Enabling Effective Exoplanet / Planetary Collaborative Science
系外行星科学领域在过去二十年中出现，与传统的太阳系行星科学一起崛起。这两个领域都专注于理解行星的形成和塑造过程，但两个社区之间的科学交流比理想的要少。本白皮书探讨了阻碍跨学科合作的一些制度和文化障碍，并提出了促进更大合作的解决方案。有些解决方案需要美国航天局本身进行结构或政策改革，而另一些解决方案则针对其他机构，包括学术出版商，这些机构也可以促进更大的跨学科性。
2020-07-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Comparing Approximate Bayesian Computation with the Poisson-Likelihood Method for Exoplanet Occurrence Rates
我们提出了开普勒系外行星的发生率推断近似贝叶斯计算（ABC）。通过使用与Bryson等人（2020）相同的行星目录，恒星样本以及完整性和可靠性的表征，我们能够提供ABC结果与流行的泊松似然方法得出的结果的第一次直接比较。对于行星的轨道周期在50和400天之间，半径在0.75和2.5 $R_{\oplus}$之间，我们发现一个综合的发生率$F_{0} = 0.596_{-0.099}^{+0.092}$行星每GK矮星。在对天体物理学误报和假警报进行可靠性校正后，我们发现了$F_{0} = 0.421_{-0.072}^{+0.086}$。我们的研究结果在Bryson等人（2020）的1 $σ$范围内一致，表明结果稳健且不依赖于方法。
2020-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Impact of Exoplanet Science on Society: Professional Contributions, Citizen Science Engagement and Public Perception
该研究通过论文占比、任务占比等指标呈现系外行星科学的专业贡献，介绍公民科学参与的作用与公众认知变化，揭示其对社会的多维度影响。
2024-10-09 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.soc-ph
Magnifying NASA Roman GBTDS exoplanet science with coordinated observations by ESA Euclid
本文提出欧几里得任务与罗曼望远镜协同观测银河系核球时域巡天，可大幅提升系外行星质量测量精度，并实现自由漂浮行星普查、系外卫星探测等罗曼单独无法完成的研究。
2023-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Constraining the lives and times of exoplanets through evolutionary Bayesian retrievals
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Helmholtz AI, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学赫尔姆霍兹人工智能）；University of Technology Nuremberg（纽伦堡技术大学）
研究通过开发广义参数反演框架，基于异步贝叶斯优化调度多物理正向模型，解析系外行星演化特性，用三个原型测试，能联合推断相关条件和存量，减少简并，为理解系外行星深层内部和寿命历史提供方法。
2026-07-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Highlights from Exoplanet Observations by the James Webb Space Telescope
本文综述了詹姆斯·韦布空间望远镜在系外行星科学中的关键观测亮点，涵盖气态巨行星、亚海王星及岩石行星，并指出这些观测正重塑我们对系外行星及太阳系行星的理解。
2025-05-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Cross-Model Validation of Coronagraphic Exposure Time Calculators for the Habitable Worlds Observatory: A Report from the Exoplanet Science Yield sub-Working Group
本研究通过对比三种日冕仪曝光时间计算器，发现其差异约60%，并识别原因，旨在将一致性提升至30%以内，以支撑宜居世界观测站的科学产出评估。
2025-02-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanets Sciences with Nulling Interferometers and a Single-Mode Fiber-Fed Spectrograph
了解系外行星的大气层是破译其形成历史和潜在可居住性的里程碑。对系外行星进行高对比度成像和光谱分析是实现这一目标的主要途径。对系外行星的直接成像需要很高的空间分辨率。干涉测量已被证明是提高空间分辨率的有效方法。然而，很少探索将干涉测量、高对比度成像和高分辨率光谱学相结合的方法。为了填补这一空白，我们提出了用于当前一代8-10米望远镜的双孔径光纤零陷器（FN），它提供了必要的空间和光谱分辨率，以（1）对已知系外行星进行后续光谱分析;（2）检测碎片盘系统中的行星。将FN馈送到高分辨率摄谱仪的概念也可用于未来的空间和地面任务。我们提出了一个案例研究，使用双孔径FN在M恒星周围的岩石行星中寻找生物特征，为未来的空间干涉测量任务。此外，我们讨论了如何FN可以配备在未来的超大型望远镜，以巨麦哲伦望远镜（GMT）为例。
2020-10-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Dark Matter Halo Parameters from Overheated Exoplanets via Bayesian Hierarchical Inference
本研究构建贝叶斯分层模型，通过分析系外行星的暗物质加热效应探测暗物质晕参数，发现10%测量误差下百颗内星系外行星可定量约束暗物质密度分布，少量行星在特定条件下也有探测潜力。
2024-05-14 astro-ph.EP astro-ph.IM hep-ph
