实验按三个环节来设计，融合了理论-观测-数据分析，让学生通过不同环节，
（1）理解光谱探测行星大气透射/反射光谱的原理；
（2）学会如何估计不同的恒星-行星系统的大气透射光谱信号强度，并结合目标透射光谱特征、台址，选择合适的望远镜，设计观测方案；
（3）通过光谱模拟观测，让学生了解光谱数据的获取过程；最后根据模拟测量的数据和理论数据对比，对光谱信噪比进行估计，确定行星大气成分。
学生登录《系外行星大气光谱探测虚拟仿真实验》系统后，点击“报名参加”，然后点击“进入实验”。等待页面缓冲完成后，即可进入实验界面。学生可以在实验界面查看新手引导。实验开始前先阅读实验指南。正式开始实验前，请点击顶部实验简介，了解实验的基本情况，实验具体步骤如下：
点击“行星大气光谱特征”，进入环节一
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步骤一: 调整行星参数进度条
行星的光变曲线与行星的轨道周期，行星半径和行星表面反照率有关。
1．点击界面右方点击三个行星参数旁边的“？”符号，了解参数的物理含义；
2．拖动进度条，调整三个行星参数的数值，观察行星凌星光变曲线的相应变化。
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步骤二: 查看恒星、行星光谱
光谱测量是天文中用于研究天体的常见方法。
1．点击恒星可以查看恒星光谱；
2．点击行星后弹出【行星光谱】按钮，可以查看行星的热辐射和反射光谱。
3．点击标题旁的“？”按钮了解这两种光谱成分的区别，观察行星的这两种光谱随行星运动的变化关系。
关于天体光谱的更多知识点，请查看界面右侧的【知识提示】中的【黑体辐射】和【行星反射光谱和热辐射光谱】两节。
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步骤三: 行星大气吸收动画
1．点击行星后弹出【行星光谱】按钮，可以看到当行星经过观测者与恒星；连线时（也称为行星凌星），行星大气会吸收部分恒星的光子，这就是行星大气的透射光谱产生的原因。
2．点击界面右下角的“行星大气吸收”按钮，可以弹出动画界面。左侧的动画模拟了恒星发射出的光子透过行星大气的过程，光子的颜色代表波长，红色的光子波长较长，绿色光子波长较短，请注意观察行星大气对光子的吸收。
3．界面的右方是恒星光谱经过行星大气后的透射光谱，可以点击右侧的“行星大气透射光谱信号”，把恒星光谱切换为行星大气吸收光谱。
4．调整界面下方的行星大气标高进度条，观察行星大气高度的变化对恒星不同波长光子的吸收情况，和行星透射光谱随大气标高调整的相应变化。
关于行星透射光谱产生原理的更多知识点请查看界面右侧的【知识提示】中的【行星透射光谱】。
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步骤四: 行星大气标高计算
1．点击右下方“大气标高计算”按钮，可以开始行星大气标高的计算。
2．行星大气的标高与行星的平衡温度、大气平均分子质量与表面重力加速度有关。请在界面的右方点击“？”符号了解行星大气标高的计算方式，和相关物理量的含义。
3．点击平衡温度的拓展按钮可以了解行星平衡温度的计算方式。
4．调整好行星参数后，点击确定按钮即可计算出行星大气的标高数值（学生可以尝试计算地球或者太阳系其他行星的大气标高）。
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步骤五: 环节一考核
通过上述四个步骤，在环节一中，我们学习了行星大气标高与行星透射光谱的关系，以及行星大气标高计算的方式。
1．点击步骤四界面下方的“大气标高考核按钮”；
2．在界面右方设置行星的相关参数；
3．点击“执行”按钮，生成透射光谱（绿色），重复调节行星参数，尽可能重现左图中蓝色的透射光谱曲线（契合度表示蓝色和绿色光谱的重合程度，越高越好）。
4．完成实验后，点击实验小结可以查看本环节得分。
点击顶部“行星透射光谱观测”进入环节二
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步骤六: 观测目标选择
1．点击星空中的恒星，选择一个你想要观测的行星系统，你可以通过键盘的方向键或鼠标滚轮调整视野。
2．点击确认观测目标后，界面右上方会显示该行星系统的物理参数，请记录初始观测凌星事件的时间零点，行星周期和行星周期误差（问号按钮可查看参数含义），便于在后续环节中估计行星凌星的观测窗口。更多行星参数，可点击“行星基本参数”查看。
3．点击确定按钮后，请根据之前界面中的行星系统参数估计行星大气的大气标高（可以参考地球或木星的大气平均分子质量），并且估计透射光谱信号的强度，填写到对应输入框中。关于大气标高和透射光谱强度估计的更多知识点，请查看界面右侧的【知识提示】中的【行星大气吸收深度计算】。
关于行星系统的更多信息，可以前往Exoplanet Archive（https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/index.html）查询。
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步骤七: 台址和观测窗口选择
