단일 점 라이트 커브를 사용하여 지구와 같은 외계 행성의 표면 매핑

요약

이 프로토콜은 외계 행성의 빛 곡선에서 정보를 추출하고 표면 지도를 구성합니다. 그것은 프록시 외계 행성 역할을 지구의 빛 곡선을 사용하여 접근 방식을 보여줍니다.

초록

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.

서론

거주 가능한 세계를 식별하는 것은 천체 생물학^1의궁극적 인 목표 중 하나입니다. 첫 번째 검출²이후, 4000개 이상의 외계 행성이 현재까지 확인되었으며, 지구 유사체(예: TRAPPIST-1e)^4와함께^3개 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. ....

프로토콜

1. 프로그래밍 설정

1. 연결된 코드에 대한 프로그래밍 환경을 설정합니다. Windows에서는 healpy 패키지를 사용할 수 없습니다. 코드는 계산 비용이 많이 들지 않으므로 일반 개인용 컴퓨터가 프로토콜을 처리할 수 있습니다.
2. 지시(https://docs.anaconda.com/anaconda/install/linux/)를 따라 파이썬 3.7이 있는 아나콘다를 시스템에 설치한 다음 터미널에서 다음 명령을 사용하여 프로그래밍 환경을 설정합니다.
   $ 콘다 만들기 --이름 myenv 파이썬 = 3.7
   $ 콘다 활성화 myenv
   $ 콘다 설치 아나콘다
   $ 콘다 설치 치유
   참고: 이러한 단계는 하드웨어 및 인터넷 속도에 따라 수십 분 정도 걸릴 수 있습니다. 처음 두 명령줄의 환경 이름 'myenv'를 다른 문자열로 변경할 수 있습니다.

2. 다파장 광 곡선 을 획득하고 관찰에서 지오메트리를 보기

1. 보기 형상에서, 각 해당 시간 프레임에 대한 서브 별의 경도 및 위도 및 하위 관찰자 점을 포함한다.
   다음 첨부 코드를 사용하려면 이 두 파일이 LightCurve.csv 및 형상.csv과 동일한 형식을 가지고 있는지 ....

결과

우리는 지구의 다중 파장 단일 점 광 곡선을 사용하여 프로토콜을 시연하고 결과를 지면 진실과 비교하여 표면 매핑의 품질을 평가합니다. 여기에 사용되는 관측은 지구와 태양 사이의 첫 번째 라그란지아 지점 (L1) 근처에 위치한 위성인 DSCOVR / EPIC에 의해 얻어지며, 지구의 햇빛이 비추는 얼굴의 10 파장에서 이미지를 촬영합니다. 2년(2016년과 2017년)의 관측은 이 데모에 사용되며, 이는 장 외(2018)¹² 및 Fan 외(2019)^13과동일하며, 관측에 대한 자세한 내용은 제시된다. 2017년 2월 8일 9시 27분 UTC의 샘플 관찰은 도 1에도시된다. 지구의 이미지는 하나의 지점에 통합되어 외계인, 멀리 있는 관찰자가 얻은 빛 곡선 관측을 시뮬레이션하며, 지구는 한 픽셀보다 더 잘 해결할 수 없습니다. 따라서 ~ 10,000시간 단계의 다파장 단일 지점 외계 행성 광 곡선.......

토론

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 값을 가지고 있습니다. 외계 행성의 미래 관측을 위해, 완전히 흐리거나 구름이 없는 외계 행성의 극단적인 경우, 3.3단계에서 SVD에 하나의 지배적인 PC만 나타납니다. 이 경우 구름과 표면의 조성이 다르기 때문에 이 PC의 의미를 해석하기 위해서는 스펙트럼 분석이 필요합니다. 지배적인 PC가 표면에 해당하는 경우, 4단계와 5단계는 여전히 따를 수 있다. 구름에 해당하는 경우 표면 정보가 구름에 의해 차단되므로 지정된 파장에서 라이트 커브를 사용하여 추출할 수 없다는 결론을 내.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Python 3.7(anaconda 및 healpy 패키지			다른 프로그래밍 환경(예: IDL 또는 MATLAB)도 작동합니다.

포함)