测氧仪：一种表征系外行星大气的新仪器概念

随着 TESS 和地基巡天在较冷邻近恒星周围搜寻岩质系外行星，适合进行大气后续研究的地球尺寸系外行星数量将显著增加。在大气表征方面，詹姆斯·韦伯空间望远镜将只能瞄准最有趣系统的一小部分，而地基观测台的效用仍将受限于与地球大气相关的一系列效应。在此，我们探索一种基于同步、差分、超窄带测光的地基系外行星大气表征新方法。该仪器使用窄带干涉滤光片和一个光学设计，能够在相距 1 nm 的两个 0.3 nm 宽波段上同时观测。我们考虑了该仪器在以下情形中的能力：一个波段位于无氧连续谱区中心，而另一波段与系外行星透射光谱中 760 nm 的氧带头重叠，这在具有大负视线速度的系统可从地球观测到。我们发现，满足此径向速度要求的 M9 和 M4 型矮星将是最容易的目标，但必须邻近（<8 pc）且需要最大的即将建成的极大望远镜。测氧仪仪器设计简单且通用，可改造以研究广泛的大气物种。我们通过建造一台测氧仪原型来展示这一点，并给出其设计及在实验室中对 50 ppm 模拟凌星信号的探测。我们还给出了原型测氧仪的上天测试结果，展示了紧凑仪器设计的易用性。