Effect of multiple scattering on the Transmission spectra and the Polarization phase curves for Earth-like Exoplanets
这是最合适的时间来描述类地系外行星，以检测地球以外的生物特征，因为这样的系外行星将是大预算的任务，如JWST，罗马太空望远镜，HabEx，LUVOIR，TMT，ELT等的主要目标。我们提供了模型的传输光谱的类地系外行星的多重散射的影响。为了这个目的，我们数值求解完整的多次散射辐射转移方程，而不是使用不包括由于散射的漫辐射的Beer-Bouguer-Lambert定律。我们的模型表明，这种漫透射辐射的影响可以是观测上显着的，特别是在云的存在。我们还计算了类地系外行星的反射光谱和偏振相位曲线，同时考虑无云和多云的大气。数值求解了三维矢量辐射转移方程组，通过选择合适的散射相位矩阵，并沿视线方向对圆盘受照部分的局部Stokes矢量进行积分，计算了圆盘积分偏振和圆盘积分偏振的相位曲线。我们提出了全球平均表面反射光谱和相位曲线的影响，因为这些行星的表面特征是已知的显着决定这些观测量的性质。光谱和相位曲线的协同观测将被证明是有用的，在提取更多的信息和减少退化的估计参数的类地系外行星。因此，我们的模型将在推动未来的观测中发挥关键作用。
2023-01-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
AOTF based spectro-polarimeter for observing Earth as an Exoplanet
地球是唯一已知的可居住行星，它是一个测试平台，以基准观测温带和更像地球的系外行星。它需要观察地球在大范围相位角的圆盘综合特征，类似于对系外行星的观察。在这项工作中，AOTF（声光可调滤波器）的基础上的实验设计，以观察光谱偏振地球的签名。光谱和偏振实验室校准的结果在这里提出了一个可能的仪器配置的简要概述。基于光谱偏振校准的结果，进行了模拟，以优化仪器设计的预期信号电平的各种观测条件。从这项研究中建立了基于AOTF的分光偏振计的有用性，并且发现，在本配置中，对于100 ms或更大的积分时间，该仪器可以实现$<0.3$ \%的线性偏振的偏振精度。讨论了仪器的设计配置和从月球轨道进行此类观测的计划。
2023-02-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
The unique ability of the Hubble Space Telescope to characterize young exoplanet environments
University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Colorado（科罗拉多大学）；Southwest Research Institute（西南研究院）；Kiel University（基尔大学）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Chicago（芝加哥大学）；Wesleyan University（卫斯理安大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Boise State University（博伊西州立大学）
本文指出哈勃太空望远镜是唯一能够测量紫外光谱并表征系外行星高能环境的观测设备，呼吁对所有适合的年轻行星宿主进行紫外、极紫外和X射线观测，以解决当前对年轻系外行星透射光谱解释中的不确定性。
2026-05-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
RSCL Earth Lookback Simulator: A Real-Time Multi-Physics Framework for Relativistic Signal Propagation from Confirmed Milky Way Exoplanets
本文提出RSCL地球回溯模拟器，通过实时多物理方法，结合已确认的银河系系外行星参数，同时应用七种物理效应，填补了现有公开浏览器框架的空白。
2026-04-27 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
Retrieving Ocean Glint Reflectance Signatures from Directly Imaged Earth-like Exoplanets
University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究利用NASA的HWO模拟数据，评估从类地系外行星检测海洋耀斑的可行性，确定5-25信噪比下需至少120度相位角，为相关空间望远镜任务观测要求提供约束。
2026-09-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Earth as a Transiting Exoplanet: A Validation of Transmission Spectroscopy and Atmospheric Retrieval Methodologies for Terrestrial Exoplanets
本研究利用地球高信噪比透射光谱验证类地系外行星大气反演模型，证实高分辨率下模型吻合度高且可探测多种气体，同时验证一维模型可满足JWST对M型矮星类地行星的观测需求。
2023-08-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Distinguishing multicellular life on exoplanets by testing Earth as an exoplanet
在系外行星上，多细胞生命能与单细胞生命区分开来吗？我们假设，丰富的直立光合多细胞生命（树木）将在高太阳角度下投射阴影，这将使它们与单细胞生命区分开来，并使用地球作为系外行星来测试这一点。我们首先在亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的一个复制月球着陆点使用无人驾驶飞行器（UAV）测试这个概念，并显示树木具有独特的反射特征（红色边缘）和几何特征（高太阳角度下的阴影），可以将它们与复制月球陨石坑区分开来。接下来，我们用POLDER（地球反射的偏振和方向性）卫星定向反射测量计算地球在几个相位角的反射特征，然后将地球减少到一个像素。我们将地球与其他行星体（火星，月球，金星和天王星）进行比较，并假设地球的定向反射率将介于没有风化的强后向散射岩石体（如火星和月球）和具有更多各向同性散射的多云体（如金星和天王星）之间。我们的建模结果将地球与强烈后向散射的火星相一致，而我们的经验结果将地球与更各向同性散射的金星相一致。我们确定了模型和经验结果中的潜在弱点，并提出了额外的步骤来确定这种技术是否可以区分系外行星上的直立多细胞生命。
