Ab initio 量子动力学作为解决系外行星色度挑战的可扩展解决方案：CO$_2$ 在氢大气中的案例研究

光-物质相互作用是我们探索系外行星大气的核心。通过遥控探测获取的数据解释依赖于致力于深化理解此类相互作用（即色度模型）的细致、耗时且资源密集型的工作。最近，Niraula 等人 2022 年指出，由于主要局限于我们对拓宽和远翼行为的建模，色度模型需要在 JWST 时代更新，以适应系外行星探索，因此主张一种可扩展的方法。在本概念验证研究中，我们引入了从 \textsl{ab initio} 计算到压力拓宽的端到端解决方案，并使用扰动框架识别约 $10\%$ 精度的需求。我们聚焦于 CO$_2$-H$_2$ 系统，因为 CO$_2$ 是系外行星研究中的关键吸收特征（主要存在于许多气体巨星中），其在约 $4.3$ $\mu$m 处的压力拓宽参数在解释此类观测时仍较稀缺。在计算 {ortho-}H$_2$ 与 CO$_2$ 在基态下的弹性和非弹性横截面时，我们采用耦合通道完全收敛的水平。对于能量大于约 $20$ cm$^{-1}$ 的散射，中等精度的分子间势与高精度势在横截面上几乎无差别。我们的计算在 $7\%$ 的容差内与当前可用测量值一致，即远超精度要求。