利用JWST表征凌星系外行星大气

我们探索詹姆斯·韦伯空间望远镜 (JWST) 光谱可能约束凌星系外行星整体大气性质的程度。我们首先建模具有清晰、有云或高平均分子量大气的典型热木星、温海王星、温亚海王星和冷超级地球行星的大气。接下来，我们为这些系统在若干JWST仪器模式下单次凌星和掩食事件模拟 $\lambda = 1 - 11$ $\mu$m 透射和发射光谱。然后我们进行反演以确定温度和分子混合比 (CH$_4$、CO、CO$_2$、H$_2$O、NH$_3$) 能被约束得多好。我们发现 $\lambda = 1 - 2.5$ $\mu$m 透射光谱常能很好约束清晰太阳组成大气的主要分子成分。有云或高平均分子量大气常需要完整的 $1 - 11$ $\mu$m 光谱才能获得良好约束，且在 $F_p$ 和 $F_p/F_*$ 足够高的情况下发射数据可能更有用。太阳组成热木星大气中的强温度反转应可用 $1 - 2.5+$ $\mu$m 发射光谱探测，而 $1 - 5+$ $\mu$m 发射光谱将约束温行星的温度-压力剖面。$1 - 5+$ $\mu$m 透射光谱对所研究热和温行星清晰大气的 [Fe/H] 值约束优于 0.5 dex。某些系统中的碳氧比可约束在 2 倍以内。我们期望这些结果在 JWST 在轨性能已知之前，为其单事件光谱的科学价值提供有用预测。