Helium Absorption at 1083 nm from Extended Exoplanet Atmospheres: Dependence on Stellar Radiation
最近在几个近距离系外行星的透射光谱中检测到了1083 nm处氦线的强吸收特征。该吸收线源自处于激发的亚稳态2 $^3$ S态的中性氦原子。氦原子在这种激发态中的数量取决于入射恒星辐射场的光谱形状和强度。我们研究什么样的恒星环境是最有利的人口亚稳态氦状态在扩展的行星大气。我们的研究结果表明，行星轨道在近距离的晚型恒星，特别是K星，是最有希望的候选人在1083 nm的过境吸收信号。这一结果得到了观测的支持，因为目前报道的所有四颗氦探测到的系外行星都绕着K型恒星运行。一般来说，激发氦原子的条件在更近的轨道间隔变得更有利，并且在具有更高水平的极紫外线（EUV）通量的恒星周围，电离氦基态，以及较低水平的中紫外线（中紫外线）通量，电离氦亚稳态。
2019-10-01 astro-ph.EP
Understanding what helium absorption tells us about atmospheric escape from exoplanets
本研究构建结合 Parker 风与能量受限外流的氦吸收理论模型，自洽关联质量损失率和温度，提出以标度化等值宽度量化大气逃逸。
2025-01-10 astro-ph.EP
Effect of Pressure Broadening on Molecular Absorption Cross Sections in Exoplanetary Atmospheres
对系外行星的光谱观测正在导致对其大气成分的前所未有的限制。然而，从光谱得到的分子丰度与大气模式中形成关键输入数据的吸收截面是简并的。因此，重要的是量化分子截面的不确定性，以可靠地估计衍生分子丰度的不确定性。然而，通过谱线加宽将谱线列表转换成截面涉及到一系列的不确定性还没有很好理解的规定。我们调查和量化的影响，涉及线加宽在系外行星大气中的轮廓评估宽度，压力与热加宽，加宽剂，光谱分辨率和加宽参数的完整性-分子吸收截面。我们使用H $_2$ O作为案例研究，因为它具有最完整的吸收线数据。对于H $_2$丰富的系外行星大气的代表性温度和压力（T $\sim$ 500 K-3000 K，P $\lesssim$ 1 atm）的低分辨率光谱（R $\lesssim$ 100），我们发现由压力加宽的各个方面引入的截面（$δ$）的中值差为$\lesssim$ 1\%。对于中等分辨率（R $\lesssim$ 5000），包括JWST可达到的分辨率，我们发现$δ$可高达40%。对于高分辨率（R $\sim$ 10 $^5$），$δ$可以是$\gtrsim$ 100\%，对于低温（T $\lesssim$ 500 K）和高压（P $\gtrsim$ 1 atm）达到$\gtrsim$ 1000\%。对于自增宽，这种效应更高。我们生成了一个均匀的数据库的吸收截面的分子相关的系外行星大气的高温线列表，特别…
2016-02-02 astro-ph.EP
Spectrally resolved helium absorption from the extended atmosphere of a warm Neptune-mass exoplanet
恒星加热导致靠近的系外行星的大气层膨胀和逃逸。这些扩展的大气很难观测，因为它们的主要光谱特征--紫外波长的中性氢--被星际介质强烈吸收。我们报告的近红外三重中性氦在过境温暖的海王星质量系外行星HAT-P-11b使用地基，高分辨率观测检测。氦特征在两次独立的凌日中是可重复的，平均吸收深度为1.08+/-0.05%。通过对该行星上层大气的3D模拟来解释吸收光谱，表明它延伸到5个行星半径之外，具有大尺度的高度和氦质量损失率< 3x10^5 g/s。吸收的净蓝移可能是由高空风以3 km/s的速度从白天向黑夜流动造成的。
2018-12-05 astro-ph.EP
Detection of Carbon Monoxide and Water Absorption Lines in an Exoplanet Atmosphere
