단일 점 라이트 커브를 사용하여 지구와 같은 외계 행성의 표면 매핑
Summary
이 프로토콜은 외계 행성의 빛 곡선에서 정보를 추출하고 표면 지도를 구성합니다. 그것은 프록시 외계 행성 역할을 지구의 빛 곡선을 사용하여 접근 방식을 보여줍니다.
Abstract
외계 행성의 잠재적 거주가능성을 평가하는 데 필수적인 외계 행성의 특징을 단일 점 관측에서 공간적으로 해결하는 것은 필수적입니다. 이 프로토콜의 궁극적인 목표는 이 행성 세계가 지질학적 특징 및/또는 기후 시스템을 수용하는지 여부를 결정하는 것입니다. 다중 파장 단일 점 라이트 커브에서 정보를 추출하고 표면 맵을 검색하는 방법을 제시합니다. 단수 값 분해(SVD)를 사용하여 광 곡선 변화에 기여하고 부분적으로 흐린 기후 시스템의 존재를 추론하는 소스를 분리합니다. SVD에서 얻은 서전분석을 통해 주 성분(PC)의 물리적 인귀속은 스펙트럼 특성에 대한 가정 없이 유추될 수 있습니다. 보기 형상과 결합하면 PC 중 하나가 표면 정보를 포함하는 것으로 밝혀지면 표면 맵을 재구성할 수 있습니다. 픽셀 형상 및 스펙트럼 정보의 컨볼루션에서 비롯된 퇴진은 정규화의 도입이 필요한 재구성된 표면 맵의 품질을 결정합니다. 프로토콜을 시연하기 위해, 대리 외계 행성 역할을 하는 지구의 다파장 광 곡선을 분석한다. 결과와 지상 진실 간의 비교는 프로토콜의 성능과 한계를 나타내기 위해 제시됩니다. 이 작품은 외계 행성 응용 프로그램의 미래 일반화를위한 벤치 마크를 제공합니다.
Introduction
거주 가능한 세계를 식별하는 것은 천체 생물학1의궁극적 인 목표 중 하나입니다. 첫 번째 검출2이후, 4000개 이상의 외계 행성이 현재까지 확인되었으며, 지구 유사체(예: TRAPPIST-1e)4와함께3개 행성이 확인되었다. 이 행성들은 지구와 유사한 궤도 및 행성 성질을 가지고 있으며, 따라서 잠재적으로 거주할 수 있다. 제한된 관찰에서 거주성을 평가하는 것은 이 맥락에서 필수적입니다. 지구상의 생명에 대한 지식을 바탕으로 지질학적 및 기후 시스템은 거주성에 매우 중요하며, 따라서 생체 서명역할을 할 수 있습니다. 원칙적으로, 행성이 하나의 지점보다 더 잘 해결될 수 없을 때에도 이러한 시스템의 특징을 멀리서 관찰할 수 있다. 이 경우 외계 행성의 거주성을 평가할 때 단일 점 광 곡선에서 지질 학적 특징과 기후 시스템을 식별하는 것이 필수적입니다. 이 외계 행성의 표면 매핑이 시급해진다.
지오메트리와 스펙트럼 피처 사이의 컨볼루션에도 불구하고, 외계 행성의 표면의 정보는 거리에서 얻을 수 있는 시간 해결된 단일 점 광 곡선에 포함되어 있으며 충분한 관측으로 도출됩니다. 그러나, 잠재적으로 거주 가능한 지구와 같은 외계 행성의 2차원 (2D) 표면 매핑은 구름의 영향으로 인해 도전적이다. 2D 맵을 검색하는 방법은 시뮬레이션된 라이트 커브와 알려진 스펙트럼5,6,7,8을사용하여 개발 및 테스트되었지만 실제 관측에는 적용되지 않았습니다. 더욱이, 현재와 가까운 장래에 외계 행성 관측의 분석에서, 행성 표면 조성이 잘 제한되지 않을 때 특성 스펙트럼의 가정은 논란이 될 수 있습니다.
이 논문에서는 지구와 같은 외계 행성에 대한 표면 매핑 기술을 시연합니다. SVD를 사용하여 특정 스펙트럼의 가정 없이 다파장 광 곡선에 포함된 다른 소스에서 정보를 평가하고 분리합니다. 보기 지오메트리와 결합하여 적시에 해결되었지만 공간적으로 복잡한 표면 정보를 사용하여 표면 맵의 재구성을 제공합니다. 이 방법을 시연하기 위해 심층 우주 기후 천문대/지구 다색 이미징 카메라(DSCOVR/EPIC; www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html)가 획득한 지구의 2년 다중 파장 단일 점 관측을 분석합니다. 현재 외계 행성의 관측이 충분하지 않기 때문에 우리는 지구를 프록시 외계 행성으로 사용하여 이 방법을 평가합니다. 예를 들어 종이와 코드를 첨부합니다. 그것은 아나콘다 및 healpy 패키지와 파이썬 3.7에서 개발, 하지만 프로토콜의 수학은 다른 프로그래밍 환경에서 수행 할 수 있습니다 (예를 들어, IDL 또는 MATLAB).
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜의 중요한 요구 사항 중 하나는 구름 커버리지에 따라 달라지는 라이트 커브에서 표면 정보를 추출할 수 있는 타당성입니다. 3.5.1 단계에서 PC의 상대값은 외계 행성마다 다를 수 있다. 지구의 경우, 처음 두 개의 PC가 광 곡선 변화를 지배하고, 표면 독립적 인 구름과 표면 (Fan et al. 2019)13에대응한다. 3.5.2 및 3.5.3 단계에 따라 표면 정보를 분리할 수 있도록 유사한 단수 값?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 부분적으로 제트 추진 연구소에 의해 지원되었다, 캘리포니아 공과 대학, NASA와 계약에 따라. YLY는 워싱턴 대학의 가상 행성 연구소의 지원을 인정합니다.
Materials
| Python 3.7 with anaconda and healpy packages | Other programming environments (e.g., IDL or MATLAB) also work. |
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