The Slicer Combined with Array of Lenslets for Exoplanet Spectroscopy (SCALES): driving science cases and expected outcomes
SCALES是为凯克天文台建造的2-5微米高对比度积分场光谱仪，旨在探测和表征更冷的系外行星，其独特模式将推动大气研究并支持多种观测，预期2025年首次开光。
2023-10-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Using Ground-Based Telescopes to Mature Key Technologies and Advance Science for Future NASA Exoplanet Direct Imaging Missions
地面望远镜在过去二十年中一直在系外行星直接成像科学和技术发展方面发挥主导作用，并将在今后十年及以后继续发挥不可或缺的作用。极端自适应光学（AO）系统将推进焦平面波前控制和日冕照相术，增强WFIRST-CGI的性能并降低风险，同时验证性能要求并激励改进大气模型，以明确描述HabEx/LUVOIR太阳系类似物。超大型望远镜的专用仪器可能会提供类太阳恒星周围岩石行星的第一张热红外图像，为HabEx/LUVOIR提供许多系外地球候选者和关键的辅助信息，这些信息可以帮助澄清行星是否适合居住。
2018-03-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Community Involvement in the WFIRST Exoplanet Microlensing Survey
WFIRST是美国宇航局第一个具有预定义核心科学计划的旗舰任务，旨在研究暗能量，并通过引力微透镜调查对宽轨道系外行星进行统计普查。这些计划预计将使用一半以上的主要任务观测时间。在此之前，只有较小的PI领导的任务有使用如此大部分观测时间的核心计划，并且在许多情况下，这些PI领导的任务的数据被保留给PI的科学团队一段专有时间，允许PI的团队从数据中做出大部分重大发现。这种程序不适合旗舰飞行任务，因为旗舰飞行任务应当为整个天文学界提供科学机会。出于这个原因，WFIRST数据将没有专有期，但我们认为，需要做出更大的努力，使WFIRST科学能够为天文学界所用。我们提出了一个计划，以两种不同的方式提高社区参与WFIRST系外行星微透镜调查。首先，我们提出了一套高层次的数据产品，使天文学家没有详细的微透镜专业知识访问的WFIRST系外行星微透镜调查数据的统计意义。第二，我们建议成立一个WFIRST系外行星微透镜社区科学团队，该团队将开放参与WFIRST系外行星微透镜调查的开发，与NASA选定的科学团队合作，该团队将负责提供大多数高水平的数据产品。这个社区科学团队将向志愿者开放，但成员也应该有机会申请资助。
2019-08-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
NASA Exoplanet Exploration Program (ExEP) Science Gap List
本文介绍NASA ExEP年度科学空白清单，梳理系外行星大气、出现率、直接成像、恒星性质、动力学探测及生物标志等17项需弥补的关键知识差距。
2025-07-24 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
A Bayesian Framework for Exoplanet Direct Detection and Non-Detection
严格量化高对比度成像数据中的信息对于告知后续策略以确认点源的亚恒星性质、约束行星-盘相互作用的理论模型以及推导行星发生率是重要的。然而，在系外行星直接成像社区内，几乎完全使用频率论检测阈值（即对比度曲线）和相关完整性来定义未检测。当包含在贝叶斯框架中时，这可能导致概念上的不一致。贝叶斯上限是指参数的真实值以一定概率低于此上限。相关概率是后验分布的积分，上限为上限。总之，频率论上限是关于行星可探测性的陈述，而贝叶斯上限是关于给定数据的参数位于区间内的概率的陈述。因此，后者更适合于拒绝基于其预测的假设或理论模型。在这项工作中，我们强调，贝叶斯统计和上限更容易解释，通常比频率论的方法更具约束力。我们说明了使用贝叶斯分析在两种不同的情况下：1）与一个已知的行星位置，我们还建议使用模型比较，以约束天体物理性质的点源和2）间隙雕刻的行星在TW Hya。最后，我们还提到了径向速度和直接成像观测相结合的问题。
2018-09-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Importance of Prioritizing Exoplanet Experimental Facilities
观测和建模工作的不断改进导致了系外行星科学的巨大进步。然而，随着仪器和技术的进步，实验室数据对于解释系外行星观测和验证理论模型变得更加重要。虽然实验研究由于成本高和时间长而经常被推迟，但必须优先考虑实验室研究，以确保系外行星科学领域的稳步发展。本白皮书讨论了优先考虑系外行星实验室工作的重要性，并讨论了目前正在进行系外行星研究的几个实验设施。
2020-07-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
The next frontier in exoplanet science: Imaging our neighbouring planetary systems
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）
本文探讨了利用高对比度成像技术表征邻近恒星周围的岩石行星，为系外行星科学开辟新前沿。
2025-12-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Science Parametrics for Missions to Search for Earthlike Exoplanets by Direct Imaging
我们使用$N_{t}$，即在时间$t$上观测到的系外行星数量，作为研究直接搜索任务（如类地行星探测器）的科学指标。在我们的模型中，$N$有27个参数，分为三类：2个天文参数，7个仪器参数和18个科学操作参数。对于各种"27向量"的这些参数选择探索参数空间，我们计算设计参考任务，以估计$N_{t}$。我们的治疗包括搜索观察后的$c$的完整性恢复，重访，太阳和antisolar避免，观测开销，和后续的光谱学。我们的基线27矢量有孔径$D = 16$ m，内工作角$IWA = 0.039''$，任务时间$t = 0-5$年，类地系外行星$η= 0.2$的发生概率，以及其余23个参数的典型值。对于基线情况，一个典型的五年设计参考任务有一个非零完整性的$\sim$ 4700恒星的输入目录，$\sim$ 2600观测中观测到的$\sim$ 1300独特恒星，其中$\sim$ 1300是重访，它在一年后产生$N_{1}\sim50$系外行星，五年后产生$N_{5}\sim130$。我们探索了十个参数从基线的偏移。我们发现，$N$强烈依赖于$IWA$和$D$只有弱。对于$Z < 50$ zodis，它也仅弱依赖于黄道光，对于$h > 0.2$，它仅弱依赖于端到端效率，对于$ζ< 10^{-10}$，它仅弱依赖于散射星光。我们发现，观测开销，完整性恢复和重访，太阳和antisolar避免，和后续的光…