确定系外行星的大气结构和化学成分仍然是一个艰巨的目标。幸运的是，对系外行星及其大气层的研究取得了直接成像的形式-从其母星空间分辨行星-这使得在类木星轨道上的自发光行星的高分辨率光谱学成为可能。在这里，我们呈现了一个光谱，其中包含许多来自水和一氧化碳的分子线，这些分子线来自一颗距离恒星HR 8799不到40 AU的大质量行星。这些数据揭示了这颗行星的化学成分、大气结构和表面重力，证实它确实是一颗年轻的行星。这些谱线表明大气中的碳氧比大于主星的碳氧比，这为行星的形成提供了线索。
2013-03-13 astro-ph.EP
A New Window into Escaping Exoplanet Atmospheres: 10830 Å Line of Helium
到目前为止，已经获得了一些系外行星逃离系外行星大气层的观测证据。它来自于在紫外线中探测到的强凌日信号，最明显的是在氢莱曼- $α$（Ly $α$）线的机翼上。然而，Ly $α$谱线的核心经常受到星际吸收和地冠辐射的严重影响，限制了从这部分光谱中提取的大气信息。在原子谱线上的凌日观测（a）足够灵敏，可以追踪行星风中的稀薄气体，（b）不会受到星际介质的显著消光，这可以实现更详细的观测，从而为逃逸大气的理论模型提供更好的约束。氦的亚稳态在10830 ° C的吸收线可以满足某些系外行星的这两个条件。我们开发了一个简单的一维模型逃逸行星大气含有氢和氦。我们用它来计算密度分布的氦在2 $^3$ S亚稳态激发态和预期的在运输中的吸收在10830度的两个已知的逃逸大气的系外行星。我们的研究结果表明，类似于GJ 436 b和HD 209458 b的系外行星应该在10830 ° C处表现出增强的过境深度，在线核中分别有$\sim 8\%$和$\sim 2\%$过量吸收。
2018-03-07 astro-ph.EP
Rapid escape of ultra-hot exoplanet atmospheres driven by Hydrogen Balmer absorption
大气逃逸是解释我们太阳系及其他行星长期演化的关键，也是解释大气测量结果的关键。流体动力学逃逸通常被认为是由行星从其宿主恒星接收的极紫外光子通量驱动的。在这里，我们表明，逃离行星绕热恒星的收益通过一个不同的，但互补的过程：从强烈的近紫外线辐射的恒星，是在光学薄，高海拔大气层的氢激发到较低的状态的巴耳末系沉积其能量。超热的系外行星KELT-9 b可能代表了这种Balmer驱动的逃逸的第一个已知实例。在这种流体动力逃逸的情况下，恒星的近紫外辐射在确定行星质量损失方面比极紫外辐射更重要，而极紫外辐射的不确定性变得不那么重要。此外，我们预测，热恒星周围的气体系外行星可能会经历灾难性的质量损失，当它们的质量小于1- 2木星质量，并且比KELT-9 b更接近时，从而挑战所有大型系外行星对大气逃逸稳定的范式。我们认为，极端逃逸将影响近距离绕热恒星运行的系外行星的人口统计。
2019-10-01 astro-ph.EP
A survey of sodium absorption in ten giant exoplanets with high-resolution transmission spectroscopy
碱金属钠（Na）是巨大系外行星上层大气中最常见的化学物质之一。在这项工作中，我们进行了一个均匀的调查，钠在不同的样品中的10个高度辐射的巨型系外行星使用高分辨率透射光谱。我们的样本包括9颗行星，之前有Na探测到，还有一颗新探测到。我们确认以前的检测，并评估多种方法从高分辨率的透射光谱获得钠线属性。均匀测量的钠线深度被用来约束大气高度（$H_{\text{Na}}$）相对于行星半径（$R_{\text{p}}$）。我们评估的经验趋势描述的相对大气高度（$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$）作为行星平衡温度（$T_{\text{eq}}$）和表面重力（$g$）的函数，其中$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$下降指数与$ξ\propto gT_{\text{eq}}$，接近一个常数在大$ξ$。我们还报告了整个样品中的钠D2/D1线比，并发现7个目标的线比与1一致。最后，我们测量净蓝移偏移的钠吸收线从他们的休息帧波长的所有十个行星，对应的昼夜风速为几公里秒$^{-1}$。这表明，广泛的系外行星样本具有共同的控制大气动力学的潜在过程。我们的研究突出了一个有希望的途径，使用高分辨率透射光谱学来进一步了解大气特性如何在不同的系外行星样本中变化。