2020-09-01 astro-ph.EP
A Physical Model-based Correction for Charge Traps in the Hubble Space Telescope's Wide Field Camera 3 Near-IR Detector and Applications to Transiting Exoplanets and Brown Dwarfs
哈勃太空望远镜（HST）的宽视场相机3（WFC 3）近红外通道广泛用于时间分辨观测，特别是用于凌日系外行星光谱和褐矮星以及直接成像的系外行星旋转相位映射。斜坡效应是WFC 3中时间分辨观测的主要系统学来源，这限制了其测光精度。目前的减缓战略是基于经验拟合，需要额外的轨道“以帮助望远镜达到热平衡“。我们表明，斜坡效应的轮廓可以解释和校正高保真度使用电荷捕获理论。我们还提出了一个模型，这个过程中，可以用来预测和纠正电荷陷阱系统学。我们的模型是基于一个非常小的数量的参数是固有的检测器。我们发现这些参数在不同的数据集之间非常稳定，并且我们提供了最佳拟合值。我们的模型进行了测试，超过120个轨道（$\sim40$访问）的WFC 3的观测，并被证明能够提供近光子噪声限制的修正与两个过境系外行星的凝视和扫描模式的观测以及棕矮星的启动模式观测。在我们的模型校正之后，每次访问的第一个轨道的光变曲线与后续轨道具有相同的光度精度，因此不再需要丢弃第一个轨道的数据。具有相同物理特性的近红外阵列（例如，JWST/NIRCam）也可能受益于这一模式的扩展，如果类似的系统配置文件被观察到。
2017-03-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Simulated Direct Imaging Detection of Water Vapor For Exo-Earths
可居住的行星通常被定义为能够维持表面液态水的类地行星。因此，大气中的水蒸气可以成为可居住性的关键指标。因此，以适居性为主题的系外行星调查强调探测目标的水蒸气特征。最近研究了利用反射光对系外行星直接成像的各种概念飞行任务，包括HabEx和LUVOIR概念。在这里，重要的是要了解如何在反射光直接成像-再加上中等分辨率的光谱学-可以用来检测各种水蒸气量在类地行星大气。为了研究类地系外行星的水蒸气检测，我们在水蒸气柱质量的网格上生成反射光谱，并使用仪器模型来探索在可见光或近红外波长处进行光谱特征检测所需的积分时间。低分辨率的近红外光谱通常是最佳的检测水蒸气在大气中的类地系外行星时，使用反射光直接成像。这适用于干燥或寒冷的类地行星，其大气层中含有相对较少的水蒸气。大气中富含水蒸气，例如行星经历潮湿或失控的温室，可以在可见光波段有效地检测到水蒸气。了解系外行星的大小、温度和相对于宜居带的位置等细节有助于确定大气特征的适当波长范围。总的来说，对类地系外行星的水蒸气探测对于未来的直接成像任务来说是相当可行的。
2019-12-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Review of Exoplanetary Biosignatures
我们回顾了该领域的系外行星的生物特征，主要集中在大气气相物种。由于缺乏类地行星大气的数据，一种常见的方法是从太阳系和早期地球的知识推断类地系外行星。因此，我们审查的主要过程（如大气光化学和传输）影响最常见的考虑物种（如O2，O3，N2O，CH4等）。在现代地球、早期地球、太阳系和类地系外行星的背景下。因此，我们认为这些物种在太阳系和更远的已知非生物来源。我们还讨论了与大气生物特征谱相关的可探测性问题，如谱带强度和独特性。最后，我们总结了当前航天局的路线图相关的生物特征科学在系外行星的背景下。
2017-10-11 astro-ph.EP
Modeling Stellar Jitter for the Detection of Earth-Mass Exoplanets via Precision Radial Velocity Measurements
探测地球大小的系外行星是一项技术和数据分析挑战。预计今后在地球质量系外行星探测方面的进展将来自于极精确径向速度测量的发展。提高径向速度精度需要开发一种新的基于物理学的数据分析方法，以区分行星信号与主星相关效应，同时考虑到恒星的变化和仪器的不确定性。在这项工作中，我们调查和量化恒星扰动的行星托管太阳型恒星HD121504从三维辐射模型与StellarBox代码获得。该模型已被用于确定的湍流等离子体的统计特性，并获得合成光谱观测几个Fe I线在不同位置的恒星盘上模仿高分辨率的光谱观测。
2022-02-14 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Which Stars can see Earth as a Transiting Exoplanet?
迄今为止，凌日观测已经发现了大多数系外行星。对凌日和日食的光谱观测是表征系外行星大气的最常用工具，将用于寻找生命。然而，一颗系外行星的轨道必须与我们的视线对准，才能观察到凌日。在这里，我们要问，从哪个恒星的有利位置，一个遥远的观察者能够以同样的方式在地球上寻找生命？我们使用TESS输入目录和来自盖亚DR 2的数据来确定可以将地球视为凌日系外行星的最近恒星：我们在100秒差距内确定了1，004颗主序星，其中508颗保证了对地球凌日的至少10小时观测。我们的恒星列表包括大约77%的M型，12%的K型，6%的G型，4%的F型和1%的A型恒星靠近黄道。SETI的搜索，如突破倾听倡议，已经集中在这一部分的天空。我们的目录现在为这个搜索提供了一个目标列表。作为扩展任务的一部分，NASA的TESS还将在黄道上寻找凌日行星，以找到可以在凌日地球上探测到生命的行星。
2020-10-19 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Precision Space Astrometry as a Tool to Find Earth-like Exoplanets
由于最近的技术进步，精密空间光学天体测量所需的关键技术现已掌握。微弧秒天体测量探测器（MAP）的任务概念是在最近的~90颗FGK恒星周围的1AU轨道（按太阳光度换算）上寻找1颗地球质量的行星。MAP有效载荷包括i）一个具有1米主镜和计量子系统的单个三镜消色差望远镜，和ii）一个相机。相机焦平面由42个探测器组成，提供0.4度的奈奎斯特采样FOV。它的计量子系统确保MAP可以在1小时内达到0.8 uas的天体测量精度，这是探测我们恒星附近类地系外行星所需的。MAP任务可以为一个更大的测量其光谱的日冕测量任务提供大约10个特定的目标。我们主张发展能够找到地球2.0的空间天体测量任务。考虑到目前的技术准备情况，这种依赖精确天体测量的飞行任务可能在未来十年内进行，也许可以与其他国家航天局合作。
