面具背后：HARMONI@ELT 能否在 Proxima b 的反射光中探测到生物标志物？

Proxima b 是位于最近恒星系统宜居带内的一颗岩石系外行星，也是寻找地外生命的关键测试案例。在此，我们使用 $39$ 米极大望远镜上的第一代积分场光谱仪 HARMONI，结合高分辨率光谱（HRS）和高对比度成像，通过分子图谱技术研究了在反射光下对 Proxima b 周围潜在类地大气的表征。我们使用 HARMONI 的高对比度自适应光学模式，模拟了 Proxima b 在假定 $45^{\circ}$ 倾角下的综合观测，其空间分辨率为 $\sim 8$mas（$3.88$mas/spaxel），光谱分辨力 $R\simeq17,000$，波段介于 $1.538$--$1.678 \mu m$ 之间，包含水、二氧化碳和甲烷的光谱特征。观测中包含了地球大气吸收、恒星特征和额外噪声源，并使用成熟的分子图谱技术将其去除。我们发现 HARMONI 当前的焦平面掩模（FPM）太大，遮挡了 Proxima b 的轨道，因此我们探索了更小且偏置的 FPM 以实现探测。经过此类修改，可实现对 Proxima b 反射光信噪比为 $\rm{S/N}=5$ 的探测，适用于大气表征，这至少需要 $20$ 小时，但理想情况下至少需要 $30$ 小时的积分时间。我们强调，此类探测不随光子噪声成比例变化，因此需要对未来 ELT 仪器进行适当详细的模拟，以充分了解其执行系外行星大气 HRS 观测的能力。现阶段对 HARMONI FPM 设计的更改是可行的，但必须在其他科学目标的背景下加以考虑。