2022-07-04 astro-ph.EP
The escape of hydrogen-rich atmosphere of exoplanet: Mass loss rates and the absorptions of stellar Lyman $α$
由于质量损失率是行星平均密度和恒星辐射的函数，我们计算了大约450个模型，涵盖了不同密度和恒星辐射的行星。我们的结果表明，质量损失率依赖于恒星的辐照和平均密度。当XUV积分通量大于$\sim$ 2 $\times$ 10 $^{4}$ erg/cm $^{2}$ /s时，能量限制方程预测的质量损失速率高于流体动力学模型。如果在能量限制方程中考虑逃逸大气的动能和热能，则可以修正这种高估。我们发现，加热效率与行星的引力势和恒星辐射的乘积成正比。类星体的恒星辐射平均吸收半径为1.1-1.2 R $_{p}$，而小行星的恒星辐射平均吸收半径为1.1-1.7 R $_{p}$。计算了行星大气对Ly $α$的吸收，发现Ly $α$的吸收更深，更倾向于位于高恒星辐射和低行星平均密度区，反之亦然。而且，质量损失率高于10 $^{11} g/s$的行星很可能会表现出明显的衰减。最后，我们认为吸收水平与系外行星的固有特性有关。具有较大尺寸（或较低平均密度）的行星显示出强烈的Ly $α$吸收。类海王星和类地球行星由于体积小（或密度高），往往具有弱的Ly $α$吸附。
2019-06-13 astro-ph.EP
Temperature-dependent molecular absorption cross sections for exoplanets and other atmospheres
系外行星，特别是像热彗星这样的热行星，需要非常大量的分子光谱数据来模拟它们大气中的辐射传输或解释它们的光谱。这些数据通常以非常广泛的过渡线列表的形式提供。这些行列表的大小使得构建单个模型可能需要考虑数十亿行。我们提出了一个程序来简化这个过程的基础上使用的截面。水、H-$_3^+$、HCN /HNC和氨的谱线列表已在足够精细的网格上转化为截面，以保留其光谱特征。截面提供在一个固定的温度范围和插值程序，可用于生成在任意温度下的截面进行说明。开发了一个基于网络的界面（www.exomol.com/xsec），使天文学家能够下载特定温度和光谱分辨率下的截面。对于关键的水分子给出了具体的例子。
2012-05-29 astro-ph.EP
A Survey of Alkali Line Absorption in Exoplanetary Atmospheres
我们用Hobby-Eberly望远镜（HET）对四个系外行星系统进行了超过90小时的光谱观测。观测是在过境和过境，我们分析了不同的光谱-即，透射光谱-检查其在$λ\lambda5889, 5895$处的中性钠（\ion{Na}{1}）双峰和$\lambda7698$处的中性钾（\ion{K}{1}）波长处的吸收。我们使用\ion{Ca}{1} $\lambda6122$的透射光谱-它显示出强烈的恒星吸收，但不是我们期望在这些大气中显示出显著吸收的碱金属共振线-作为控制线来检查我们的测量系统误差。我们使用经验蒙特卡罗方法来量化这些系统误差。在使用独立推导的还原和分析管道对相同数据集进行的再分析中，我们确认了先前在HD 189733 b中观察到的\ion{Na}{1}吸收水平为$(-5.26\pm1.69)\times10^{-4}$（12 μ m积分带的平均值与先前作者一致）。此外，我们初步确认HD 209458 b中观察到的\ion{Na}{1}吸收（多位作者独立）为$(-2.63\pm0.81)\times10^{-4}$水平，尽管解释不太清楚。此外，我们发现\ion{Na}{1}吸收的$(-3.16\pm2.06)\times10^{-4}$在$<3σ$在HD 149026 b;功能明显的透射光谱与真实的吸收是一致的，并表明这可能是一个很好的目标，为未来的观测确认。没有其他结果…
2011-09-08 astro-ph.EP
UV Absorption by Silicate Cloud Precursors in Ultra-hot Jupiter WASP-178b
