比邻星 b 的宜居性 II：可能的气候与可观测性

径向速度监测发现了位于比邻星宜居带 (HZ) 内一颗 $M \sin i = 1.3$~M$_\oplus$ 行星的信号 \citep{Anglada16}。尽管经历过更热的过去且宿主恒星活动活跃，比邻星 b 仍可能保留了足够的挥发分以维持表面宜居性 \citep{Ribas2016}。在此，我们利用三维全球气候模型 (GCM) 模拟比邻星 b 的大气和水循环，针对其两种可能的自转模式（1:1 和 3:2 自转 - 轨道共振），同时变化未受约束的表面水储量和大气温室效应。我们发现，广泛的大气成分组合均允许表面液态水存在。对于拥有充足表面水储量的潮汐锁定行星，液态水始终存在，至少存在于星下点区域。对于非同步自转，这需要最小的温室增温（$\sim$10~mbar 的 CO$_2$ 和 1~bar 的 N$_2$）。如果行星较为干燥，$\sim$0.5~bar/1.5~bars 的 CO$_2$（分别对应非同步/同步自转）足以防止任意少量的水储量被捕获到极地/背阳面冰盖中。我们为模拟的气候生成了反射/发射光谱和相位曲线。我们发现，利用即将建成的大型望远镜进行直接成像可以实现大气特征描述。在 1~$\mu$m 处 $7 \lambda/D$ 的角分离度（使用 E-ELT）和 $\sim$10$^{-7}$ 的对比度将使得高分辨率光谱学以及寻找分子特征（包括 H$_2$O、O$_2$ 和 CO$_2$）成为可能。得益于在 10~$\mu$m 处 $2\times10^{-5}$ 的对比度，可以尝试利用 JWST 观测热相位曲线。比邻星 b 也将是未来红外干涉仪的绝佳目标。在十年内，我们将有可能对比邻星 b 进行成像，并可能确定这颗系外行星的表面是否宜居。