温暖水态大气中生物标志物的可探测性

温暖岩石系外行星位于类似太阳的恒星的宜居带，是当前及未来任务的热门目标。理论表明，这些行星在形成时可能拥有水，并能维持足够长时间的宜居性，使生命得以发展。本文在 LIFE 任务计划的框架内，测试了在温暖水态大气中（假设地球生物通量）的气候-化学响应、维持及生物标志物可探测性。我们使用耦合气候-化学列模型 1D-TERRA 来模拟不同距离太阳的行星大气组成，假设地球行星参数与演化。我们逐步增加入射辐射，最多增加 50%，对应轨道从 1.00 AU 减至 0.82 AU。模拟时分别考虑是否包含现代地球的生物通量。使用 GARLIC 辐射传输模型生成所有模拟的辐射谱。随后使用 LIFEsim 为这些谱图添加噪声并模拟观测，以评估类似地球星球的生物大气与非生物大气如何被区分。随着入射辐射增加，表面水汽压从 0.01 巴 (1.13%) 上升至 0.61 巴 (34.72%)。在生物场景中，由于氢氧化物与氮氧化物的反应防止了臭氧化学耗尽的净增加，臭氧层得以存续。假设使用 2.0 米口径、分辨率为 R = 50 的 LIFEsim 合成观测显示，O3 标志物在距离小于 10 秒的系统中可可靠地指向类似地球的生物表面通量 O2。将口径增加至 3.5 米可将此范围扩展至 22.5 秒。大气温度由于 H2O 配置的差异也产生差异，这使得在 15.0 微米处的观测可可靠地识别拥有地球生物水平 CH4 表面通量的行星。