已经发现气溶胶在亚恒星大气中几乎无处不在。这些气溶胶在系外行星中开始形成的精确温度还没有被观测限制。理论模型和对柔和光谱特征的观测表明，硅酸盐云在至少950至2，100 K之间的系外行星中发挥着重要作用。然而，一些巨行星被认为足够热，可以完全避免冷凝。在这里，我们提出了一个超热木星，WASP-178 b（$\sim$ 2,450~K）的近紫外透射光谱，表现出显着的NUV吸收。这种短波吸收是在大气层高度方面观测到的系外行星中最大的光谱特征之一。贝叶斯检索表明，存在的气体难熔物质含有硅和镁，这是在较低温度下的凝结云的前体。特别是SiO以前从未在系外行星中被检测到，但WASP-178 b中SiO的存在与理论预期一致，因为它是高温下主要的含硅物质。这些观测结果使我们能够重新解释先前对HAT-P-41 b和WASP-121 b的观测结果，这些观测结果没有考虑SiO，表明硅酸盐云的形成始于平衡温度在1，950至2，450 K之间的系外行星。
2022-04-07 astro-ph.EP
Effectively Calculating Gaseous Absorption in Radiative Transfer Models of Exoplanetary and Brown Dwarf Atmospheres
复杂的大气反演算法，如嵌套采样，通过迭代数百万的辐射转移（RT）计算来探索大的参数空间。检索参数的概率分布函数对RT正演模型中的假设高度敏感。RT模型之间的一个关键区别是整个大气中气体吸收的计算。我们比较两种方法计算气体吸收，截面和相关的$k$，通过检查他们得到的光谱的一些典型的\ce{H2} -他为主的系外行星和褐矮星大气。我们还考虑了包括\ce{H2} -He压力增宽在这些例子中的一些的影响。我们使用NEMESIS来计算前向模型。我们的$k$表通过与在线提供的ExoMol横截面和逐线计算进行比较来验证。对于典型的分辨率（$Δν= 1$ cm $^{-1}$）的测试情况下，我们表明，截面法高估了大气中存在的吸收量，应谨慎使用。对于混合气体的气氛中的光谱形态的变化，产生'鬼'的功能。这两种方法产生的通量差异高达几个数量级。谱线的压力增宽的增加增加了通量的额外数量级的变化。这些效应在褐矮星和二次日食几何中更为明显。我们注意到，相关- $k$可以产生类似的结果非常高分辨率的横截面，但计算成本低得多。我们的结论是，不准确的使用截面和遗漏的压力加宽可能是错误的关键来源建模的棕矮星和系外行星的大气。
2019-03-10 astro-ph.EP
Can Ground-based Telescopes Detect The Oxygen 1.27 Micron Absorption Feature as a Biomarker in Exoplanets ?
类地行星散射光中的氧吸收线被认为是最有希望的系外生命代谢生物标志物。我们研究的可行性检测的1.27微米的氧带从可居住的系外行星，特别是，周围的晚型恒星观察与未来的仪器上的30米级地面望远镜。我们用斯巴鲁IRCS/中阶梯光谱仪分析了1.27微米附近的夜气辉，发现大气氧分子的强地辐射到午夜时下降了一个数量级。通过编制附近的恒星目录结合天空背景模型，我们估计的探测能力的氧气吸收带从地球的孪生兄弟，如果它存在的话，附近的恒星。我们发现，氧1.27微米波段探测的光子噪声的最主要来源来自夜间的气辉，如果恒星PSF晕的贡献被抑制到足以检测到行星。我们的结论是，未来的探测器的探测对比度是有限的光子噪声可以检测到氧1.27微米的吸收带的地球双胞胎约50晚型恒星的候选人。本文论证了在超大望远镜上部署小内工作角高效日冕仪和极端自适应光学的重要性，并清楚地表明，这样做将使研究潜在的宜居行星成为可能。
2012-08-05 astro-ph.EP
Hα Absorption in Transiting Exoplanet Atmospheres
Jensen等人最近发现了HD 189733b的高层大气对恒星Hα的吸收。受此观测的启发，我们建立了一个n=2态氢原子的模型，并将由此得到的Hα谱线轮廓与观测结果进行了比较。模式大气处于流体静力平衡，以及热和光电离平衡。碰撞和辐射跃迁包括在n=2的状态水平人口的确定。我们发现Hα的吸收主要由光学深度为τ 1的壳层所控制，该壳层由处于亚稳态2s态的氢组成，位于氢电离层之下。发现壳层内2s态的数密度随半径变化缓慢，而1s态的数密度随半径迅速下降。因此，虽然对于某一波长，Lyα吸收发生在相对良好定义的碰撞参量内，但对Hα吸收的贡献在整个原子氢层上大致均匀。该模型可以近似地再现观测到的HD 189733b的Lyα和Hα积分凌日深度，通过使用一个数量级的电离率提高了预期的恒星。对于HD 209458b，我们无法解释Jensen等人观察到的不对称Hα线轮廓，因为该模型产生的对称谱线剖面的渡越深度与HD 189733b的渡越深度相当。在附录中，我们研究了恒星Lyα吸收对净冷却率的影响。