2018-03-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Retrievals Applied To A Decision Tree Framework Can Characterize Earth-like Exoplanet Analogs
本文采用生物标志物决策树策略表征类地系外行星，通过反演分析评估HWO前身设计的带通组合，证明该框架可有效约束现代与太古代地球的关键气体丰度和宜居性指标。
2023-11-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Past, Present and Future Stars that can see Earth as a Transiting Exoplanet
在宇宙中寻找生命的过程中，凌日系外行星是我们目前最好的目标。在宇宙中寻找生命的过程中，凌日系外行星是我们目前最好的目标。随着数千个已经被探测到，我们的搜索正在进入一个新的发现时代，即将到来的大型望远镜将在过境世界的大气中寻找生命迹象。然而，宇宙是动态的，太阳系附近的哪些恒星有优势将地球视为过境行星，并可以识别其充满活力的生物圈，因为早期人类文明是未知的。在这里，我们展示了自早期人类文明以来，326光年内的1，715颗恒星处于合适的位置，可以在凌日地球上发现生命，另外还有319颗恒星在未来5，000年内进入这个特殊的有利位置。在这些恒星中，有7颗已知的系外行星宿主占据了观察地球凌日的有利位置，包括罗斯-128，它在过去看到了地球凌日，蒂加登星和特拉普斯特-1，它们将分别在29年和1,642年后开始看到地球凌日。我们发现人造无线电波已经扫过了名单上75颗最近的恒星。
2021-07-16 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Exoplanet population inference and the abundance of Earth analogs from noisy, incomplete catalogs
没有真正的太阳系外地球类似物是已知的。在类太阳恒星周围已经发现了数百颗行星，它们要么是地球大小但周期较短，要么是一年长的轨道，但稍大。在强有力的假设下，系外行星目录已经被用来对类太阳恒星拥有地球类似物的速率进行外推估计。这些研究是复杂的，因为每个目录都是由非平凡的选择效应和检测效率，以及每个属性（周期，半径等）审查。是用噪音来衡量的。在这里，我们提出了一个一般的层次概率框架，使合理的推断系外行星的人口，考虑到调查的完整性，并首次，观测的不确定性。我们能够比以前的研究对分布做出更少的假设;我们只要求发生率密度是周期和半径的平滑函数（采用高斯过程）。通过将我们的方法应用于合成目录，我们证明了它比基于逆检测效率加权的标准程序更准确地估计了整个人口。我们将该方法应用于G矮星周围的小行星候选者的现有目录（Petigura et al. 2013）。我们证实了以前的结果，半径分布改变斜率附近的地球半径。我们发现，地球类似物的率密度约为0.02（每星每自然对数箱的周期和半径），具有很大的不确定性。这一数字比以前用同样的数据但更强的假设所作的估计要小得多。
2014-09-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Colors of a Second Earth: Estimating the fractional areas of ocean, land, and vegetation of Earth-like exoplanets
通过散射光表征岩石系外行星的表面将是调查可居住系外行星上生命存在的一个重要挑战。我们提出了一个简单的重建方法，从光度变化，或颜色，第二个地球的不同表面类型的分数区域。我们使用经验数据为没有云的地球创建模拟光变曲线。然后将这些光变曲线拟合到由海洋、土壤、雪和植被4种表面类型组成的各向同性散射模型。在理想情况下，光度误差只是光子散粒噪声，我们能够相当好地再现这些组件的分数区域。我们甚至能够从地球上光合作用的独特特征中检测到植被的特征，即红边。在我们的重建方法中，由于大气的瑞利散射具有重要的影响，并且对于具有与我们地球相似的大气的类地系外行星，可以同时估计海洋和大气的存在。
2010-05-11 astro-ph.EP
On the feasibility of studying the exospheres of Earth-like exoplanets by Lyman-alpha monitoring. Detectability constraints for nearby M stars
对地球外逸层的观测揭示了一个由绕地球轨道运行的原子组成的氢的扩展包层，其半径超过10个地球半径。这个大的包层显著增加了地球对来自太阳的莱曼α（Lya）光子的不透明度，如果用8米主镜空间望远镜通过干净的视线（NH <1 e17 cm-2）指向，就可以从1.35 pc检测到地球的凌日信号，正如我们所展示的。在这项工作中，我们评估潜在的可探测性的地球类似物围绕附近的M-型恒星通过监测Lya通量的变化。我们表明，尽管星际，日光层和天体层的吸收，过境签名在M5 V型恒星将是可检测的4-8米级空间望远镜中实施的专用Lya通量监测器。这样的监测计划将使测量行星大气的鲁棒性在沉重的空间天气的条件下，如那些由M-型恒星。一个2米级的望远镜，如世界空间天文台，足以探测到一颗围绕比邻星运行的类地行星，如果有这样一颗行星或附近的M5型恒星的话。
2017-12-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Multivariate Statistical Analysis of Exoplanet Habitability: Detection Bias and Earth Analog Identification
本研究对517颗系外行星进行多元统计分析，发现仅0.6%满足宜居标准，地球为统计离群值，并识别出开普勒-22b为地球类似体，证实探测偏差并量化类地行星的稀有性。
2025-06-22 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
Indexing Exoplanets with Physical Conditions Potentially Suitable for Rock-Dependent Extremophiles
在宇宙其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学的一个迷人的研究领域。目前，根据NASA系外行星档案数据库，已经发现了3876颗系外行星。地球相似性指数（ESI）定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值，范围从0（与地球不同）到1（与地球相似）。ESI的创建是为了根据系外行星与地球的相似性对其进行索引。在本文中，我们研究了岩石系外行星，其物理条件可能适合于依赖岩石的极端微生物的生存，如蓝细菌Chroococcidiopsis和地衣Acarospora。首先介绍了岩石相似性指数（RSI），然后将其应用于1659颗岩石系外行星。RSI代表了对类地行星的测量，在这些行星上的物理条件可能适合于可以在类地极端栖息地（即，炎热的沙漠和寒冷冰冻的土地）。