2014-11-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Astro2020 APC White Paper: Durable Agency Support for Exoplanet Catalogs and Archives
目前系外行星科学的许多项目都利用已知系外行星及其宿主恒星的目录。这些数据可用于人口、人口和统计研究，或用于确定未来观测的目标。有效和准确地进行系外行星科学的能力取决于这些目录的完整性，准确性和访问。在本白皮书中，我们认为，长期机构支持和维护系外行星档案对于实现社区的科学目标和资助机构的战略目标至关重要。因此，这些设施必须得到国家供资机构的适当支持和维护。
2019-07-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet science with the LBTI: instrument status and plans
大型双目望远镜干涉仪（LBTI）是LBT的战略仪器，旨在对附近的行星系统进行高灵敏度，高对比度和高分辨率的红外（1.5-13 $μ$ m）成像。为了进行大范围的高空间分辨率观测，它可以以各种方式组合LBT的两个AO校正的8.4 m孔径，包括直接（非干涉）成像，日冕测量（APP和AGPM），Fizeau成像，非冗余孔径掩蔽和调零干涉测量。它还具有宽带、窄带和频谱分散的能力。在本文中，我们回顾了这些模式的性能方面的系外行星科学的能力，并描述了最近的仪器里程碑，如第一光菲索图像（相当于22.8米望远镜的角分辨率）和深干涉零位观测。
2015-09-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Search for Exoplanet Candidates in TESS 2-min Light Curves using Joint Bayesian Detection
本研究将联合贝叶斯凌星检测器应用于TESS 2分钟光变曲线数据，通过自适应先验建模噪声并减少过拟合，在凌星注入测试中达到80.0%检测率，并对已知TOI实现73%召回率，完成了新系外行星候选者的独立搜寻。
2025-04-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Bayesian Surrogate Model for Rapid Time Series Analysis and Application to Exoplanet Observations
我们提出了一个贝叶斯代理模型的分析周期或准周期的时间序列数据。我们描述了一个计算效率高的实现，使贝叶斯模型比较。我们将此模型应用于模拟和真实的系外行星观测。我们讨论的结果，并展示了一些挑战，我们的代理模型应用到现实的系外行星数据集。特别是，我们发现，现实世界的数据分析应仔细注意的影响，不均匀的观测间隔和选择的“抖动”参数的先验。
2011-07-20 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
HERMES: HiERarchical Modelling for Exoplanet Science
McGill University（麦吉尔大学）
提出HERMES多维贝叶斯框架，用于探测系外行星种群层面的相关性，并通过模拟验证其在Ariel任务等调查中恢复趋势的能力。
2026-06-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
An Open-Source Bayesian Atmospheric Radiative Transfer (BART) Code: I. Design, Tests, and Application to Exoplanet HD 189733 b
我们提出了开源的贝叶斯大气辐射转移（BART）检索包，它产生的估计和不确定性的大气的热剖面和化学丰度的观测。几个BART组件也是独立的软件包，包括并行多核马尔可夫链蒙特卡罗（MC 3），它实现了几个贝叶斯采样器;逐线辐射传输模型，过境;计算热化学平衡丰度的代码，TEA;以及用于验证辐射传输和检索代码的测试套件，BARTTest。代码是用Python和C编写的。BART和TEA是在可复制研究（RR）许可证下，这要求审查论文的作者发表支持论文科学主张的所有输入，代码和输出的概要。BART和TEA制作了纲要的内容。除此之外，这些代码是在允许的开源条款下，就像MC 3和BARTTest一样，用于任何目的。本文介绍了代码的概述，BARTTest，并应用于日食数据的系外行星HD 189733 b。附录地址RR方法加速科学，检索论文的报告清单，合成测试所需的光谱分辨率，以及估计任何贝叶斯后验分布到给定精度所需的有效样本量的推导，这决定了要运行多少次迭代。Cubillos等人的论文II，介绍了基本的辐射传输方案和应用程序的过境数据的系外行星HAT-P-11b。论文III，Blecic等人，讨论了初始化和后处理例程，并应用于系外行星WASP-43 b的日食数据。我们邀请社区在http://GitHub.com/ExOSPORTS/BART/上使用和改进BART及其组件。
2021-04-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Miniature Exoplanet Radial Velocity Array (MINERVA) I. Design, Commissioning, and First Science Results
微型系外行星径向速度阵列（MINERVA）是一个位于美国的观测设施，致力于发现和表征附近明亮恒星样本周围的系外行星。MINERVA采用了一个由四个0.7米望远镜组成的机器人阵列，配备了高分辨率光谱学和光度学，并设计用于完全自主操作。主要的科学计划是一个专门的径向速度调查和次要的科学目标是获得高精度的过境光变曲线。该设施的模块化设计和我们硬件的灵活性允许同时进行两个科学项目，而机器人控制软件提供了一种强大而有效的方法来进行夜间观测。在这篇文章中，我们描述了MINERVA的设计，包括主要的硬件组件，软件和科学目标。望远镜和测光相机在我们位于加州帕萨迪纳的加州理工学院校园的测试设施中进行了表征，并验证了它们的天空性能。我们的测试设施的新观测结果证明了我们的径向速度测量目标之一的亚mmag光度精度，我们提出了新的过境观测和WASP-52 b的拟合-一个已知的热木星，具有膨胀的半径和错位的轨道。该设施目前正在搬迁到亚利桑那州南部的弗雷德劳伦斯惠普尔天文台的最终目的地，科学运作将于2015年开始。
