使用单点光曲线绘制的地球样外行星的表面图

确定宜居世界是天体生物学1的最终目标之^一。自第一^次探测2以来，4000多颗系外行星已被^{确认为3号行星，其中有许多}地球类比（例如，TRAPPIST-1e）4。这些行星的轨道和行星性质与地球相似，因此具有潜在的可居住性。在这种情况下，从有限的观察中评估它们的可居住性至关重要。基于对地球生命知识的了解，地质和气候系统对可居住性至关重要，因此，可居住性可以作为生物特征。原则上，即使一个行星在空间上不能比单个点更好地解析，也可以从远处观测到这些系统的特征。在这种情况下，在评估系外行星的可居住性时，从单点光曲线确定地质特征和气候系统至关重要。这些系外行星的表面测绘变得紧迫。

尽管查看几何体和光谱要素之间有卷积，但系外行星表面的信息仍包含在其时间解析的单点光曲线中，该曲线可从远处获取，并获得足够的观测结果。然而，由于云层的影响，可能适合地球的系外行星的二维（2D）表面测绘具有挑战性。检索二D地图的方法已经开发和测试使用模拟光曲线和已知的光谱5，6，7，8，但这些方法尚未应用于实际观测。此外，在分析现在和近期的系外行星观测时，当行星表面成分没有受到良好约束时，特征光谱的假设可能会引起争议。

本文演示了一种地球外行星的表面测绘技术。我们使用 SVD 来评估和分离来自多波长光曲线中包含的不同来源的信息，而无需对任何特定光谱进行假设。结合查看几何，我们使用及时解析但空间复杂的表面信息来呈现曲面图的重建。为了演示这种方法，分析了深空气候观测站/地球多色成像相机（DSCOVR/EPIC;www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html）获得的两年多波长单点地球观测结果。我们使用地球作为代理系系外行星来评估这种方法，因为目前对系外行星的观测是不够的。我们以纸张附加代码为例。它是在 python 3.7 下开发的，具有 anaconda 和 healpy 封装，但协议的数学也可以在其他编程环境（例如 IDL 或 MATLAB）中完成。