2020-02-28 astro-ph.EP
Earth as an Exoplanet: A Two-dimensional Alien Map
从单点光变曲线中解析空间变化的系外行星特征对于确定类地行星是否具有影响可居住性的地质特征和/或气候系统至关重要。为了评估这种空间特征解决问题的可行性和要求，我们提出了一个分析的多波长单点光变曲线的地球，它扮演着代理系外行星的角色。在这里，在两年的时间内收集的~ 10，000 DSCOVR/EPIC帧在地球的磁盘上集成，以产生光谱相关的点源，并使用奇异值分解进行分析。我们发现，在两个主要的主成分（PC），第二PC包含的表面相关的功能的行星，而第一PC主要包括云的信息。我们提出了第一个二维（2D）的地球表面地图重建的光变曲线观测没有任何假设的光谱特性。这项研究是未来重建类地系外行星表面特征的基线。
2019-08-12 astro-ph.EP
Exoplanet Analog Observations of Earth from Galileo Disk-integrated Photometry
本研究复原并处理了伽利略号1990、1992年两次地球飞掠的完整SSI测光数据，得到超1500条可用盘积分测量结果，验证了3D光谱地球模型，为系外类地行星直接成像研究提供了珍贵的地球类比观测数据。
2024-02-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Magnetic Fields in Earth-like Exoplanets and Implications for Habitability around M-dwarfs
我们使用Olson & Christiansen（2006）标度律并假设其内部结构与地球相似，对类地系外行星的偶极磁矩进行了估计。我们发现，快速旋转的行星（其中科里奥利力占主导地位的核心对流）的偶极矩，可能高达约80倍的地球的磁矩，M_地球，至少部分的行星的寿命。对于非常缓慢旋转的行星（惯性力占主导地位），偶极磁矩仅达到~1.5 M_地球。将我们的计算应用于目前确认的岩石系外行星，我们发现CoRoT-7 b，Kepler-10 b和55 Cnc e分别可以维持高达~ 18，15和13 M_Earth的发电机。我们的结果还表明，岩石系外行星的磁矩不仅取决于它们的自转速率，而且还取决于它们的形成历史、热状态、年龄和成分，以及磁场的几何形状。这些结果适用于所有岩石行星，但对于M矮星宜居带中的系外行星的特殊情况具有重要意义。
2011-07-14 astro-ph.EP
Transmission spectrum of Earth as a transiting exoplanet - from the ultraviolet to the near-infrared
系外行星的透射光谱是描述岩石行星特征和探索其可居住性的工具。以地球为代表，模拟了大气截面随波长的变化，并给出了115 ~ 1000 nm范围内各种大气组分、瑞利散射和折射的影响。云对这张照片的影响并不显著，因为折射阻止了远距离观测者在地球-太阳模拟的过境几何中对大气层最低12.75公里处进行采样。我们计算了类地系外行星围绕类日恒星的日食光谱的有效行星半径。在200 nm以下，紫外（UV）O_2吸收使有效行星半径增加约180 km，而在760.3 nm处增加27 km，在近红外（NIR）处增加14 km，主要是由于折射。这意味着在UV-NIR波长范围内有效行星半径的变化为2.6%，表明紫外线是未来太空任务的一个有趣的波长范围。
2017-03-22 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Earth as an Exoplanet
地球是已知的唯一有生命存在的行星，因此，在太阳系以外寻找可居住和有人居住的行星通常集中在我们星球的类似物上。然而，地球的大气层和地表环境在过去45亿年中发生了巨大的变化。对我们星球的原位地质和地球化学建模研究相结合，提供了对环境的一瞥，虽然在技术上属于我们的地球，但似乎是外星世界。对于现代地球，地面设施，卫星和航天器的观测已经产生了丰富的数据，可用于在系外行星表征的背景下有效地观察我们的星球。然后，将行星和系外行星遥感技术应用于这些数据集，就能够开发探测其他世界上可居住性和生命特征的方法。此外，一系列模型已被用于模拟遥远地球的类外行星数据集，从而提供的见解往往是对现有观测的补充。了解地球可居住和有人居住的无数方式，再加上在遥远的地球上磨练的遥感方法，为识别其他行星系中潜在的生命环境提供了关键指南。
2019-10-16 astro-ph.EP
Transits of Earth-Like Planets
类地系外行星的透射光谱是一种潜在的适居性筛选工具。凌日行星是当今理解太阳系外行星的“罗塞塔石”，因为它们提供了描述巨行星大气的可能性，并且一旦被探测到，应该可以获得类地系外行星大气中的生物标志物。使用地球本身作为一个代理，我们展示了过境技术的潜力和局限性，以检测地球类似的系外行星过境的生物标志物。我们量化的地球的横截面作为波长的函数，并显示每个大气物种，气溶胶，和瑞利散射的影响。云对这幅图像没有显著影响，因为气溶胶和瑞利损失造成的低层大气不透明度超过云损失。我们计算的光谱特征的最佳信噪比的主要日食光谱的类地系外行星周围的类日恒星和M星，在太空中的6.5米望远镜。我们发现，所有重要的光谱特征的信号噪声值的顺序上的单位或更少的每个过境-除了最近的恒星-使得它很难检测到这样的功能，在一个单一的过境，这意味着共同添加的许多过境将是必不可少的。
2009-04-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Two nearby sub-Earth-sized exoplanet candidates in the GJ 436 system
我们报告了对UCF-1.01的探测，这是一颗半径为地球（R_{\oplus}）0.66 +/- 0.04倍的强系外行星候选者。这颗次地球大小的行星以1.365862 +/-8x 10 ^{-6}天的周期穿过附近的M矮星GJ 436。我们还报告了一个0.65 +/- 0.06 R_{\oplus}系外行星候选者（标记为UCF-1.02）以不确定的周期绕同一颗恒星运行的证据。使用斯皮策太空望远镜，我们测量行星在其母星前面经过时的光线变暗，以评估它们的大小和轨道参数。如果得到确认，UCF-1.01和UCF-1.02将分别被称为GJ 436 c和GJ 436 d，并将成为开普勒视野之外的第一个多凌日行星系统的一部分。假设类地行星的密度为5.515 g/cm ^3，我们预测两个候选行星的质量相似（约为0.28地球质量，M_{\oplus}，2.6火星质量），表面重力约为0.65 g（g是地球上的重力）。UCF-1.01的平衡温度（T_{eq}，其中发射和吸收的辐射平衡为等效黑体）为860 K，使得该行星不太可能像地球上那样拥有生命。它的弱引力场和与主星的近距离意味着UCF-1.01不太可能保留其原始大气;然而，如果最近的撞击或潮汐加热将挥发物提供给表面，则可能存在瞬态大气。我们还介绍了GJ 436 b在二次日食期间的其他观测结果。3.6微米的光变曲线显示了恒星活动的迹象，使得可靠的二次日食测…
