表征富水超级地球的最佳观测策略

超级地球的探测与大气表征是系外行星科学的主要前沿领域之一。目前，人们正大力致力于探测超级地球大气中的分子，特别是 H2O。在本工作中，我们开发了一套系统的策略，以识别和观测潜在的富 H2O 超级地球，从而利用现有仪器为其大气表征提供最佳前景。首先，我们提供了分析指南，并讨论了在规划和解释超级地球半径及光谱观测时需要考虑的因素。我们探讨了不同光谱通带下的观测如何约束超级地球的不同大气属性，包括行星表面的半径和温度，以及大气的平均分子量、化学成分和热廓线。特别地，我们提醒注意，在某些通带中测量的半径可能会导致对内部成分解释的偏差。其次，我们研究了利用 HST WFC3 光谱仪探测富 H2O 超级地球大气的可行性，将其作为行星属性和恒星亮度的函数进行分析。我们发现，围绕明亮恒星运行的高辐照超级地球（如 55 Cancri e）比围绕较低质量恒星运行的较冷行星（如 GJ 1214b）更适合作为大气表征的候选体。除了作为透射光谱和发射光谱的更好候选体外，较热的行星提供无云大气的可能性更高，这极大地有助于光谱的观测和解释。最后，我们利用现有的数据和内部及大气模型，呈现了两个超级地球 GJ 1214b 和 55 Cancri e 的案例研究。