确定系外行星表面和云层的反射光谱

计划中的任务将在空间上分辨温带类地行星与其宿主恒星。虽然来自此类行星的反射光编码了其表面的信息，但尚未阐明如何在不预先假设已知表面的情况下建立行星的表面特征。我们展示了作为 EPOXI 机会任务一部分，由 Deep Impact 航天器获取的地球盘面积分、时间分辨、多波段测光数据的重新分析结果。我们在无需预先知晓这些表面的数量或颜色的情况下，提取了云、海洋和陆地的反射光谱。我们表明，从此类数据中提取表面光谱的反演问题是遥感中一个经过充分研究的问题——光谱解混——的一个新颖且极端的实例。主成分分析用于确定解释数据所需的适当模型表面数量。将单纯形收缩包裹至行星的颜色变化范围，可得到行星端元光谱的保守估计。然而，由此产生的表面图是非物理的，需要在某些位置具有负值或大于 1 的表面覆盖率。我们的“旋转解混”方法在漫反射和已知观测几何的假设下，通过同时求解表面光谱及其在行星上的地理分布，取代了端元分析。我们使用马尔可夫链蒙特卡洛 (Markov Chain Monte Carlo) 方法确定最佳拟合参数及其不确定度。所得的反照率光谱类似于透过瑞利散射大气层看到的云、海洋和陆地。本研究表明，未来的直接成像工作可以识别并绘制系外行星上未知的表面和云层。