We observed the 2019 January total lunar eclipse with the Hubble Space Telescope's STIS spectrograph to obtain the first near-UV (1700-3200 $A$) observation of Earth as a transiting exoplanet. The observatories and instruments that will be able to perform transmission spectroscopy of exo-Earths are beginning to be planned, and characterizing the transmission spectrum of Earth is vital to ensuring that key spectral features (e.g., ozone, or O$_3$) are appropriately captured in mission concept studies. O$_3$ is photochemically produced from O$_2$, a product of the dominant metabolism on Earth today, and it will be sought in future observations as critical evidence for life on exoplanets. Ground-based observations of lunar eclipses have provided the Earth's transmission spectrum at optical and near-IR wavelengths, but the strongest O$_3$ signatures are in the near-UV. We describe the observations and methods used to extract a transmission spectrum from Hubble lunar eclipse spectra, and identify spectral features of O$_3$ and Rayleigh scattering in the 3000-5500 A region in Earth's transmission spectrum by comparing to Earth models that include refraction effects in the terrestrial atmosphere during a lunar eclipse. Our near-UV spectra are featureless, a consequence of missing the narrow time span during the eclipse when near-UV sunlight is not completely attenuated through Earth's atmosphere due to extremely strong O$_3$ absorption and when sunlight is transmitted to the lunar surface at altitudes where it passes through the O$_3$ layer rather than above it.

中文翻译：

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哈勃太空望远镜的近紫外线和地球作为系外行星的光传输光谱

我们使用哈勃太空望远镜的 STIS 光谱仪观测了 2019 年 1 月的月全食，以首次对地球作为凌日系外行星进行近紫外 (1700-3200 澳元) 观测。能够执行外地球透射光谱的天文台和仪器正在开始规划，表征地球的透射光谱对于确保关键光谱特征（例如臭氧或 O$_3$）适当在任务概念研究中捕获。O$_3$ 是由 O$_2$ 光化学产生的，O$_2$ 是当今地球上主要新陈代谢的产物，它将在未来的观测中作为系外行星生命存在的重要证据。月食的地面观测提供了地球在光学和近红外波长下的透射光谱，但最强的 O$_3$ 信号在近紫外波段。我们描述了用于从哈勃月食光谱中提取透射光谱的观测和方法，并通过与包含折射效应的地球模型进行比较，识别地球透射光谱中 3000-5500 A 区域中 O$_3$ 和瑞利散射的光谱特征在月食期间的地球大气中。我们的近紫外光谱没有特征，这是由于在日食期间由于极强的 O$_3$ 吸收而未完全衰减通过地球大气层的近紫外阳光以及当阳光在它穿过 O$_3$ 层而不是其上方的高度。我们描述了用于从哈勃月食光谱中提取透射光谱的观测和方法，并通过与包含折射效应的地球模型进行比较，识别地球透射光谱中 3000-5500 A 区域中 O$_3$ 和瑞利散射的光谱特征在月食期间的地球大气中。我们的近紫外光谱没有特征，这是由于在日食期间由于极强的 O$_3$ 吸收而未完全衰减通过地球大气层的近紫外阳光以及当阳光在它穿过 O$_3$ 层而不是其上方的高度。我们描述了用于从哈勃月食光谱中提取透射光谱的观测和方法，并通过与包含折射效应的地球模型进行比较，识别地球透射光谱中 3000-5500 A 区域中 O$_3$ 和瑞利散射的光谱特征在月食期间的地球大气中。我们的近紫外光谱没有特征，这是由于在日食期间由于极强的 O$_3$ 吸收而未完全衰减通过地球大气层的近紫外阳光以及当阳光在它穿过 O$_3$ 层而不是其上方的高度。并通过与包括月食期间地球大气中折射效应的地球模型进行比较，确定地球透射光谱中 3000-5500 A 区域的 O$_3$ 和瑞利散射的光谱特征。我们的近紫外光谱没有特征，这是由于在日食期间由于极强的 O$_3$ 吸收而未完全衰减通过地球大气层的近紫外阳光以及当阳光在它穿过 O$_3$ 层而不是其上方的高度。并通过与包括月食期间地球大气中折射效应的地球模型进行比较，确定地球透射光谱中 3000-5500 A 区域的 O$_3$ 和瑞利散射的光谱特征。我们的近紫外光谱没有特征，这是由于在日食期间由于极强的 O$_3$ 吸收而未完全衰减通过地球大气层的近紫外阳光以及当阳光在它穿过 O$_3$ 层而不是其上方的高度。