2015-06-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems: Best Practices for Data Collection in Cycle 2 and Beyond
我们提出了一套建议的JWST数据收集的最佳实践，为社区成员集中在直接成像和光谱的系外行星系统。这些发现和建议是基于JWST早期发布科学计划1386的早期分析，“JWST对系外行星和系外行星系统的高对比度成像。“我们的目标是让这些信息对观察员在准备第二周期及以后的JWST提案时有用。除了从我们的ERS计划中汇编一套最佳实践外，在一些情况下，我们还利用了在仪器调试计划中获得的专业知识，并包括一些数据处理最佳实践。我们预计，本文件将定期更新并重新提交到arXiv.org，以确保我们尽可能广泛和有效地传播我们关于数据收集最佳做法的知识。
2023-01-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Hierarchical Bayesian Atmospheric Retrieval Modeling for Population Studies of Exoplanet Atmospheres: A Case Study on the Habitable Zone
随着能够对系外行星大气层进行定性的光谱观测和观测平台的数量不断增加，越来越需要能够将大量系外行星的信息提炼成在统计样本中表达的大气趋势的连贯画面的分析技术。在这项工作中，我们开发了一个层次贝叶斯大气检索（HBAR）模型来推断人口水平的趋势系外行星的大气特征。我们证明了HBAR的情况下，推断大气中的CO2与入射恒星通量的趋势，预测存在一个功能碳酸盐-硅酸盐风化负反馈循环，一个假设后，所有计算的宜居带（HZ）休息。使用模拟的透射光谱和JWST质量的观测岩石行星与H2O，CO2和N2轴承的大气，我们发现，预测的趋势CO2导致细微的差异，在1-5微米范围内的10 ppm的光谱，强调固有的挑战，以测试这一假设。在高度精确的数据（每颗行星100次叠加过境）的限制下，我们表明我们的HBAR模型能够推断出表征CO2趋势的人口水平参数，并且我们证明了零假设和其他简单的趋势可以在高置信度下被拒绝。虽然我们发现，这种特定的经验测试的HZ可能是令人望而却步的挑战，在JWST时代，在这项工作中开发的HBAR框架可能会发现一个更直接的使用与JWST，Ariel和其他即将到来的任务观察到的气体巨星光谱分析。
2022-02-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
NEOSSat Observations of Three Transiting Hot Jupiters
近地天体监视卫星是一个由美国主导的15厘米地球轨道望远镜，最初设计用于探测太阳附近的小行星。然而，它的设计也适用于观测明亮恒星的系外行星凌日。我们利用近地天体监视卫星平台对几个凌日系外行星勘测卫星目标进行了后续观测，这既是为了展示近地天体监视卫星在系外行星科学方面的能力，也是为了改进这些系外行星系统的轨道星历表和性质。我们能够恢复/确认这类目标的轨道特性，使之在相互误差范围内，表明近地天体监视卫星今后将为系外行星科学作出有益的贡献。
2022-09-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Science with the European Extremely Large Telescope. The Case for Visible and Near-IR Spectroscopy at High Resolution
系外行星科学正在蓬勃发展。在20年的时间里，我们的知识有了很大的扩展，从第一次发现热木星，到探测到大量的海王星和超级地球，再到对系外行星大气层的描述迈出了第一步。从今天到2025年，随着几个天基过境搜索任务、地基光谱仪、高对比度成像设施和詹姆斯·韦伯太空望远镜的出现，该领域将以更快的速度发展。特别是欧空局的M级PLATO任务将改变这一领域的游戏规则。从2024年起，柏拉图将发现凌日类地行星在附近明亮恒星的宜居带内运行。这些物体将需要极大望远镜（ELT）的功率来进一步表征。地面高分辨率光谱技术正在成为测量过境系外行星的化学成分、大气结构和大气环流的重要途径。安装在欧洲ELT上的覆盖可见光和近红外区域的高分辨率光谱仪将能够在有利的情况下探测可居住行星大气中的水蒸气、二氧化碳和氧气等分子。E-ELT HiRES是PLATO太空任务的完美地面匹配，代表了欧洲引领世界进入探索具有宜居条件的系外行星时代的独特机会。HiRES还将对其他E-ELT计划中专门研究不同类型行星的仪器（如METIS和EPICS）起到极大的补充作用。
2014-11-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Measurement, Treatment, and Impact of Spectral Covariance and Bayesian Priors in Integral-Field Spectroscopy of Exoplanets
从光谱中恢复系外行星的大气参数需要准确了解光谱误差和协方差。不幸的是，高对比度积分场光谱仪（IFS）观测中使用的复杂图像处理通常会产生光谱协方差，这些协方差很少被理解并且经常被忽略。在这项工作中，我们将展示如何测量的光谱误差和协方差，并包括他们自相一致的参数检索。通过将模型系外行星光谱与从GPI早期科学数据生成的现实噪声模型相结合，我们表明，忽略高对比度IFS数据中的光谱协方差既会使推断的参数产生偏差，又会导致这些参数的不可靠置信区域。将每个自由度的$χ^2$缩放为1的常见做法使该问题变得更糟;然后，输入参数落在多达${\sim}80\%$的噪声实现的$95\%$置信区域之外。我们观察到的偏差可以接近高对比度光谱学中实现的典型精度水平。在完全贝叶斯检索中考虑现实的先验也会对推断的参数产生重大影响。合理的有效温度和表面重力的先验可以通过一个数量级的置信区间，适合于年龄约束较弱的物体;具有良好年龄约束的物体的先验主要是由建模的不确定性。我们的方法直接适用于现有的高对比度IFS，包括GPI和SPHERE，以及即将推出的CHARIS等仪器，最终适用于WFIRST-AFTA。
2016-10-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