为透射光谱观测选择地面望远镜台址时，需要考虑在凌星发生时该台址处是否处于夜晚。同时也要估计目标系统在凌星发生时刻的地平高度角，如果此时目标系统的地平高度角小于20度，也是不宜观测的。阅读【知识提示】中【凌星观测窗口估计方法】文档，了解凌星时刻的预测方法。
1．合提供的台址经纬度信息（阅读【台址】文档，选择地图上的观测台址；
2．选择对应的观测时间窗口，可以多次尝试，只有选择到正确的台址和观测窗口组合后，才能进入下一步骤。（如有必要，可以点击“返回”按钮，重新选择台址）。
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步骤八: 望远镜参数设置
选择好台址后，开始根据你选择的目标系统特征，选择合适的观测仪器。请阅读【知识提示】中的【望远镜参数选择】，结合恒星光谱，和实验报告中记录的该行星系统的参数，评估在此次观测中，你所需要望远镜和光谱仪的规格。
1．点击右侧“恒星光谱”按钮，设置望远镜口径、光谱分辨率、通光效率；
2．点击光谱仪右侧的三棱镜图片，显示设置的望远镜参数下的恒星光谱；
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步骤九: 查看行星光谱
1．点击“行星光谱”按钮，拖动调整视野倍率条，进行空间观测和地面观测之间的模式切换，
2．点击三棱镜图片，对比空间、地面观测得到的恒星光谱的区别。需要将视野设在地面时（视野倍率最小时），才能进入模拟观测环节。
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步骤十: 正式光谱观测
该场景模拟真实的行星透射光谱观测场景，获取光谱数据。
1．点击“正式观测”按钮，确定开始观测后，会开始计时。可以通过选择右上方的时间流逝速度中的档位（x4，x8...）加快时间流逝速度。随着时间推进，目标系统会在天球上运动，目标系统的方位角、高度角，地球大气透过率，大气质量（Airmass）随时间变化在左上角显示。你可以在【知识提示】中查看【Airmass】了解Airmass对天文观测的影响。界面的右上方是恒星星象在大气湍动下产生抖动的动画。
2．在界面的下方，有整个观测过程的进度条（黄绿色条纹）。请在凌星发生时段(绿色)进行三次曝光，并在首尾的非凌星时刻（换色）各进行一次曝光。每一次曝光后，CCD曝光图（左下）和实时光谱图（右下）会显示该次曝光的结果。注意对比每次曝光的结果与CCD的满阱数（65535），判断是否过曝或曝光时间过短，并结合实时大气透过率和Airmass，适当调整曝光时间。
3．第五次曝光结束后，可以选择重新曝光，也可以选择完成观测。
4．完成实验后，点击实验小结可以查看本环节得分。
END
点击顶部“信噪比估计”进入环节三
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步骤十一: 光谱叠加
先前你已经对目标系统进行了五次曝光。最终获得的光谱数据是由多次曝光得到的光谱叠加得到的（参见【知识提示】中的【行星大气透射光谱数据处理】）
1．设置本次透射光谱观测的总曝光时间，以行星的总凌星时长作为参考。设置完成后，动画将呈现光谱逐渐叠加的过程。
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步骤十二: 信噪比估计
1．点击下一步，界面分别展示了叠加过后的恒星光谱图、恒星信噪比图、行星透射光谱图和行星透射光谱的信噪比图。你可以点击右上方的“？”按钮查看每张图的详细介绍。
2．点击“开始计算”按钮，根据表格中的数据，估计在1.3~1.5μm范围内，水吸收线的信噪比（仅考虑泊松噪声），并填写到输入框.
3．点击输入完成，对比估计结果（红点）和准确值（绿色曲线）的差异。
相关知识点和更多行星大气透射光谱数据处理的细节，可以阅读知识点中的【行星大气透射光谱数据处理】和【天文观测常见噪声来源和误差分析】。
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步骤十三: 信噪比提升
该节提供三种提升行星大气透射光谱信噪比的潜在途径：在空间进行观测、增加观测次数、降低光谱分辨率（光谱数据点合并）。你可以阅读知识点中的【信噪比提升】了解这三种提升信噪比途径的原理。并针对本次观测，选择现一组提升方案（可以多选）来改善观测信噪比。
1．点击三种方式对应的方框，打钩说明选择该种方式。在“增加观测次数”中,可选择x2，x4，x8，对应观测2，4，8次凌星事件。在“降低光谱分辨率”中，可选择x4，x9，对应光谱数据中每4个点并合和每9个点并合.
2．点击确定选择，右上图展示采用所选方案后的光谱信噪比；对比右下图的原始信噪比，学生评估所选方案对信噪比的提升倍数，填写到输入框内。
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步骤十四: 结论
点击下一步，看完动画后，根据先前估计的水吸收线信噪比，判断该行星大气中存在水的可能性，填写到弹出输入框中（点击跳过动画，可直接弹出输入框）。
步骤十五: 提交实验报告
点击报告完毕，点击小结报告，可查看本环节得分情况。点击右上角返回按钮（箭头形式的按钮），菜单中选择“返回”后，点击下方的实验报告，查看整个实验的评分和报告。确认无误后提交。