2013-07-16 astro-ph.EP
High-resolution one-photon absorption spectroscopy of the $D\,{}^2Σ^- \leftarrow X\,{}^2Π$ system of radical OH and OD
利用同步辐射作为背景连续谱，结合同步辐射SOLEIL的VUV傅里叶变换光谱仪，记录了等离子体放电源产生的OH和OD自由基的$A\,{}^2Σ^+(v'=0)\leftarrow{}X\,{}^2Π(v''=0)$、$D\,{}^2Σ^-(v'=0)\leftarrow{}X\,{}^2Π(v''=0)$和$D\,{}^2Σ^-(v'=1)\leftarrow{}X\,{}^2Π(v''=0)$带的VUV光吸收谱。高分辨率光谱允许量化的过渡频率，相对$f$ -值，和自然线加宽。$f$值相对于先前的$A\,{}^2Σ^+(v'=0)\leftarrow{}X\,{}^2Π(v''=0)$测量值进行绝对校准（[wang 1979]）。首次测量了激发态$D\,{}^2Σ^-(v=0)$和$D\,{}^2Σ^-(v=1)$能级的寿命展宽，并与先前的实验限值进行了比较，这意味着寿命比理论预测短5倍（[van_der_loo2005]）。发现OH中$D\,{}^2Σ^-(v=0)$能级的局部扰动。
2017-09-08 astro-ph.EP physics.atom-ph physics.chem-ph
The MgI line: a new probe of the atmospheres of evaporating exoplanets
对HD209458b的紫外线凌日观测揭示了中性镁逃离行星高层大气的特征。在MgI谱线中检测到的吸收提供了关于大气吹离发生的高度处的物理条件的前所未有的信息。在这里，我们使用一个三维模型的大气逃逸，估计过境吸收签名的MgI线的宿主恒星。这些特征的可探测性取决于恒星的亮度和中性镁的逃逸率。我们确定了一个样本的潜在蒸发的系外行星，涵盖了广泛的恒星和行星的属性，其扩展的外球面可能会被检测到通过镁碘线观测与目前的紫外线设施，允许进一步的步骤比较系外行星学。
2014-11-03 astro-ph.EP
Infrared Transmission Spectroscopy of the Exoplanets HD209458b and XO-1b Using the Wide Field Camera-3 on the Hubble Space Telescope
使用哈勃/NICMOS的近红外系外行星透射光谱学目前是模糊的，因为不同的观测小组根据其分析方法，从相同的数据中得出不同的结果。哈勃/WFC 3的空间扫描提供了解决这种模糊性的机会。在这里，我们报告了在过境的巨行星HD209458 b和XO-1b的WFC 3光谱，使用空间扫描模式，以获得最大的光子收集效率。我们引入了一种分析技术，推导出的系外行星的透射谱，而无需明确的解相关的仪器效应，并实现近光子限制的精度，即使在空间扫描模式中收集的高通量水平。我们的误差在6%（XO-1）和26%（HD209458 b）的光子极限在光谱分辨率为70，并优于0.01%，每个光谱通道。这两颗行星在1.38微米附近的水峰处都表现出约200 ppm的吸水率。我们对XO-1b的研究结果与NICMOS光谱的大得多的吸收相矛盾。我们测量到的HD209458 b的弱吸水性让人想起了Charbonneau等人（2002）在第一个系外行星大气层透射光谱中钠吸收的弱点。具有均匀分布的额外不透明度（每克0.012厘米^2）的模型大气，大约可以解释我们在这颗行星上对水的测量和对钠的吸收。我们对HD 209458 b的研究结果支持了Pont等人（2013）提出的观点，即弱分子散射叠加在透射光谱上，透射光谱主要由雾和/或灰尘引起的连续不透明度主导。然而，HD209458 b所需的额外不透明度比HD 189733 b更灰色，具有较…
2013-07-12 astro-ph.EP
Doppler-Shifted Alkali D Absorption as Indirect Evidence for Exomoons
