基于地面高分辨率近红外光谱的系外行星大气遥感

得益于现代仪器的进步，我们已了解到许多跨越广泛质量和成分范围的系外行星。研究它们的大气有助于深入了解行星起源、演化、动力学和宜居性。当前和未来的观测设施将通过更精确的观测、高分辨率光谱和改进的分析方法，极为详细地探讨这些重要课题。我们研究了从预期的近红外系外行星光谱中反演垂直温度分布和分子数密度的可行性。我们以 CRIRES+ 仪器（位于甚大望远镜，将在 1 至 5 微米近红外波段工作，分辨力为 R=100000 和 R=50000）为测试用例。我们还确定了用于提高反演精度的最佳波长覆盖和观测策略。我们使用最优估计方法从热木星 HD~189733b 的模拟发射观测中反演大气参数。辐射转移正演模型使用 tauREx 软件包的公开版本计算。我们的模拟表明，根据所选光谱区域，我们可以在 1 bar 至 $10^{-6}$ bar 的极宽大气压力范围内反演准确的温度分布。反演分子混合比非常具有挑战性，但在约 1.6 微米和 2.3 微米两个独立红外区域的同时观测有助于获得准确估计；系外行星光谱必须具有相对较高的信噪比 S/N>10，而温度在我们在本研究中考虑的最低值（S/N=5）时即可准确导出。