利用1.5米日冕空间望远镜对冷系外行星进行大气表征

研究背景。高对比度成像目前是研究长周期轨道系外行星热力学和成分特性的唯一可用技术。SPICES项目是一个日冕空间望远镜，致力于在可见光波段对气态和冰质巨行星以及超级地球进行光谱偏振分析。迄今为止，高对比度成像仪器的研究主要集中在技术可行性上，因为在短角距（约200毫角秒）处成像冷系外行星需要达到10⁻⁸-10⁻¹⁰这一极具挑战性的行星/恒星通量比。然而，对行星大气/表面特性的分析在很大程度上仍未得到探索。研究目标。本文旨在确定SPICES或等效的直接成像任务能够测量哪些行星特性，同时考虑实际的行星反射光谱和仪器限制。研究方法。我们利用SPICES仪器概念的数值模拟和理论行星光谱来开展这项性能研究。研究结果。我们发现，主要行星特性（分子识别、金属丰度效应、云层存在与否以及表面类型）的表征需要至少30的中值信噪比。对于一颗距离≤10秒差距的太阳型恒星，SPICES将能够分别研究距离恒星约5 AU和约2 AU以内的木星和海王星。它还将分析距离恒星1 AU处、半径为2.5地球半径的超级地球的云层和表面覆盖情况。最后，我们针对若干恒星类型，确定了在行星角距、半径和距离方面的潜在目标。对于一颗太阳类似物，我们证明SPICES可以表征距离10秒差距以内、约2 AU处、小至0.5木星半径的木星（质量≥30地球质量），以及距离4-5秒差距内少数恒星周围1-2 AU处的超级地球。SPICES还有可能对半人马座α星A和B周围一颗假想的地球大小行星进行分析。