Tek NoktaLı Işık Eğrileri kullanarak Dünya benzeri dış gezegenlerin yüzey haritalaması
Summary
Protokol, dış gezegenlerin ışık eğrilerinden bilgi alır ve yüzey haritalarını inşa eder. Bu yaklaşım göstermek için, bir proxy ötegezegen olarak hizmet veren Dünya’nın ışık eğrileri kullanır.
Abstract
Dış gezegenlerin potansiyel yaşanabilirliğini değerlendirmek için tek noktalı gözlemlerden ötegezegen özelliklerini uzamsal olarak çözmek esastır. Bu protokolün nihai amacı, bu gezegen dünyalarının jeolojik özellikler ve/veya iklim sistemlerine sahip olup olmadığını belirlemektir. Çok dalga boyunlu tek noktalı ışık eğrilerinden bilgi çıkarma ve yüzey haritaları alma yöntemi salıyoruz. Işık eğrisi varyasyonlarına katkıda bulunan ve kısmen bulutlu iklim sistemlerinin varlığını ortaya çıkaran kaynakları ayırmak için tekil değer ayrıştırma (SVD) kullanır. SVD’den elde edilen zaman serilerinin analizi sayesinde, ana bileşenlerin (PK’lar) fiziksel atıfları herhangi bir spektral özellik varsayımı olmadan çıkarılabilir. Görüntüleme geometrisi ile birleştirerek, bir mm yüzey bilgileri içerdiği tespit edilirse yüzey haritaları yeniden oluşturmak mümkündür. Piksel geometrisi ve spektrum bilgilerinin kıvrımlaşmasından kaynaklanan degeneracy, yeniden inşa edilmiş yüzey haritalarının kalitesini belirler ve bu da düzenlileştirmenin başlatılmasını gerektirir. Protokolü göstermek amacıyla, vekil bir ötegezegen olarak hizmet veren Dünya’nın çok dalga boyundaki ışık eğrileri analiz edilir. Protokolperformansı ve sınırlamagöstermek için sonuçlar ve zemin gerçeği arasında karşılaştırma sunulur. Bu çalışma, dış gezegen uygulamalarının gelecekteki genellemesi için bir ölçüt sağlar.
Introduction
Yaşanabilir dünyaların belirlenmesi astrobiyoloji1’innihai hedeflerinden biridir. İlktespit2’den bu yana, 4000’den fazla ötegezegen3 bugüne kadar dünya analogları bir dizi (örneğin, TRAPPIST-1e)4ile teyit edilmiştir. Bu gezegenlerin yörünge selve gezegensel özellikleri Dünya’nınkine benzerdir ve bu nedenle yaşanabilirdirler. Bu bağlamda, yaşanabilirliklerinin sınırlı gözlemlerle değerlendirilmesi esastır. Jeolojik ve iklim sistemleri, Dünya’daki yaşam bilgisine dayanarak yaşanabilirlik açısından kritik öneme sahiptir ve bu nedenle biyoimza görevi görebilir. Prensip olarak, bir gezegen mekansal olarak tek bir noktadan daha iyi çözülemese bile bu sistemlerin özellikleri uzaktan gözlemlenebilir. Bu durumda, dış gezegenlerin yaşanabilirliğini değerlendirirken jeolojik özelliklerin ve iklim sistemlerinin tek noktalı ışık eğrilerinden belirlenmesi esastır. Bu dış gezegenlerin yüzey haritalaması acil hale geliyor.
Görüntüleme geometrisi ile spektral özellikler arasındaki kıvrıma rağmen, bir dış gezegenin yüzeyinin bilgileri, uzaktan elde edilebilen ve yeterli gözlemlerle elde edilebilen, zaman içinde çözülmüş tek noktalı ışık eğrilerinde bulunur. Ancak, potansiyel olarak yaşanabilir Dünya benzeri dış gezegenlerin iki boyutlu (2D) yüzey haritalaması bulutların etkisi nedeniyle zordur. 2B haritaları alma yöntemleri simüle ışık eğrileri ve bilinen spektrumlar5,6,7,8kullanılarak geliştirilmiş ve test edilmiştir, ancak gerçek gözlemlere uygulanmamıştır. Dahası, şimdi ve yakın gelecekte dış gezegen gözlemlerinin analizlerinde, gezegen yüzey imallerinin iyi sınırlandırılmaması durumunda karakteristik spektrumvarsayımları tartışmalı olabilir.