In Search of the Edge: A Bayesian Exploration of the Detectability of Red Edges in Exoplanet Reflection Spectra
本文提出一种可反演未知波长位置“边缘状”特征的表面反照率参数化方法，证明其在中等信噪比下能更准确地反演大气成分并稳健约束现代地球红边位置，为未来空间直接成像任务推断岩石系外行星表面成分提供依据。
2023-01-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Assessment of Supervised Machine Learning for Atmospheric Retrieval of Exoplanets
大气检索系外行星的光谱观测需要广泛的探索一个高度退化和高维参数空间，以准确地约束大气参数。检索方法通常使用诸如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）或嵌套采样的采样算法来进行贝叶斯参数估计和统计推断。最近，已经进行了几次尝试，使用机器学习算法来补充或完全取代贝叶斯方法。虽然已经取得了很大的进展，这些方法有时仍然无法准确地再现当代贝叶斯检索的结果。我们目前工作的目标是研究机器学习对大气反演的有效性。作为一个案例研究，我们使用随机森林监督机器学习算法，该算法以前已经应用于热木星WASP-12 b的近红外透射光谱的大气反演取得了一定的成功。我们重现以前的结果使用相同的方法和相同的半分析模型，并随后扩展这种方法，开发一种新的算法，结果在一个更接近的匹配完全贝叶斯检索。我们将这种新方法与一个完全数值大气模型相结合，并证明了与贝叶斯检索的另一个热木星，HD 209458 b的透射光谱的良好协议。尽管取得了这一成功，并实现了高计算效率，我们仍然发现，机器学习方法是计算上禁止高维参数空间，常规探索与贝叶斯检索与适度的计算资源。我们讨论了权衡和未来的潜在途径。
2020-04-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
exocartographer: A Bayesian Framework for Mapping Exoplanets in Reflected Light
未来的太空望远镜将在可见光波段直接拍摄太阳系外行星的图像。来自系外行星的时间分辨反射光编码了关于大气和表面不均匀性的信息。以前的研究表明，系外行星的光变曲线可以被反转，以获得行星的低分辨率地图，以及对它的自旋方向的限制。到目前为止，估计2D地图上的不确定性仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出exocartographer，一个灵活的开源贝叶斯框架解决exocartography逆问题。该地图使用等面积HEALPix像素进行参数化。对于192像素的基准地图分辨率，描述了一个四参数高斯过程的空间尺度的行星自转变化，和两个未知的行星自转参数，exocartographer探索了一个198维的参数空间。为了测试代码，我们产生了一个无云的地球在一个正面的轨道与90 $^\circ$的光变曲线。我们对这颗行星进行合成白光观测：在整个行星轨道上进行5个时期的观测，每个时期包括24小时的观测，光度不确定性为$1\%$（120个数据）。我们检索到的一个PRANDO地图和$-$的第一次$-$它的不确定性，以及自旋约束。这张地图可以辨认出地球，但具有典型的$30\%$不确定性。反演的特征长度尺度为88 $\pm 7 ^\circ$或9800 km。在$1-σ$不确定度为$0.8^\circ$的情况下恢复结晶度。尽管检索到的Escudo地图的不确定性，我们鲁棒地确定了一个高Escudo区域（撒哈拉沙漠）和一…
2018-02-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
EXONEST: The Bayesian Exoplanetary Explorer
天文学和天体物理学领域目前正处于一个前所未有的发现时代，因为最近的任务已经揭示了数千颗围绕其他恒星运行的系外行星。虽然开普勒太空望远镜的任务使大多数这些系外行星能够通过识别凌日事件来探测，但系外行星通常会表现出额外的光度效应，可用于改善系外行星的特征。EXONEST系外行星探测器是一个基于嵌套采样的贝叶斯系外行星推理引擎，最初设计用于分析开普勒太空望远镜和CoRoT（对流旋转和行星凌日）系外行星任务数据。我们讨论了EXONEST软件包，并描述了它是如何适应即插即用模型的系外行星相关的光度效应的系外行星探测，表征和科学假设检验的目的。目前的一套模型考虑到了圆形和偏心轨道以及光度效应，如主凌日和次食、反射光、热辐射、椭球变化、多普勒波束和超旋转。我们讨论了我们的新努力，以扩大软件的功能，包括更微妙的光度效果，涉及反射和折射光。我们讨论了EXONEST推理引擎的设计，并介绍了我们的计划，目前基于MATLAB的EXONEST软件包的端口到下一代的系外行星探测器，这将是一个基于Python的开源项目的能力，采用第三方即插即用模型的系外行星相关的光度效应。
2017-12-24 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.data-an
A survey of exoplanet phase curves with Ariel
ESA-Ariel任务将包括一个专门用于系外行星相位曲线的层，对应于约10%的科学时间。本文介绍了目前利用Ariel研究系外行星相位曲线的观测策略。我们定义科学问题，要求和潜在目标列表。利用模拟的位相曲线对位相曲线重建和大气反演的精度进行了估计。基于这项工作，我们发现在3.5年的任务期间可以观察到35-40颗系外行星的全轨道相位变化。这一统计样本将提供关于温暖系外行星的大气动力学、成分、热结构和云的关键制约因素，补充光谱凌日/日食测量的科学成果。
2021-02-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Paths to Robust Exoplanet Science Yield Margin for the Habitable Worlds Observatory
本研究为HWO任务量化系外行星探测不确定性，提出增大望远镜口径及六项设计改进，以稳健实现25颗系外地球候选体目标。
2025-02-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Research with the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA)
