们重新评估的噪声预算starshade启用系外行星成像纳入实验证明的光学性能的starshade和它的光学边缘。我们对杂散光源的分析--包括通过微流星体损伤的泄漏和明亮天体的反射--表明被光学边缘散射的太阳光（即，太阳闪烁）是目前主要的杂散光。与望远镜和观测参数，大约对应于Starshade Renminbi与罗马和HabEx，我们发现，占主导地位的噪声源将是exozodiacal光的特征温带和地球大小的行星周围的太阳像和早期的恒星和太阳闪烁后类型的恒星。通过涂层将太阳闪烁的亮度进一步降低10倍，可以防止它成为Roman和HabEx的主要噪音。在仪器对比度为1 E-10的情况下，残余星光不是主要噪声;将对比度水平提高10倍不会导致预期科学性能的任何明显变化。如果能够实现对光子噪声极限的背景无偏校准，Starshade Renaissance与Roman可以提供距离小于4秒差距的温带和地球大小的F，G和K星行星的近光子限制光谱，HabEx可以将这种能力扩展到更多小于8秒差距的恒星。（节录）
2020-12-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Direct characterization of young giant exoplanets at high spectral resolution by coupling SPHERE and CRIRES+
用高分辨率摄谱仪对直接成像的系外行星大气进行的研究表明，其特征主要受到所研究系外行星所在位置恒星晕上的噪声的限制。因此，高对比度成像和高光谱分辨率的仪器组合可以抑制这种噪声并解析谱线，从而产生更高质量的光谱。我们研究的性能，建议HiRISE光纤耦合之间的球体和CRIRES+在VLT的光谱表征直接成像的行星。使用HiRISE的端到端模拟，我们确定了$H$和$K$波段中已知系外行星分子物种检测的S/N，并将其与CRIRES+进行比较。我们调查的最终检测限HiRISE作为恒星星等的函数，我们量化不同的日冕仪和系统传输的影响。我们发现，HiRISE在很大程度上优于CRIRES+周围的明亮主机，如$β$ Pic或51 Eri的同伴。对于一个$H=3.5$主机，我们观察到一个因素的增益高达16在观察时间与HiRISE达到相同的S/N的同伴在200 mas。更一般地说，HiRISE在两小时的集成时间内提供比CRIRES+更好的性能，对于具有$H<8.5$的主机，集成时间在50-350 mas之间，对于具有$H<7$的主机，集成时间在50-700 mas之间。对于PDS 70和HIP 65426等较暗的主机，未观察到显著改善。我们发现，由于更高的传输和基于光纤的星光抑制，在表征已知系外行星时，不使用日冕仪可以产生最佳的S/N。我们证明了系统的整体传输实际上是性能的主要驱动因素。最后，我们表明，Hi…
2020-12-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Detecting and Characterizing Companions with a Calibrated Gaia DR2, DR3, and Hipparcos Catalog (G23H)
NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics（国家研究委员会赫茨伯格天文学与天体物理学研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Victoria（维多利亚大学物理与天文系）；Heising-Simons Foundation（海辛-西蒙斯基金会）；Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校天文与天体物理学系）；Department of Astronomy, New Mexico State University（新墨西哥州立大学天文系）
利用校准的Gaia DR2、DR3和Hipparcos数据，通过联合似然模型检测并表征伴星，验证了系外行星信号的行星性质。
2026-01-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Direct Imaging and Spectroscopy of Extrasolar Planets
本章总结了系外行星直接成像与光谱学的现状，介绍了所需仪器软件及已发现行星清单，并展望了未来有望成像邻近恒星宜居带岩石行星的地面与空间设施。
2023-07-26 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
TARdYS: Design and Prototype of an Exoplanet Hunter for TAO using a R6 Echelle Grating
描述系外行星候选者的一个限制是红外高分辨率光谱仪的可用性。高精度红外光谱仪稀缺的一个重要因素是这些仪器的高成本。我们提出了一种新的光学设计，这导致了一个具有成本效益的解决方案。我们的仪器是一台高分辨率（R= 60，000）红外光谱仪，配有R6中阶梯光栅和图像分割器。我们比较了准Littrow和白瞳设置的最佳性能，并更喜欢后者，因为它实现了更高的图像质量。该仪器拟用于智利东京大学阿塔卡马天文台6.5米望远镜。Tao Aiuc高分辨（d）Y带光谱仪（TARdYS）的光谱范围为0.843-1.117 μ m。为了降低成本，我们用半低温解决方案将42个光谱级压缩到1 K探测器上。即使考虑到实际的制造和对准公差以及热变化，我们也能获得出色的分辨率。在本文中，我们展示了该光谱仪原型在环境温度下的早期结果。
2020-12-01 astro-ph.IM
Astrometric Reconnaissance of Exoplanetary Systems (ARES). I. Methodology validation with HST point-source images of Proxima Centauri
INAF - Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
ARES项目通过HST和Gaia数据验证比邻星系外行星候选体的测光参数，初步确定其位置、自行和视差，为后续高精度测光研究奠定基础。
2025-12-09 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Detecting White Dwarf Exoplanets in the Roman Era
Washington University（华盛顿大学）
本文预测罗曼望远镜GBTDS巡天通过凌星和相位曲线通道探测白矮星系外行星的产量，发现木星大小行星为主，源混合是主要挑战，零探测可约束发生率。
2026-09-10 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Searching for Exoplanets Using a Microresonator Astrocomb
探测太阳系外行星引起的恒星径向速度变化是发现和表征太阳系外行星的重要技术。光学频率梳能够将恒星径向速度偏移校准到检测地球类似物所需的水平。一种新的基于芯片的器件，克尔孤子微梳，具有理想的性能，适用于实验室以外的无处不在的应用，甚至在未来的航天仪器。此外，微梳光谱非常适合天文摄谱仪校准，并消除了传统锁模激光频率梳所需的滤波步骤。在这里，天文摄谱仪的校准，我们展示了原子/分子线参考，近红外孤子微梳。搜寻已知系外行星HD 187123 b的工作是在微梳第一次实地演示的情况下，在WARK-II望远镜上进行的。
2018-01-16 astro-ph.IM physics.optics
Efficient detection and characterization of exoplanets within the diffraction limit: nulling with a mode-selective photonic lantern
研究提出用六端口模式选择性光子灯笼替代单模光纤增强VFN设计，构建Photonic Lantern Nuller (PLN)，在衍射极限内显著提高系外行星探测吞吐量并实现定位与通量比约束，作为传统日冕仪的互补工具。
2022-09-15 astro-ph.IM
Direct imaging of exoplanets
本文综述高对比度成像直接探测系外行星的技术条件、后处理重要性及其在年轻行星、褐矮星和原行星研究中的贡献。
2024-05-08 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