2012-07-18 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
The Mass-Radius Relation for 65 Exoplanets Smaller than 4 Earth Radii
我们研究了65颗轨道周期小于100天的小于4个地球半径的系外行星的质量和半径。我们计算的加权平均密度的行星箱的0.5地球半径，并确定在1.4地球半径的密度最大值为7.6克/立方厘米。半径达到R = 1.5地球半径的行星密度随着半径的增加而增加。在1.5个地球半径以上，行星密度随着半径的增加而迅速下降，这表明这些行星有很大一部分体积的挥发物覆盖在岩石核心上。包括太阳系的类地行星和半径小于1.5的系外行星，当R < 1.5时，我们发现ρ= 2.43 + 3.39（R/R_E）g cm^-3，这与岩石成分一致。对于半径在1.5到4倍地球半径之间的系外行星，我们发现M/M_E = 2.69（R/R_E）^0.93。在1.5和4个地球半径之间拟合的行星质量的RMS为4.3 M_E，约化χ^2 = 6.2。大的分散表明在给定半径的行星组成的多样性。成分的多样性可能是由于行星的体积（由它们的大氢/氦包层决定）包含不同质量或成分的岩石核心。
2014-02-15 astro-ph.EP
Using Deep Space Climate Observatory Measurements to Study the Earth as An Exoplanet
尽管它不是作为一个系外行星研究任务设计的，但深空气候观测站（DSCOVR）已经被机会主义地用于一个新的实验，其中地球作为一个代理系外行星。两年多的DSCOVR地球图像被用来产生多波长、单点光源的时间序列，以提取关于行星旋转、云模式、表面类型和绕太阳轨道的信息。在下文中，我们假设地球的这些性质是未知的，而是试图从第一原理推导出它们。然后将这些结论与有关我们星球的已知数据进行比较。我们还使用DSCOVR数据来模拟相位角的变化，以及确定系外行星旋转周期所需的最小数据收集速率。这种利用多波长、反射单点光源的时间演化的创新方法，可以用于检索遥远恒星周围系外行星的一系列固有特性。
2018-05-15 astro-ph.EP
Earth Similarity Index and Habitability Studies of Exoplanets
对系外行星的研究一直是天文学家、行星科学家和天体生物学家的兴趣所在。对来自CoRoT和开普勒等太空任务的大量行星数据的分析最终旨在寻找一颗与地球相似的行星-地球的孪生兄弟，并寻找潜在的可居住性。地球相似性指数（ESI）的定义是寻找与地球的相似性，其范围从1（地球）到0（与地球完全不相似）。ESI可以用行星的四个物理参数来计算，即半径、密度、逃逸速度和地面温度。进入ESI表面的地面温度是一个不可观测的量，我们所知道的只是系外行星的平衡温度。我们已经建立了一个表面和平衡温度之间的关系，使用的数据，太阳系天体，以解决在确定地面温度的困难。从ESI分析中，我们发现了20颗ESI值高于0.8的类地系外行星，这是设定的阈值。我们还对类火星行星感兴趣，以寻找可能存在极端生命的行星。例如，甲烷特有的极端微生物生命形式代谢，为此引入了一种新的方法，称为火星相似性指数（MSI）。MSI被定义在1（现在的火星）和0（与现在的火星不同）之间，并使用与ESI相同的物理参数。介绍了另一种研究系外行星潜在可居住性的新方法--多参数柯布-道格拉斯函数。这并没有产生任何令人鼓舞的结果。
2018-06-07 astro-ph.EP
Hot super-Earths stripped by their host stars
模拟预测，热的超级地球大小的系外行星可以通过光蒸发剥离它们的外壳，这将使它们本身缺乏这些系外行星。然而，系外行星种群中的这种缺失却逃脱了严格的检测。在这里，我们证明，使用asteroseismology在开普勒任务期间观察到的系外行星和系外行星候选者的样本，虽然有大量的超地球大小的系外行星低入射通量，没有发现高入射通量。我们没有发现任何半径在2.2到3.8地球半径之间的系外行星，其入射通量超过地球上入射通量的650倍。系外行星数量的这种差距可以用挥发性元素的蒸发来解释，因此支持了预测。蒸发造成的热超级地球沙漠的确认将为行星系的模拟增加一个重要的限制，因为它们必须能够重现近距离超级地球的缺乏。
2016-04-18 astro-ph.EP
The Pyrat Bay Framework for Exoplanet Atmospheric Modeling: A Population Study of Hubble/WFC3 Transmission Spectra
我们提出了用于系外行星大气建模、光谱合成和贝叶斯检索的开源pyratbay框架。该代码的模块化设计允许用户生成大气温度、丰度和温度的一维参数化模型。（在热化学平衡或恒定的高度），和高度分布在流体静力学平衡;样品ExoMol和HITRAN逐线截面与自定义的解决方案的权力和线翼截止值;考虑来自分子线跃迁、碰撞诱导吸收、瑞利散射、灰云和碱共振线的横截面，计算发射或透射光谱;并对给定的凌日或日食数据集执行马尔可夫链蒙特卡罗大气反演。我们通过再现ExoMol截面的逐线截面采样，产生与petitRADTRANS模型一致的透射和发射光谱，准确地检索TauREx模型生成的模拟透射和发射观测的大气特性，并密切再现HD 209458 b的天基透射光谱的Aura检索分析，对pyratbay框架进行了基准测试。最后，我们提出了一个检索分析的人口过境系外行星，重点是那些观察到的传输与HST WFC 3/G141棱镜。我们发现，这种仪器可以单独自信地识别数据集何时显示H2O吸收特征;然而，它无法区分静音H2O特征是由云、高大气金属丰度还是低H2O丰度引起的。我们的结果与以前的检索分析是一致的。pyratbay代码可以在PyPI（pip install pyratbay）和conda上找到。该代码有大量的文档（https：pyratbay.readthedocs.io）和测试，以提供最大的可访问性和长期的开发稳…
2021-05-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Scaling the Earth: A Sensitivity Analysis of Terrestrial Exoplanetary Interior Models