当平流层红外天文观测台（SOFIA）的构想和第一个科学案例的定义，系外行星还没有被发现。然而，后来的研究表明，在行星凌日和日食期间，利用索非亚研究所的仪器，特别是HIPO-FLITECAM和FPI+光学和近红外仪器，进行光学和近红外测光和分光光度跟踪观测是可行的。此外，与这一研究领域的其他地面和空间观测站相比，SOFIA空基平台具有许多独特的优势。在这里，我们将概述这些理论优势，介绍一些科学案例和SOFIA前五个观测周期的两个观测结果--用HIPO观测热木星HD 189733 b，用FLIPO和FPI+观测超级地球GJ 1214 b。基于这些早期的产品可用于这个科学案例，我们评估SOFIA的潜力和未来的前景在平流层的光学和红外系外行星分光光度计领域。
2017-11-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Highlights of Exoplanetary Science from Spitzer
在斯皮策太空望远镜的构想和设计中，对太阳系外行星的观测并不是斯皮策太空望远镜任务的重要组成部分。尽管如此，斯皮策还是第一个探测到热木星热辐射的设备，斯皮策的系外行星研究范围逐渐扩大，包括凌日行星、微透镜、褐矮星、直接成像搜索和天体测量。斯皮策使用相位曲线来测量热的纵向分布以及热蒸发器上随时间变化的加热。斯皮策的二次日食观测强烈地限制了热彗星的昼侧热发射光谱和相应的大气成分，日食的时间被用于轨道动力学的研究。斯皮策对甲烷和一氧化碳等碳基分子的灵敏度是研究凌日系外行星大气成分以及棕矮星成像光谱学的关键，并在较短波长上补充了哈勃光谱学。斯皮策长时间连续观测序列的能力使得能够在冷恒星周围寻找新的凌日行星，并帮助定义了像TRAPPIST-1这样的行星系的结构。斯皮策使用微透镜视差测量了大轨道距离下小行星的质量。斯皮策对褐矮星的观测探测了它们的温度、质量和天气类型。斯皮策的成像和天体测量被用来发现新的行星质量的棕矮星，并测量许多其他的距离和空间密度。
2020-05-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Predicting exoplanet mass from radius and incident flux: A Bayesian mixture model
质量与半径的关系（M-R关系）是推断行星组成的关键，对研究行星的形成和迁移模型具有重要意义。然而，由于M-R关系依赖于其他混杂变量，因此单独的M-R关系不足以描述行星的特征。本文通过引入入射通量作为附加变量，给出了M-R关系的一个非平凡推广。利用有限混合模型的灵活性，采用贝叶斯分层模型（Bayesian hierarchical modeling，BHM），以319颗系外行星为样本，得到了概率质量-半径-通量关系（M-R-F relationship）。我们发现，流量对M-R关系有不可忽略的影响，而这种影响在热超导体中最强。在种群水平上，具有较高通量水平的行星往往更密集，并且高通量可能引发半径大于$13R_{\oplus}$的植物的显著质量损失。因此，在质量预测中不考虑通量将导致系统性高估或低估。随着计算机计算能力的提高，尽管许多复杂的统计模型可以用蒙特卡罗方法拟合，但当观测数据存在较大的测量误差时，如何验证这些复杂的统计模型在很大程度上仍然是一个谜。我们提出了两种新的方法来检查模型假设，这不仅可以用于我们在本文中提出的模型，但也可以适用于其他统计模型。
2021-06-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
ExoData: A python package to handle large exoplanet catalogue data
系外行星科学通常涉及使用真实系外行星的系统参数进行模拟，拟合例程和目标选择等任务。几个系外行星目录已经很好地建立起来，但往往缺乏版本历史和代码友好的界面。在目录和代码之间架起桥梁的软件使用户能够通过方便检索文章结果中使用的精确系统参数以及统一使用的方程和软件来提高结果的特定可重复性。随着系外行星科学向大数据方向发展，研究人员可以从记忆中回忆出当前人口的日子已经一去不复返了。一个能够查询人口的界面现在对于目标选择和人口分析变得非常宝贵。ExoData是一个Python接口和探索性分析工具，用于开放系外行星目录。它允许将系外行星系统作为对象（行星，恒星，双星等）加载到Python中，从中可以计算常见的轨道和系统方程并检索测量参数。这使研究人员能够使用他们所需的通用方程（带单位）的测试代码，并提供了一个大型的行星科学输入目录，以便在研究中轻松绘制和使用。使用数据库和Python编程语言可以对目标进行高级查询。ExoData还能够解析光谱型，并根据可编程的规格和公式填充缺失的参数。用例的示例包括将方程集成到数据简化管道中，选择行星用于观测建议，以及作为大规模模拟和行星分析的输入目录。
2016-05-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the synergetic use of Ariel and JWST for exoplanet atmospheric science
Kapteyn Institute University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦研究所）；Université Paris-Saclay Université Paris Cité CEA CNRS AIM（巴黎萨克雷大学 巴黎西岱大学 CEA CNRS AIM）；King’s College London（伦敦国王学院）；LIRA Observatoire de Paris Université PSL CNRS Sorbonne Université Univ. Paris Cité Sorbonne Paris Cité（巴黎天文台 PSL大学 CNRS 索邦大学 巴黎西岱大学）；Department of Physics McGill University（麦吉尔大学物理系）；Department of Earth & Planetary Sciences McGill University（麦吉尔大学地球与行星科学系）；University of Valencia（瓦伦西亚大学）；INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所阿切特里天文台）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；SRON Space Research Organisation Netherlands（荷兰空间研究组织）；Astrobiology Center（天体生物学中心）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）
本文探讨了JWST与Ariel望远镜在系外行星大气研究中的协同应用，旨在通过互补设计提升科学发现效率。
2026-02-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
