反射与偏振光下的行星地球 I. 真实地表-大气系统的三维辐射传输模拟

未来的望远镜将在反射光下表征岩石系外行星，揭示其反照率，该反照率取决于地表、云层和大气属性。识别这些特征对于评估宜居性至关重要。我们展示了一个未分辨的类地系外行星在反射光和偏振光下的参考光谱与相变曲线，说明了随相位和波长变化的反射率如何揭示关键的行星属性。使用三维辐射传输代码 MYSTIC，我们利用经过验证的、随波长变化的地球季节性和光谱特征反照率图增强了地表和云层建模，并结合 ERA5 再分析数据对次网格云变率进行了新颖的处理。我们的模型结合了高分辨率三维云结构，表明次网格云变率会降低总反射率并增加相变曲线的变率，尤其是在海洋耀斑占主导地位的大相角处。我们还发现，忽略随波长变化的反照率图会高估光谱中的植被红边。通过将海洋行星与具有季节性云变率的类地行星进行比较，我们表明在区分这两种情况时，偏振比仅使用强度更敏感。此外，偏振能捕获更丰富的地表细节，使其成为解决反演简并的关键工具。我们的模拟可作为将地球视为系外行星进行观测的参考，并为未来针对小型岩石系外行星的望远镜优化观测策略和反演框架提供基准。