利用透射和反射光光谱反演系外行星的大气与推断表面性质

未来的天体物理学任务将通过透射和直接成像观测寻找地外生命。为了评估宜居性和生物特征，我们需要稳健的反演工具来分析观测光谱，并推断表面和大气性质及其不确定性。我们使用一种新颖的反演工具，基于Origins空间望远镜（Origins）和LUVOIR任务概念，通过模拟透射和直接成像光谱来评估表征近表面宜居性和生物特征的准确性。我们评估了通过透射光谱区分类地球和假阳性O$_3$ TRAPPIST-1 e的能力。在反射光中，我们评估了反演结果对未建模云消光的稳健性。我们发现，由于对表面温度和近表面H$_2$O丰度相对不敏感，使用透射光谱评估宜居性可能具有挑战性。尽管如此，我们的数量级H$_2$O约束可以区分极度干燥的世界。直接成像对表面温度不敏感，并受半径/反照率简并的影响，但该方法对表面水丰度高度敏感，即使存在部分云也能达到0.1%以内的反演精度。关于生物特征，Origins类透射观测（$t=40$小时）可能探测M矮星行星上的CO$_2$/CH$_4$对，并利用H$_2$O和丰富的CO区分生物和假阳性O$_3$。相比之下，LUVOIR-A的直接成像观测（$t=10$小时）更适合约束O$_2$和O$_3$，并可能对波长依赖的水云特征敏感，但将难以探测现代地球丰度的甲烷。对于直接成像，我们通过拟合Hartley带的近紫外翼微弱地探测到平流层臭氧隆起。