利用碰撞对探测并约束行星大气中的 N$_2$ 丰度
地球与行星天体物理
2015-08-31 v1
摘要
表征类地行星的主体大气对于确定表面压力和潜在宜居性十分重要。分子氮（N）构成了地球大气的最大组分，并可能是许多类地系外行星大气的主要成份。由于其缺乏显著的吸收特征，N 极难远程探测。然而，N 会产生一个 N-N 碰撞对，(N)，该碰撞对具有光谱活性。本文报道了在地球盘积分光谱中对 (N) 的探测。通过将 NASA 的 EPOXI 任务的光谱与 NASA 天体生物学研究所的虚拟行星实验室三维光谱地球模型的合成光谱进行比较，我们发现 (N) 吸收在 4.15 m 处导致流量降低约 35%。量化 N 可提供一种确定类地系外行星主体大气成分的手段，并能够排除非生物 O 生成的可能性，后者在稀薄大气中可能出现。为探索 (N) 在系外行星光谱中的潜在影响，我们使用辐射传输模型生成了自洽的 N-CO-HO 大气以及解析的 N-H 和 N-H-CO 大气的合成发射和凌星透射光谱。我们表明，在 4.3 m CO 带翼处的 (N) 吸收强烈依赖于高于 0.5 bar 的 N 分压，并能在浓密的 N 大气中显著加宽该带。对于一颗具有 N 主导大气、在 M5V 恒星宜居带（HZ）内运行的地球大小行星，(N) 的凌星透射信号可达 10 ppm，而对于具有显著 H 混合比的行星该信号可能更大。
引用
@article{arxiv.1507.07945,
title = {Detecting and Constraining N$_2$ Abundances in Planetary Atmospheres Using Collisional Pairs},
author = {Edward W. Schwieterman and Tyler D. Robinson and Victoria S. Meadows and Amit Misra and Shawn Domagal-Goldman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1507.07945},
year = {2015}
}
备注
Accepted for publication in The Astrophysical Journal. 46 pages, 12 figures, 3 tables