使用单点光曲线绘制的地球样外行星的表面图
Summary
该协议从系外行星的光曲线中提取信息，并构造其表面图。它使用地球的光曲线，作为代理系行星，来演示这种方法。
Abstract
从单点观测中对系外行星要素进行空间解析对于评估系外行星的潜在可居住性至关重要。该协议的最终目标是确定这些行星世界是否包含地质特征和/或气候系统。我们提出了一种从多波长单点光曲线中提取信息并检索表面贴图的方法。它使用奇异值分解 （SVD） 来分离导致光曲线变化的源，并推断部分多云气候系统的存在。通过分析从SVD获得的时间序列，可以推断出主要组件（PC）的物理归属，而无需任何光谱属性的假设。结合查看几何体，如果发现其中一台 PC 包含曲面信息，则重建曲面贴图是可行的。退化源于像素几何体的卷积，频谱信息决定了重建表面图的质量，这就要求引入正则化。为了演示该协议，分析了作为代理系行星的地球多波长光曲线。提出了结果与地面真实性的比较，以表明协议的性能和局限性。这项工作为系外行星应用的未来泛化提供了基准。
Introduction
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。
Protocol
Representative Results
Discussion
该协议的一个关键要求是从光曲线中提取表面信息的可行性，这取决于云的覆盖范围。在步骤 3.5.1 中，在系外行星之间，PC 的相对值可能不同。就地球而言，前两台PC主导光曲线变化，对应于与表面无关的云层和表面（Fan等人，2019年）13。它们具有可比较的奇异值，因此可以按照步骤 3.5.2 和 3.5.3 分隔曲面信息。对于未来对系外行星的观测，在极端情况下，无论是完全多云的还?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作部分得到加州理工学院喷气推进实验室的支持，该实验室与美国宇航局签订合同。YLY 感谢华盛顿大学虚拟行星实验室的支持。
Materials
| Python 3.7 with anaconda and healpy packages | Other programming environments (e.g., IDL or MATLAB) also work. |
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