约束直接成像类地系外行星的背景 N2 总量以排除 O2 假阳性

未来天基望远镜的直接成像光谱学将约束类地行星大气成分并可能探测到生物标志气体。一个很有希望的生命指示是丰富的大气 O2。然而，各种非生物过程也可能在类太阳恒星周围潜在宜居行星的大气中导致 O2 累积。特别是，诸如 N2 之类的非冷凝背景气体的缺失可能导致显著的氢逃逸和 abiotic（非生物）O2 积累，因此识别背景大气成分对于任何 O2 探测结果的语境化至关重要。在此，我们使用 rfast（一个具备直接成像分析能力的新系外行星大气反演套件）对模拟的直接成像类地行星进行反演。通过对不同大气成分、云属性和表面压力的地球类似反演进行模拟，我们确定了约束背景气体种类和丰度所需的波长范围、光谱分辨率和信噪比（S/N）。我们发现，在波长覆盖延伸至约 1.6 $\mu$m 以外以排除 CO 主导的大气的前提下，N2 背景可通过 S/N$\sim$20 的观测唯一识别。此外，由于 O2-N2 简并，O2 主导大气的概率较低，该简并仅在 S/N$\sim$40 时完全排除。若波长覆盖限制在 0.2-1.1 $\mu$m，则尽管所有其他宇宙化学上合理的背景均可轻易排除，N2 和 CO 背景仍无法区分。总体而言，我们的模拟反演及相关的积分时间计算表明，需要至少覆盖至 1.6 $\mu$m 的近红外覆盖以及接近 8m 的孔径，才能在可行积分时间内可靠排除 O2 生物标志假阳性。