冷气态系外行星：用 Twinkle 探索新前沿

冷气态系外行星（$1.75\ R_\oplus < R_\text{p} < 3\ R_\text{J}$，$200$ K $<T_\text{eq} < 1000$~K）是一个迄今研究不足的群体，在扩展我们对行星大气和形成机制的理解方面具有巨大潜力。在本文中，我们概述了使用 Twinkle 对冷气态行星进行同质化巡天观测的基础。Twinkle 是一台直径为 0.45 米、具有 0.5-4.5~$\mu$m 同时光谱覆盖范围的空间望远镜，计划于 2025 年发射。我们发现，Twinkle 有潜力在其 3 年的主要任务期间，以 $\geq$ 5 的信噪比（SNR）表征 36 颗已知冷气态系外行星（11 颗亚海王星、11 颗海王星、14 颗木星）的大气，并能够以 $> 5\sigma$ 的显著性探测到平衡化学预测的大多数主要分子。我们发现，注入的质量-金属丰度趋势可以被很好地恢复，证明了 Twinkle 阐明这一基本关系延伸至冷区间的能力。我们还发现，对于压力 $\leq$ 10 Pa 层的云，Twinkle 将能够在所有冷气态行星中以 $3\sigma$ 或更高的显著性探测到云层，但在所有情况下对深于 $10^4$ Pa 的云都不敏感。基于这些结果，我们展示了 Twinkle 任务极大地扩展当前对冷气态行星认知的能力，从而能够为系外行星参数空间中这一鲜有涉足的区域获取关键见解和约束。