PandExo: A Community Tool for Transiting Exoplanet Science with JWST & HST
随着我们接近詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）时代，出现了几项研究，旨在：1）描述仪器的性能，2）确定理论上可以使用透射和发射光谱检测到哪些大气光谱特征。在某种程度上，所有这些研究都依赖于JWST的理论仪器噪声的建模。距离发射还有不到两年的时间，系外行星社区必须开始消化这些研究并将其整合到他们的观测计划中，并考虑如何利用哈勃太空望远镜（HST）优化JWST观测。为了鼓励这一点，并允许社区的所有成员访问JWST和HST噪声模拟，我们在这里提供了一个开源Python包和在线界面，用于创建所有观测支持的时间序列光谱模式的观测模拟。这个噪声模拟器，称为PandExo，依赖于太空望远镜科学研究所的曝光时间计算器Pandeia的某些方面。我们描述了PandExo和JWST计算噪声源的形式主义。然后，我们将PandExo的性能与每个仪器团队独立编写的JWST噪声模拟器以及HST之前的观察结果进行基准测试。我们发现，\texttt{PandExo}是在10%以内的协议HST/WFC 3和所有JWST仪器。
2017-03-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Discovering Long-period Exoplanets using Deep Learning with Citizen Science Labels
University of Oxford（牛津大学）
鉴于现代望远镜巡天的规模，自动行星凌日探测对于确定专家分析的候选对象的优先次序至关重要。由于光变曲线的周期性，目前用于短周期系外行星探测的方法有效地工作，但缺乏用于探测单凌日事件的鲁棒方法。然而，最近由行星猎人TESS（PHT）项目收集的志愿者标记的凌日现在提供了一个前所未有的机会，可以研究数据驱动的长期系外行星探测方法。在这项工作中，我们训练一个1-D卷积神经网络分类行星凌日使用PHT志愿者分数作为训练数据。我们发现，使用志愿者的分数显着提高了合成数据的性能，并使已知行星的恢复精度和速度与志愿者相匹配。重要的是，该模型还恢复了志愿者发现但被当前自动化方法错过的过境。
2022-11-13 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
Exoplanet science with a space-based mid-infrared nulling interferometer
系外行星科学的长期目标之一是对大样本（>100个）类地行星进行（大气）定性，以评估其潜在的可居住性和总体多样性。因此，对各种飞行任务构想的科学回报进行定量评价和比较至关重要。在这里，我们讨论的系外行星产量的天基中红外（MIR）调零干涉仪。我们使用蒙特卡罗模拟，根据开普勒任务观察到的行星人口统计数据，量化可检测到的系外行星（包括）的数量和属性。潜在的可居住的行星），并将结果与大口径光学/近红外太空望远镜的结果进行比较。我们研究了基本技术假设（灵敏度和空间分辨率）的变化如何影响结果，并讨论了影响波长覆盖范围和光谱分辨率选择的科学方面。最后，我们讨论了在MIR波段探测系外行星的优势，总结了一些关键技术的现状，并描述了在进一步的技术发展方面需要做些什么，为基于空间的MIR调零干涉仪的系外行星科学铺平道路。
2018-08-09 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
What if we find nothing? Bayesian analysis of the statistical information of null results in future exoplanet habitability and biosignature surveys
本文用贝叶斯方法分析未来系外行星巡天中零结果所需的样本量，发现约40至80次观测可对宜居或生命频率给出严格上限，并评估了LIFE和HWO巡天计划的统计可行性。
2025-04-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
NASA ExoPAG Study Analysis Group 5: Flagship Exoplanet Imaging Mission Science Goals and Requirements Report
美国航天局系外行星方案分析小组（ExoPAG）已着手确定各种规模的系外行星直接探测任务的任务1级要求。该报告概述了下一个系外行星旗舰成像和光谱任务的科学目标和要求，由NASA系外行星计划分析组（ExoPAG）的旗舰任务研究分析组（SAG）确定。我们希望这些目标和要求将用于评估未来旗舰系外行星成像和光谱任务的特定架构，我们希望这项工作能够作为小型任务类似目标和要求的指南和模板，我们预计这项工作将很快开始。这些目标和要求是在大约60名志愿系外行星科学家、技术专家和工程师的贡献下讨论、确定和记录的。为了在这项任务上取得进展，进行了许多电话会议、电子邮件和几次面对面的会议，从而创建和改进了任务科学目标和要求的草案。这项工作已作为一套科学目标、更详细的目标和具体要求记录在本报告中，并在每一套目标和要求之间建立了联系。具体的要求分为两类：“必须”是不可协商的硬性要求，而“鉴别器”要求则在“必须”设定的最低值以外的领域赋予业绩价值。“我们认为，这一框架和内容将确保本报告在用于今后的特派团评价活动时具有价值。我们设想，任何未来的系外行星成像旗舰任务也必须能够进行广泛的其他观测天体物理学。我们希望这将由NASA宇宙起源计划分析小组（COPAG）完成。
2013-03-26 astro-ph.IM
Expected performances of the Characterising Exoplanet Satellite (CHEOPS) III. Data reduction pipeline: architecture and simulated performances
CHEOPS将于2019年12月发射，它将在凌日期间通过超高精度测光来检测和表征小尺寸系外行星。CHEOPS被设计为一个后续望远镜，因此它将一次监测一个目标。科学用户将检索科学业务中心CHEOPS数据简化管道自动生成的目标科学就绪光变曲线。本文介绍了管道如何处理一系列的原始图像，特别是它如何处理的CHEOPS数据的特性，如旋转的视野，扩展的不规则点扩散函数，并在严格的光度要求的任务的背景下的数据时间间隙。介绍了管道主要处理阶段的现状和性能，即校准、校正和光度测定，以使用户了解科学就绪数据是如何得出的。最后，通过任务模拟器生成的代表性科学案例的处理，说明了管道的一般性能。