系外行星的结构和组成是行星可居住性的第一级控制因素。我们探讨了大体积类地行星的组成和内部结构的哪些方面影响了系外行星的主要观测值：它的质量和半径。我们将这些扰动应用于地球，我们最了解的星球。使用矿物物理工具包BurnMan自洽计算质量半径模型，我们发现，核心半径，存在轻元素的核心和上地幔组成的低压硅酸盐在给定的半径，其中没有一个包括在当前的质量半径模型的最终计算质量的影响最大。我们扩展了这些结果，提供了一个自洽的网格组成以及结构约束的地球质量半径模型，用于量化系外行星是“类地行星”的可能性。“我们进一步将这个网格应用于开普勒-36 b，发现它只有20%的可能性与地球的Si/Fe = 0.9类似，而地球的Si/Fe = 1，太阳的Si/Fe = 1.19。
2016-01-07 astro-ph.EP
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
Colors of an Earth-like exoplanet -- Temporal flux and polarization signals of the Earth
了解类地行星的总通量和偏振信号及其光谱和时间变异性对于未来确定此类系外行星的特征至关重要。我们提供计算的总（F）和线性（Q和U）和圆（V）偏振通量，以及太阳光的偏振度P被反射的模型地球，用于仪器设计，优化观测策略，和/或开发检索算法。我们模拟了一个现实的类地行星，使用一年的日常地球观测数据：云参数（分布，光学厚度，顶压，粒子有效半径），和表面参数（分布，表面类型，和反射率）。对于0至180度的相位角α和350至865 nm的波长λ，计算圆盘平均反射太阳光的斯托克斯矢量。总通量F比极化通量Q高一个数量级，Q分别比U和V高两个和四个数量级。没有云，由于行星旋转的峰到峰的每日变化增加与增加λ的F，Q和P，而他们减少U和V的云修改，但不完全抑制的变化，是由于旋转的表面功能。对于云，F的变化随着λ的增加而增加，而Q的变化随着λ的增加而减少，除了在最大相位角处。在早期的工作中，人们发现，在海洋中，Q会从蓝色变成白色，再变成红色。颜色变化的alpha随着云覆盖率的增加而增加。在这里，我们表明，当海洋部分被大陆取代时，无论有没有云，Q的这种独特的颜色变化也会发生。偏振度P示出类似的颜色变化。我们计算的通量和偏振度将公开提供。
2020-07-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
RoSETZ: Roman Survey of the Earth Transit Zone -- a SETI-optimized survey for habitable-zone exoplanets
RoSETZ是罗曼望远镜针对地球凌日带的巡天，旨在搜索宜居带岩石行星，预计发现120-630颗地球大小行星，产量为已知的5-20倍，并支持SETI策略与自校准。输出严格JSON。{
2023-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
New models of reflection spectra for terrestrial exoplanets: Present and prebiotic Earth orbiting around stars of different spectral types
为了从未来观测到的光谱中识别出可居住的系外行星，我们提出了新的反射光谱模型和几何模型，用于在光谱型F，G，K和M恒星的可宜居带内运行的现代和前生物（3.9 Ga）类地系外行星。我们计算出行星的各种大气和表面成分。作为潜在生物特征和温室因子的分子被纳入我们的模型大气中。固体和液体物质的各种组合，如海洋，海岸，由树木，草，沙子或岩石组成的土地，决定了行星的表面覆盖度。还提供了一组九颗潜在宜居行星的几何反射光谱和模型反射光谱，包括Proxima Centauri b，TRAPPIST-1d，Kepler-1649 c和Teegarden的Star-b。我们采用的不透明度数据来自使用开源软件包外传输，并采用不同的大气温度-压力的配置文件，这取决于类地系外行星的属性。通过数值求解多次散射辐射转移方程，建立了模型反射光谱。我们通过与其他研究者发表的模型进行比较，验证了我们的模型在一些特定情况下的反射光谱。我们证明，前生物类地系外行星和目前的类地系外行星，其大气中的温室气体量增加，在光学散射更多的星光。我们还提出了现代和前生物类地系外行星与多云和无云的大气的透射光谱。
2023-03-01 astro-ph.EP
High resolution transmission spectrum of the Earth's atmosphere -- Seeing Earth as an exoplanet using a lunar eclipse
随着系外行星领域的快速发展，越来越多的类地系外行星被探测到。使用凌日观测来描述它们的大气层将成为探测类地系外行星的关键数据。我们地球的大气透射光谱将是与未来的地球外候选者进行比较的理想模板。通过观测月食，它提供了一个类似的配置，一个系外行星过境，我们已经获得了高分辨率和高信噪比的地球大气透射光谱。这次观测是在2011年12月的月全食期间在中国兴隆站用高分辨率摄谱仪进行的。我们将观测到的透射光谱与我们的大气模型进行了比较，并详细确定了各种大气物种的特性。在透射光谱中，探测到O2、O3、O2-O2、NO2和H2O，测量了它们的柱密度，并与卫星数据进行了比较。可见的臭氧Chappuis带产生最突出的吸收特征，这表明臭氧是未来地球外表征的有希望的分子。单个O2谱线被分辨，并且O2同位素被清楚地检测到。我们的新观测并没有证实以前月食观测中报道的Ca II或Na I的吸收特征。然而，这些和其他一些强夫琅和费线位置的特征确实出现在观测到的光谱中。我们建议，这些都是由于拉曼散射组件中出现在月球本影光谱的前向散射太阳光。在我们的光谱中发现水蒸气吸收相当弱，因为我们探测的大气相对干燥，这促使我们讨论类地系外行星大气中水蒸气的可探测性。
2014-05-19 astro-ph.EP
Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-twin Exoplanet
该研究将地球视作系外行星，结合经验热光谱与LIFE噪声模拟观测并开展大气反演，评估其识别温态宜居及生命指示信号的能力。
2024-05-13 astro-ph.EP
Extremophile life-form survey on rocky exoplanets
在其他地方寻找不同的生命形式是天体物理学和天体生物学研究的迷人领域。根据NASA系外行星档案数据库，目前已发现近3500颗系外行星。地球相似性指数（ESI）定义为半径、密度、逃逸速度和地面温度的几何平均值，范围从0（与地球不同）到1（地球）。在这项研究中，岩石系外行星，适合岩石依赖极端微生物，如：Chroococcidiopsis和Acarosporamto被选择，可以潜在地生存被考虑。介绍了殖民相似性指数（CSI），并对1650个岩石系外行星进行了分析，CSI基本上代表了适合岩石极端微生物生存的类地行星，这些极端微生物可以在极端温度下生存（即像沙漠一样热，像冻土一样冷）。在这项工作中，可居住的系外行星被确认为即使这些岩石极端微生物也无法通过使用CSI度量工具生存。
