温带潮汐锁定 M 矮星行星上的生物标志各向异性建模

行星的大气成分（例如 O$_2$、O$_3$、H$_2$O$_v$、CO$_2$、CH$_4$、N$_2$O）可为其表面宜居性提供线索，并可能为远程生命探测工作提供生物标志目标。近期凌星巡天（例如开普勒任务）发现的大量岩石系外行星表明，环绕 K 型和 M 型矮星的潜在宜居系统可能具有与地球非常不同的轨道和大气特征。为评估各种生物标志和宜居性指标的物理分布与观测前景，理解它们在不同天体物理和地球物理构型下如何变化，并用包含行星气候不同子系统间反馈的模型模拟这些变化十分重要。在此，我们使用三维（3D）化学-气候模型（CCM）研究恒星光谱能量分布（SED）、恒星活动以及行星自转对类地行星和潮汐锁定行星的影响。我们的模拟表明，除恒星 SED 和紫外辐射的偏移外，光照几何与自转引发环流的变化也会影响大气生物标志的全球分布。我们发现，潮汐锁定行星上平流层昼侧与夜侧混合比差异在绝大多数典型生物标志中保持较低（$<20\%$）。然而有趣的是，次级光合生物标志（例如 C$_2$H$_6$S）显示出大得多的（${\sim}67\%$）昼夜侧差异，并指向一些 regime，其中潮汐锁定可对相曲线、凌星和二次掩食测量产生观测上可区分的效应。总体而言，本工作凸显了 3D CCM 研究类地行星大气性质与宜居性的潜力与前景。