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      重大突破

      南京天光所在系外行星參數反演研究中取得進展

        系外行星的探測及研究是近些年天文學研究的熱點之一,而有效表征系外行星的大氣及地表特征更是能夠直接去回答地外是否宜居及存在生命等人類感興趣的基礎性問題。行星的直接成像光譜可反演出極其豐富的信息,包括行星大氣化學成分、云參數及行星表面特征等,將會在未來行星科學及天體生物學研究中起到至關重要的作用。 

        近期,中國科學院南京天文光學技術研究所何晉平研究員團隊與日本國立天文臺藤井由香(Yuka Fujii)博士合作,在基于直接成像光譜的行星重要參數反演方面開展了深入研究,并取得一些新進展。相關工作于524日發表在國際天文期刊The Astrophysical Journal上(https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac67e5)。 

        相較于以往研究結果,團隊在建立模型時添加了額外的云參數及波長相關的地表反照率參數,試圖去獲得更契合系外行星實際情況的更完備的模型。在模型中,主要涉及到14個參數,分別為表面大氣壓(Ps)、表面重力(g)、大氣成分3個參數(H2O/O2/O3含量)、云特性6個參數(Pb/dp/τ/ω/g0/fcld)、地表反照率3個參數(藍光反照率Ab、綠光反照率Ag、紅光反照率Ar)。由于要討論包含不同參數的各種模型的性能比對,研究中,共建立了1種基礎模型及5種參考模型,具體如表1所示。 

        表1 研究中涉及的6種模型 

         

        本研究主要討論了以下四個問題:(1)波長相關的地表反照率會對參數反演帶來什么影響?(2)未知的云散射特性怎么影響信息提???(3)怎么消除或減小云散射特性的影響?(4)有沒有一些先驗信息可以幫助獲得可信參數估計? 

         

        1 波長相關的地表反照率及云散射特性對參數反演的影響   

        1給出了基準模型(Cω,g0S3bands,包含波長相關的地表反照率參數,不包含2個云的光散射特性)、模型ICω,g0Sgray, 不包含波長相關的地表反照率參數及云的光散射特性參數)及模型IICS3bands, 同時包含波長相關的地表反照率參數及云的光散射特性參數)3種模型在9個重要參數反演中的性能差異?;诨鶞誓P团c模型I的性能比對可以看出,波長相關的地表反照率參數可以很好地幫助獲得更優的參數反演;而基準模型與模型II的比對可以發現未知的云散射特性會為參數反演引入大的誤差,這主要由于4種云參數(τ/ω/g0/fcld)之間的簡并引起。 

        為了解決云參數簡并引入的問題,模型額外引入了雙相角觀測(表1中的模型III)、額外短波光譜信息(表1中的模型IV)或云量參數fcld的寬泛限制(表1中的模型V),均能對參數反演起到積極作用,具體情況可參考論文中的圖4-6及圖9。而如果能獲得云的散射特性或云量的先驗信息,其它參數均可得到較好的限制,具體可參考論文中的表3及圖13。 

        得益于海洋、裸地及綠地在波長相關的反照率方面的差異,模型除了能反演上面給出的14個參數,還可以對行星地表類型給出一定限制。 

        研究得到國家自然科學基金面上項目(資助號:11773045, 11973009)及重點項目(資助號:11933005)資助。 

          

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