天體生物學(xué)研究宇宙中生命的起源、演化及分布，而系外生命探測是其中最受關(guān)注的研究點(diǎn)之一。植被光譜紅邊（Vegetation Red Edge, VRE）作為一種植被特征信號在地球植被遙感領(lǐng)域被研究多年，并在近些年作為一種直接的系外行星表面生命信號得到天體生物學(xué)家的深度關(guān)注及廣泛研究。

為提高系外行星VRE信號的可探測性及基于VRE提取系外行星的更多表面特征，近期，中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所何晉平研究員團隊在系外行星VRE時(shí)序變化特性探測及基于此的行星表面特性反演方面開(kāi)展了系統研究，并取得一些新進(jìn)展。相關(guān)工作于3月2日發(fā)表在國際天文期刊The Astrophysical Journal上（https://doi.org/10.3847/1538-4357/abd6ff）。

該團隊建立模型系統研究了不同觀(guān)測幾何構型下地球及系外行星的VRE日變化特性（如圖1所示），發(fā)現VRE的可探測性及指數隨著(zhù)不同幾何觀(guān)測條件差異極大，部分觀(guān)測條件（如φ=-60°，Full & Gibbous觀(guān)測相位下）即便整天觀(guān)測均無(wú)法探測到正的VRE指數，而在另外一些觀(guān)測條件下（如φ=60°，Full & Gibbous觀(guān)測相位下）成天均可觀(guān)測到明顯的植被特征信號（VRE正值）。這表明，優(yōu)化的觀(guān)測策略對基于VRE的系外生命探測至關(guān)重要。

團隊還建立較簡(jiǎn)化的逆向模型，利用VRE時(shí)變曲線(xiàn)實(shí)現類(lèi)地行星的大陸分布及云量等性質(zhì)的反演。圖2給出了基于VRE時(shí)變曲線(xiàn)獲得的現代及遠古地球的大陸分布反演曲線(xiàn)，與實(shí)際分布曲線(xiàn)符合較好。在反演出大陸分布的同時(shí)也能較高精度恢復出系外行星云量分布。

圖1 不同觀(guān)測幾何構型下的VRE時(shí)變曲線(xiàn) 

圖2 基于VRE時(shí)變曲線(xiàn)的大陸/海洋比例反演

為指導后續實(shí)際觀(guān)測，團隊還對正向模型和逆向模型均做了模擬觀(guān)測研究。模擬觀(guān)測基于美國NASA規劃中的空間望遠鏡LUVOIR-A（口徑15米）及其高對比度成像（對比度10^(-10)）及光譜觀(guān)測（光效率25%）終端儀器。圖3給出了10pc距離下模擬觀(guān)測地球所獲得的反射光譜曲線(xiàn)，光譜分辨率140，信噪比35.6@760nm，獲取光譜所需時(shí)間50小時(shí)。基于模擬觀(guān)測光譜，進(jìn)一步獲得VRE時(shí)變曲線(xiàn)（SNR=30），并探討了光譜信噪比對時(shí)變曲線(xiàn)的影響，如圖4所示。在此基礎上，進(jìn)一步恢復出行星大陸分布（如圖5所示）。

圖3 LUVOIR-A 地球可見(jiàn)光波段模擬觀(guān)測反射光譜

圖4 由模擬觀(guān)測獲得VRE 時(shí)序變化曲線(xiàn)及SNR的影響

圖5 基于模擬觀(guān)測數據，由VRE 時(shí)序特征恢復出的行星大陸分布

此項工作將基于VRE探測系外生命研究往前推進(jìn)了一步，并為系外行星表面特征研究提供了新思路。后續，該團隊將繼續致力于系外行星生命特征認證及觀(guān)測策略研究，以及基于反射光譜來(lái)獲取系外行星表面特征，為我國未來(lái)系外行星直接成像及其反射光譜探測、系外行星大氣與表面表征提供參考。

該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目（資助號：11773045, 11973009）及重點(diǎn)項目（資助號：11933005）資助。