2018-05-29 astro-ph.EP
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE): III. Spectral resolution, wavelength range and sensitivity requirements based on atmospheric retrieval analyses of an exo-Earth
温带类地系外行星可能是常见的天体，但它们的发现和表征非常具有挑战性。正在研究克服这些挑战的优化空间飞行任务的概念。LIFE倡议侧重于开发天基中红外调零干涉仪，探测大量系外行星的热辐射。我们得出的信号噪声比（S/N），光谱分辨率（R），和波长的LIFE要求的第一个估计。使用地球孪生系外行星作为参考案例，我们量化如何以及行星/大气属性可以约束不同质量的MIR光谱。我们模拟的生命观测的地球双胞胎绕着一个G2 V恒星在10 pc的太阳与不同水平的exozodiacal尘埃排放。我们结合了一个无云的一维辐射传输模式和嵌套采样算法，从不同的波长覆盖范围，R，和S/N的输入光谱反演行星/大气的属性。我们发现，如果S/N $\geq$ 10（不确定度$\leq\pm1.0$ dex），H2O、CO2和O3是可检测的。我们发现上限N2 O（丰度$\leq10^{-3}$）。CO、N2和O2在所有情况下均不受约束。CH 4检测限为R $= 50$，S/N $=10$。我们进一步正确地确定了系外行星的半径（不确定度$\leq\pm10\%$），表面温度（不确定度$\leq\pm20$ K）和表面压力（不确定度$\leq\pm0.5$ dex）。采用当前的LIFE设计，达到规定的S/N所需的观测时间为$\sim7$周，孔径为4x 2米。我们得出结论，需要$4-18.5μ$ m的最小波长覆盖，R为50，S/…
2022-03-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Ammonia, Water Clouds and Methane Abundances of Giant Exoplanets and Opportunities for Super-Earth Exoplanets
未来的直接成像系外行星任务，如WFIRST/AFTA、Exo-C和Exo-S，将测量系外行星在可见光波段的反射率。要观测的系外行星将位于比地球离太阳更远的地方。这些“寒冷”的系外行星具有有利于水和/或氨云形成的大气环境，就像太阳系中的木星一样。我们研究了直接成像系外行星任务的科学回报，重点是系外行星的大气成分。首先，该研究表明，一颗巨大系外行星在600 - 1000 nm处的低分辨率（R=70）反射光谱，对于20的中等信噪比，将允许测量最上层云层的压力和甲烷的混合比，如果最上层云层位于0.6 - 1.5巴的压力水平。进一步提高信噪比，可以将云台压力的测量范围提高到0.2 - 4巴。甲烷的强吸收带和弱吸收带允许云和气体的同时测量;当最上层的云甲板位于比0.2的压力水平浅时，弱带被静音，并且云甲板压力和甲烷的混合比不能从单个反射光谱中区分出来。其次，未来的直接成像系外行星任务可能会探测到一些超级地球系外行星的宽带反射率。如果有以H2O为主的大气层，直接成像的超级地球很可能有比1 E-3酒吧浅的水云。这些行星上非常高的云层会使除了H2O之外的大多数气体吸收特征变得静音，并且这些行星会在颜色-颜色图中占据一个有限的相空间。
2014-12-24 astro-ph.EP
Controls of Atmospheric Methane on Early Earth and Inhabited Earth-like Terrestrial Exoplanets
本研究通过大气光化学与海洋微生物模型，揭示羟基自由基产生及恒星辐照度（尤其200-210纳米波段）是控制类地宜居系外行星大气甲烷丰度的关键因素，并指出K型恒星宜居带外缘行星更利于甲烷积累，为生命信号探测提供支持。
2023-11-12 astro-ph.EP
Identifiable Acetylene Features Predicted for Young Earth-like Exoplanets with Reducing Atmospheres undergoing Heavy Bombardment
年轻行星的化学环境被认为在很大程度上受到原行星盘溶解后在不稳定轨道上徘徊的天体的影响。我们探讨的化学后果的影响范围内减少行星大气为主的一氧化碳，甲烷和分子氮。为了模拟撞击器周围的气辉等离子体和爆炸波，选择了太瓦级高功率激光器。然后将这些实验的化学结果应用于理论大气模型。冲击模拟导致反应器内5%氰化氢（HCN）、8%乙炔（C $_2$ H $_2$）、5%氰基乙炔（HC $_3$ N）和1%氨（NH $_3$）的实质体积混合比。这些产量与早期地球的估计影响率相结合，以预测大气模型的表面边界条件。我们表明，影响可能已作为能源，将导致0.4% C $_2$ H $_2$，400 ppm HCN和40 ppm NH $_3$的稳态表面量。我们提供了类似地球的系外行星的模拟过境光谱，这种减少大气层期间和强烈的影响后不久。我们预测，乙炔与最近经历了自己的“重轰炸”的具有还原大气的系外行星上的其他分子特征一样可观察，在3.05 $μ$ m和10.5 $μ$ m处具有突出特征。
2019-11-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Microlensing path parametrization for Earth-like Exoplanet detection around solar mass stars
本文提出了一种新的参数化方法来描述由类地系外行星围绕一颗质量为太阳质量的恒星构成的微透镜系统的碰撞参量u0和碰撞角α。我们提出了这样的系统的焦散拓扑结构，以及使用这样一个新的参数化产生的相关的光变曲线。在相同的点密度和精度的常规方法的基础上，我们得到的结果快5倍，发现类地系外行星。在这场光度天文学的大数据革命中，我们的方法将影响未来的任务，如WFIRST（NASA）和Euclid（ESA），以及它们的数据管道，为这类特定的微透镜事件提供快速而深入的系外行星探测，否则可能会丢失。
2018-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Earth$'$s polar night boundary layer as an analogue for dark side inversions on synchronously rotating terrestrial exoplanets
