利用 JWST 对火星的独特光谱与成像观测

本文中，我们总结了詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）用于对火星进行观测的主要能力。JWST 位于日地拉格朗日点（L2）的独特观测位置将允许对完整可观测盘进行采样，从而以优异的空间分辨率（在 2 {\mu}m 处为 0.07 角秒）研究短期现象、日过程（沿东西轴）以及半球间的纬度过程（包括季节效应）。光谱观测可在 0.7-5 {\mu}m 光谱区用 NIRSpec 以最高分辨率 2700 实现，在 1-1.25 {\mu}m 范围内分辨率达 8000。成像可利用 NIRCam 在 4.3 {\mu}m 以及两个近 2 {\mu}m 的窄带滤光片实现，而夜侧可利用 0.5 至 2 {\mu}m 间的若干滤光片观测。如此强大的仪器组合将是火星探测与表征的重要资产。一些科学案例包括：绘制水 D/H 比图、通过表征 4.3 {\mu}m 处的非局部热动平衡 CO$_2$ 发射研究火星中间层、通过观测 1.27 {\mu}m 处的 O$_2$ 夜辉研究化学传输、高节奏绘制多变的尘埃和水冰云图、以及敏感搜寻火星表面的痕量物种和水合特征。仪器的在轨表征可能带来额外的科学机会。