2019-09-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Astrometry and exoplanets in the Gaia era: a Bayesian approach to detection and parameter recovery
我们开发了贝叶斯方法和轨道拟合的检测标准，并根据盖亚的飞行特性修改了系外行星的可检测性。作为发展的第一步，我们将自己限制在一个行星系统中，模拟了在S/N，轨道周期和偏心率网格上的系外行星系统的盖亚数据。模拟，然后适合使用马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们根据三个信息标准和增量卡方来研究检测率。对于δ χ ^2，有效自由度的数量取决于任务的长度。我们发现，马尔可夫链的起点的选择可以影响结果的质量，因此，我们考虑两个极限的可能性：一个理想的情况下，和一个非常简单的方法，找到假设圆轨道的起点。使用Jeffreys的证据尺度，当考虑5年（10年）任务并使用Akaike信息标准或Watanabe-Akaike信息标准时，通过强证据标准的假阳性分数< ~0.2%（0.6%），当使用贝叶斯信息标准时，<0.02%（<0.06%）。我们发现有50%的机会探测到一颗S/N最小值为2.3（1.7）的行星。这将行星可探测到的最大距离设定为约70秒差距和约3.5秒差距，分别为一颗质量为海王星和海王星的行星，假设任务时间为10年，半长轴为4天文单位，恒星为1 M_太阳。周期是可以以最佳精度确定的轨道参数，假设飞行时间为5年（10年），则输入和输出周期之间的中位相对差为4.2%（2.9%）。轨道半长轴的中位精度可以恢复，中位相对误差为7%（6%）。偏心率也可以恢复的绝对精度中位数为0.07（0.06）。
2018-01-31 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
Sensitivity and Performance of LBTI/NOMIC Spectroscopy: Prospects for 10- and 30-meter class Mid-IR Exoplanet Science
本文报告了 LBTI/NOMIC 低分辨率中红外棱栅模式的首次在轨测试与性能评估，分析了观测策略和探测器限制，并展望了其在 10 米和 30 米级望远镜上开展高分辨率系外行星大气光谱研究的前景。
2024-07-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the Application of Bayesian Leave-One-Out Cross-Validation to Exoplanet Atmospheric Analysis
本文提出用贝叶斯留一交叉验证的 elpd_LOO 指标在单数据点层面评估系外行星大气模型，发现 HAT-P-41b 大气中 H⁻ 的先前探测仅依赖单个数据点，为 JWST 时代稳健解释光谱提供了新工具。
2024-08-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reproducing Bayesian Posterior Distributions for Exoplanet Atmospheric Parameter Retrievals with a Machine Learning Surrogate Model
University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出一种机器学习代理模型，重现系外行星大气参数反演的贝叶斯后验分布，采用领域预处理和半监督学习，在2023年Ariel挑战赛中获奖。
2023-10-16 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
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
Transiting Exoplanet Studies and Community Targets for JWST's Early Release Science Program
詹姆斯·韦伯太空望远镜将彻底改变凌日系外行星大气科学，因为它有能力进行连续、长时间的观测，而且与现有的天基设施相比，它有更大的收集面积、光谱覆盖范围和光谱分辨率。然而，目前还不清楚JWST的性能如何，以及它的无数仪器和观测模式中哪一种最适合于凌日系外行星研究。在这篇文章中，我们描述了一个预备性的JWST早期发布科学（ERS）计划，该计划专注于测试特定的观测模式，以快速为社区提供所需的数据和经验，以规划更有效和成功的未来过境系外行星表征计划。我们提出了一个多管齐下的方法，其中该计划的一个方面侧重于观察一个单一的目标与所有建议的观测模式，以确定和了解潜在的系统，比较在重叠和相邻的波长区域的透射光谱，确认吞吐量，并确定整体性能。在我们寻找适合实现这些目标的凌日系外行星时，我们确定了12个符合我们定义的标准的物体（被称为“社区目标”）。目前，最有利的目标是WASP-62 b，因为它的预测信号大小较大，相对明亮的主星，并且位于JWST的连续观察区。由于大多数社区目标没有明确的大气特征，我们建议启动预备观测计划，以确定其大气中是否存在模糊的云/雾。需要可测量的光谱特征来确定系外行星特征的最佳分辨率和波长区域。我们提出的ERS计划的其他举措包括测试仪器亮度极限和进行相位曲线观测。（节录）
2016-04-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Improving exoplanet mass characterisation with Bayesian model selection using the Learned Harmonic Mean Estimator
Mullard Space Science Laboratory, Department of Space & Climate Physics, University College London（伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室空间与气候物理系）；Department of Statistical Science, University College London（伦敦大学学院统计科学系）
本研究首次将学习调和均值估计器应用于径向速度模型选择，通过比较18种模型变体对6个单行星系统和72种变体对1个多行星系统，发现无单一模型普遍适用，强调了模型选择对确保质量表征鲁棒性的必要性。
2026-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