Bu yazıda, Dünya benzeri ötegezegenler için bir yüzey haritalama tekniği gösteriyoruz. SVD’yi, belirli bir spektrum varsayımı olmadan çok dalga boyunlu ışık eğrilerinde bulunan farklı kaynaklardan gelen bilgileri değerlendirmek ve ayırmak için kullanırız. Görüntüleme geometrisi ile birlikte, zamanında çözülmüş ancak mekansal olarak karmaşık yüzey bilgilerini kullanarak yüzey haritalarının yeniden yapılandırılmayı sıyoruz. Bu yöntemi göstermek amacıyla, Derin Uzay İklim Gözlemevi/Dünya Polikromatik Görüntüleme Kamerası (DSCOVR/EPIC; www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html) tarafından elde edilen iki yıllık çok dalga boyu tek noktalı dünya gözlemleri analiz edilmektedir. Bu yöntemi değerlendirmek için Dünya’yı vekil ötegezegen olarak kullanıyoruz çünkü şu anda mevcut ötegezegenlerin gözlemleri yeterli değil. Biz örnek olarak kağıt ile kod eklemek. Anakonda ve healpy paketleri ile python 3.7 altında geliştirilmiştir, ancak protokolün matematiği diğer programlama ortamlarında da (örneğin, IDL veya MATLAB) yapılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokolün kritik gereksinimlerinden biri, bulut kapsama alanına bağlı olan ışık eğrilerinden yüzey bilgilerinin ayıklanmasının fizibilitesidir. Adım 3.5.1’de, dc’lerin göreli değerleri dış gezegenler arasında farklı olabilir. Dünya söz konusu olduğunda, ilk iki cd ışık eğrisi varyasyonlarına hakimdir ve yüzeyden bağımsız bulutlara ve yüzeye karşılık gelir (Fan ve ark. 2019)13. Yüzey bilgilerinin 3.5.2 ve 3.5.3 adımlarını izleyerek ayrılabilmesi için karş?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen Jet İtki Laboratuvarı, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, NASA ile sözleşme altında desteklenmiştir. YLY, Washington Üniversitesi’ndeki Sanal Gezegen Laboratuvarı’nın desteğini kabul etti.
Materials
| Python 3.7 with anaconda and healpy packages | Other programming environments (e.g., IDL or MATLAB) also work. |
References
- Schwieterman, E. W., et al. Exoplanet Biosignatures: A Review of Remotely Detectable Signs of Life. Astrobiology. 18 (6), 663-708 (2018).
- Campbell, B., Walker, G. A. H., Yang, S. A Search for Substellar Companions to Solar-type Stars. The Astrophysical Journal. 331, 902 (1988).
- NASA. . NASA Exoplanet Archive (2019) Confirmed Planets Table. , (2019).
- Gillon, M., et al. Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature. 542 (7642), 456-460 (2017).
- Kawahara, H., Fujii, Y. Global Mapping of Earth-like Exoplanets from Scattered Light Curves. The Astrophysical Journal. 720 (2), 1333 (2010).
- Fujii, Y., Kawahara, H. Mapping Earth Analogs from Photometric Variability: Spin-Orbit Tomography for Planets in Inclined Orbits. The Astrophysical Journal. 755 (2), 101 (2012).
- Cowan, N. B., Fujii, Y. Mapping Exoplanets. Handbook of Exoplanets. , (2018).
- Farr, B., Farr, W. M., Cowan, N. B., Haggard, H. M., Robinson, T. exocartographer: A Bayesian Framework for Mapping Exoplanets in Reflected Light. The Astronomical Journal. 156 (4), 146 (2018).
- Lomb, N. R. Least-Squares Frequency Analysis of Unequally Spaced Data. Astrophysics and Space Science. 39 (2), 447 (1976).
- Scargle, J. D. Studies in astronomical time series analysis. II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly spaced data. The Astrophysical Journal. 263, 835 (1982).
- Górski, K. M., et al. HEALPix: A Framework for High-Resolution Discretization and Fast Analysis of Data Distributed on the Sphere. The Astrophysical Journal. 622 (2), 759 (2005).
- Jiang, J. H., et al. Using Deep Space Climate Observatory Measurements to Study the Earth as an Exoplanet. The Astronomical Journal. 156 (1), 26 (2018).
- Fan, S., et al. Earth as an Exoplanet: A Two-dimensional Alien Map. The Astrophysical Journal Letters. 882 (1), 1 (2019).
- Cowan, N. B., Strait, T. E. Determining Reflectance Spectra of Surfaces and Clouds on Exoplanets. The Astrophysical Journal Letters. 765 (1), 17 (2013).
- Fujii, Y., Lustig-Yaeger, J., Cowan, N. B. Rotational Spectral Unmixing of Exoplanets: Degeneracies between Surface Colors and Geography. The Astronomical Journal. 154 (5), 189 (2017).
- Kawahara, H., Fujii, Y. Mapping Clouds and Terrain of Earth-like Planets from Photomertic Variability: Demonstration with Planets in Face-on Orbits. The Astrophysical Journal Letters. 739 (2), 62 (2011).
- Kawahara, H. Frequency Modulation of Directly Imaged Exoplanets: Geometric Effect as a Probe of Planetary Obliquity. The Astrophysical Journal. 822 (2), 112 (2016).
- Schwartz, J. C., Sekowski, C., Haggard, H. M., Pall ́e, E., Cowan, N. B. Inferring planetary obliquity using rotational and orbital photometry. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 457 (1), 926-938 (2016).