决定同步旋转行星的潜在可居住性的一个关键因素是暗侧表面和自由大气之间的大气边界层逆温的强度。在这里，我们分析了从南极和加拿大警报中心的极夜测量中获得的数据，这是地球上最接近同步旋转系外行星黑暗面条件的类似物，分别没有和有海洋影响。在地球上，这种逆温的强度很少超过30 K，这是因为由所谓的中尺度斜坡风等现象引起的湍流混合效应，这种斜坡风的水平尺度为10 s到100 s km，表明对近地表暗面逆温有类似的限制。我们讨论了反演强度对地形和全球尺度环流等因素的敏感性，并将其与Proxima Centauri b行星的模拟进行了比较。我们的研究结果表明，与地球数据的比较在系外行星研究的重要性，并强调需要进一步研究的系外行星大气塌陷问题，使用中尺度和涡分辨模型。
2020-03-13 astro-ph.EP
Into the UV: A precise transmission spectrum of HAT-P-41b using Hubble's WFC3/UVIS G280 grism
紫外-可见光波长范围为行星大气中的化学和物理工作提供了关键的光谱诊断。迄今为止，系外行星时间序列大气特征研究依赖于哈勃的STIS/COS仪器上的几种模式组合来访问这一波长范围。在这里，我们第一次应用哈勃WFC 3/UVIS G280棱镜模式，在一次观测中获得200-800 nm的系外行星光谱。我们在热木星HAT-P-41 b上测试了G280棱镜模式，以确定其对系外行星大气特性的可行性。在10 nm波段，我们获得了29- 33 ppm的宽带渡越深度精度和平均200 ppm的精度。G280棱镜的光谱信息可以从正和负一级光谱中提取，导致可测量通量增加60%。此外，第一个HST轨道可以充分利用的时间序列分析。我们提出了详细的提取和还原方法，供未来的调查使用这种模式，测试多种技术。我们发现结果与310-800 nm的HAT-P-41 b的STIS测量完全一致，G280结果代表了更有效和精确的光谱。我们拟合HAT-P-41 b的透射光谱与前向模型在Teq= 2091 K，高金属丰度，和显着的散射和云不透明度。通过这些首次观测，我们证明了WFC 3/UVIS G280是一种强大的新工具，可以获得系外行星大气的紫外光谱，增加了哈勃的紫外遗产，并补充了詹姆斯韦伯太空望远镜的未来观测。
2020-03-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Colors of a Second Earth II: Effects of Clouds on Photometric Characterization of Earth-like Exoplanets
作为未来直接成像的类地系外行星的调查的试验台，我们提出了从EPOXI航天器获得的多波段昼夜光变曲线的地球表面成分的恢复。我们发现，海洋，土壤和植被的存在和纵向分布合理地再现拟合所观察到的颜色变化与一个简化的模型组成的先验已知的海洋，土壤，植被，雪和云的光谱。利用辐射转移程序模拟了大气（包括云）对地表散射光的影响。还确定了未来观测系外行星所需的噪声水平。我们的模型依赖的方法使我们能够推断出存在的主要元素的行星（在地球，云和海洋的情况下）与观测具有S/N $\gtrsim 10$在大多数情况下，如果S/N $\gtrsim 20$的高置信度。此外，S/N $\gtrsim 100$使我们能够以一种相当独立于模型的方式检测海洋和云以外的成分的存在。我们的反演过程中产生的云覆盖的退化也被量化。虽然与无云的情况相比，云层覆盖显着稀释了颜色变化的幅度，但颜色变化的模式仍然存在。因此，即使对于云层覆盖与地球相似的系外行星，通过光变曲线拟合研究表面特征的可能性仍然存在。
2011-06-30 astro-ph.EP
The Super-Earth Opportunity - Search for Habitable Exoplanets in the 2020s
最近在太阳系之外发现了种类惊人的行星，这极大地扩展了寻找可居住世界的空间。开普勒系外行星调查显示，我们星际邻居中的大多数行星都比地球大，比海王星小。这些行星被统称为超级地球和迷你海王星，其中一些行星可能有条件支持液态水海洋，从而支持类似地球的生物，尽管在许多方面与我们自己的星球不同。除了它们的数量丰富之外，超级地球相对较大，因此比真正的地球双胞胎更容易被发现。因此，超级地球代表了一个独特的强大机会，可以在2020 - 2030年及以后发现和探索一系列迷人且可能适合居住的行星。
2019-03-12 astro-ph.EP
Is the Pale Blue Dot unique? Optimized photometric bands for identifying Earth-like exoplanets
下一代地面和太空望远镜将拍摄附近恒星周围的宜居行星。越来越多的文献描述了如何用光谱学来描述这类行星的特征，但很少考虑行星颜色的有用性。在这里，我们研究是否可以使用紫外可见到近红外波长宽带测光（350-1000 nm）来识别潜在的类地系外行星。具体来说，我们计算最佳的光度箱，用于识别系外地球，并将其与包括太阳系物体和模型系外行星在内的不适合居住的行星区分开来。一些假想的系外行星--特别是有着厚厚大气层的冰冷的类地行星--的颜色与地球相似，因为光谱中蓝色区域的瑞利散射。然而，地球反射光谱的细微特征似乎是独一无二的。特别是，地球的反射光谱具有“U形”，不像我们所有假设的不适合居住的行星。这种形状部分是生物成因的，因为富含氧气的氧化空气对阳光是透明的，允许突出的瑞利散射，而臭氧吸收可见光，形成“U”的底部。这种独特性是否具有实际效用取决于观测噪声。如果观测是光子限制的或由天体物理源（黄道光或不完全星光抑制）主导，那么使用宽带可见波长测光来识别地球孪生子与获得详细光谱相比几乎没有实际优势。然而，如果观察是由暗电流，然后优化测光可以大大有助于初步表征。我们还计算了确定太阳系外太古宙地球的最佳光度箱，并发现太古宙地球是更难以明确地确定比现代地球的孪生兄弟。
2016-01-29 astro-ph.EP
Vaporization of the Earth: Application to Exoplanet Atmospheres
目前，大约有36颗已知的超级地球（M < 10 MEarth），其中8颗是适合大气跟踪观测的凌日行星。一些行星在靠近其宿主恒星的轨道上暴露在极端温度下，例如，CoRot-7 b，所有这些行星的平衡温度都比地球高得多。这些行星可以通过（部分）蒸发其地壳和/或地幔硅酸盐来形成大气。我们研究了这种加热系统的化学平衡组成从500 - 4000 K和总压力从10-6到10+2巴。在很宽的温度和压力范围内，主要气体是H2O和CO2，在高温和低压下，主要气体是Na、K、O2、SiO和O。我们讨论了富含SiO2的气体（即，长英质）硅酸盐（如地球的陆壳）和富含MgO，FeO的（即，镁铁质）硅酸盐，如块状硅酸盐地球。计算结果将有助于规划类地系外行星大气的光谱研究。
2012-05-15 astro-ph.EP
