Mapowanie powierzchni egzoplanet podobnych do Ziemi za pomocą jednopunktowych krzywych blasku

Protokół ten może być wykorzystany do przestrzennego wyodrębnienia cech egzoplanet na podstawie obserwacji jednopunktowych i jest niezbędny do oceny potencjalnej zdatności egzoplanet do zamieszkania. Technika ta może być wykorzystana do rekonstrukcji dwuwymiarowych map powierzchni egzoplanety podobnej do Ziemi. Jest to pierwsza technika testowana z prawdziwymi obserwacjami przy użyciu Ziemi jako wskaźnika zastępczego.

Matematyka tej techniki jest prosta i można ją łatwo dostosować do innych obserwacji. Nie trzeba ściśle przestrzegać skryptów kodowania. Wizualna demonstracja tej techniki jest ważna, ponieważ jeden obraz jest wart tysiąca słów.

Po skonfigurowaniu środowiska programistycznego dla załączonego kodu wprowadź polecenie, aby zainstalować Anacondę z Pythonem 3.7 w systemie. Po skonfigurowaniu środowiska programistycznego uzyskaj krzywe blasku o wielu długościach fali, wyświetl geometrię z obserwacji i uruchom szereg czasowy wykresu. py do wizualizacji danych i sprawdzenia ich jakości.

Następnie wprowadź polecenie, aby wygenerować figurę geometryczną. Aby wyodrębnić informacje o powierzchni krzywej blasku, uruchom polecenie normalizuj. py, polecenie.

Wyjście jest zapisywane w znormalizowanym curve.csv świetlnym. Wprowadź polecenie, aby zwizualizować znormalizowane krzywe blasku. Zostanie utworzona figura znormalizowanej krzywej blasku.

Wprowadź polecenie, aby zdekomponować znormalizowane krzywe blasku. Wynikowe szeregi czasowe, wartości osobliwe i główne składniki zostaną zapisane w odpowiednich plikach wyjściowych w formacie csv. Użyj poleceń, aby zwizualizować wynik dekompozycji wartości pojedynczej.

Zostaną wygenerowane rysunki dla wartości osobliwych i głównych składników. Przeanalizuj składki i odpowiadające im szeregi czasowe głównych składników, aby określić ten, który zawiera informacje o powierzchni, i porównaj wartości osobliwe na przekątnej macierzy wartości osobliwych. Oczekuje się, że podobna do Ziemi, częściowo zachmurzona egzoplaneta będzie miała dwie porównywalne dominujące wartości pojedyncze.

Aby potwierdzić wybór składnika głównego, wprowadź polecenie, aby uzyskać widma mocy szeregów czasowych każdego składnika głównego. Widma mocy zostaną zapisane w periodogram.csv. Wprowadź polecenie, aby zwizualizować periodogramy i potwierdzić wybór głównego składnika.

Zostanie wygenerowana figura periodogramu. Bieżący kod kreślenia dodaje linie przerywane, które reprezentują cykle roczne, półroczne, dzienne i półdzienne w celach informacyjnych. Wybierz główny komponent, który zawiera informacje o powierzchni i odpowiadające jej szeregi czasowe.

Aby skonstruować mapę powierzchni planety, użyj losowego polecenia HEALPix w celu wizualizacji metody pikselizacji. Zostanie utworzona losowa figura HEALPix. Parametr n subside w wierszu 17 można zmienić dla różnych rozdzielczości.

Aby określić grubość każdego piksela, wprowadź polecenie. Dane wyjściowe zostaną zapisane jako w. npz ze względu na jego rozmiar.

Zmień wartość n subside w wierszu 23, jeśli jest to odpowiednie dla innych rozdzielczości pobranej mapy. Użyj grubości działki. py, aby zobrazować wagę.

W folderze z wagą zostanie utworzona pewna liczba figur. Scalenie figur pozwoli zobrazować, jak zmienia się waga każdego piksela w czasie. Użyj regresji liniowej.

py, aby rozwiązać problem regresji liniowej. Wynik wartości pikseli zostanie zapisany w wartości piksela. Plik csv.

Wartość Lambda w wierszu 16 może być odpowiednio zmieniona dla różnych stopni regularyzacji. Następnie uruchom mapę działki. py, aby skonstruować pobrane mapy przy użyciu różnych parametrów regularyzacji.

Zostaną wygenerowane trzy mapy. Relacje między indeksami pikseli a ich lokalizacjami na każdej mapie są opisane w dokumencie HEALPix. Aby obliczyć macierz kowariancji każdego piksela, uruchom kowariancję.

py, polecenie. Wynik zostanie zapisany w kowariancji. NPZ ze względu na swój rozmiar.

Aby zwizualizować macierz kowariancji i odwzorować niepewność na pobraną mapę, uruchom polecenie covariance. py wykresu. Zostanie utworzona jedna wartość kowariancji i jedna figura niepewności.

Poniżej pokazane są przykładowe obserwacje Ziemi na wielu długościach fal o 927 uniwersalnym czasie koordynowanym, 8 lutego 2017 roku. Tutaj można zaobserwować szeregi czasowe dwóch dominujących składowych krzywych blasku o wielu długościach fali. Szereg czasowy dla drugiego składnika głównego wykazuje bardziej regularną morfologię z w przybliżeniu stałą zmiennością dobową i silniejszym cyklem dobowym w swoim spektrum mocy niż pierwszy składnik główny.

Następnie można skonstruować mapę powierzchni tej zastępczej egzoplanety składającą się z wartości drugiego głównego składnika w każdym pikselu. W porównaniu z prawdą o Ziemi, zrekonstruowana mapa odtwarza wszystkie główne kontynenty po oddzieleniu informacji o powierzchni od chmur. Wyniki dla półkuli południowej są gorsze niż te obserwowane dla półkuli północnej ze względu na zachmurzenie nad oceanami południowymi.

Niepewność każdej wartości piksela jest rzędu 10% wartości pobranej mapy, co sugeruje dobrą jakość mapowania powierzchni i pozytywny wynik. Krytycznym wymogiem zastosowania tego protokołu do przyszłej analizy jest potwierdzenie, że informacje o powierzchni można uzyskać z krzywych blasku. Technika ta służy jako punkt odniesienia w mapowaniu powierzchni egzoplanet i może być ulepszona dzięki innym metodom dekompensacji i regularyzacji dla nowych obserwacji.