凌日系外行星中的钠和钾特征可能很难从恒星吸收线中分离出来。在这里，这些挑战是讨论的太阳系观测的框架，特别是水星凌日。辐射压力对于近轨道系外行星中的碱性气体动力学很重要，因为D线在共振散射中很有效。当星-行星速度大于10 km/s时，偏心的系外行星会经历一个数量级以上的辐射压力，这有助于大气逃逸，并在凌日阶段产生更大的有效截面来吸收星光。多普勒频移也有助于从恒星光球层的吸收中分离出行星的信号。目前，只有一颗过境的系外行星HD 80606 b被认为同时具有这种必要的多普勒频移和碱吸收。行星外逸层上的辐射压力自然会产生蓝移吸收，但其水平不足以解释从该系统的钾过境测量中推断出的极端多普勒频移。在没有明确的机制来产生这样一个强风，它描述了这种特性如何可能产生的一个exomoon磁层相互作用，类似于木卫一木星。在低对比度下，HD 80606 b的后续过境光谱不能排除钾喷流或具有广泛吸收结构的大气物种。然而，很明显，在成像通带内的线吸收无法解释已报告的在途窄带测光。还提出了由木卫一-木星相互作用产生的高能碱的新观测结果，这说明高能钠多普勒结构提供了一个比钾更有价值的外卫星存在的标志。
2022-02-28 astro-ph.EP
Analytical modeling of helium absorption signals of isothermal atmospheric escape
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究通过建立等温大气中氦吸收等效宽度的解析公式，探讨金属冷却对热化学结构及氦吸收特征的影响，为解释系外行星大气观测数据提供新视角。
2026-02-19 astro-ph.EP
Sensitive Probing of Exoplanetary Oxygen via Mid Infrared Collisional Absorption
在6.4 μ m处的碰撞诱导的基本振动-旋转带是红外线中来自O2的最显著的吸收特征（Rinsfeyev和Tonkov，1978; Rinslandet等人，1982年，1989年），但它还没有被纳入系外行星光谱分析有几个原因。未纳入CIA或使用了不完整/过时的CIA数据库。此外，HITRAN的当前版本不包括与其他碰撞伙伴（O2-X）的6.4 μ m的CIA。我们包括O2-X CIA功能在我们的透射光谱模拟参数化的6.4微米O2-N2 CIA的基础上Rinsland等人。（1989）和基于Baranov等人（2004）的O2-CO2 CIA。在这里，我们报告说，O2-X CIA可能是最可检测的O2过境观测功能。对于一个潜在的TRAPPIST-1 e模拟系统在5 pc的太阳，它可能是唯一的O2可检测的签名与JWST（使用MIRI LRS）的现代地球一样的多云大气与生物量的O2。此外，我们表明，6.4 um O2-X CIA对于富含O2的干燥大气非常突出（Luger和Barnes，2015），并且可以在几次过境中使用JWST检测到。因此，对于超过5 pc的系统，这一特征可能是一个强大的无人居住的行星，其大气中有非生物的“假阳性”O2-因为它们只有在那些更高的O2压力下才能被检测到。
2020-01-06 astro-ph.EP
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. V. Non-gray Thermal Structure with Coherent Scattering
我们应用栅栏处理来模拟谱线对辐照大气热结构的影响。这些线可能是由于纯粹的吸收过程、纯粹的相干散射过程或吸收和散射的某种组合。如果这些谱线是纯粹的吸收过程，那么大气的表面层会更冷，而如果这些谱线是纯粹的相干各向同性散射，那么这种表面冷却就完全不存在。这些线条也导致了更深层次的气氛升温。然而，较深层的变暖与谱线形成的性质无关。考虑到短波和长波连续谱中的相干各向同性散射，在大气范围内产生了反温室变冷和温室变暖。相干各向同性散射线和连续的影响，在串联操作，以确定所产生的辐射大气的热结构。
2018-03-01 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey II: An overly-large Rayleigh-like feature for exoplanet TrES-3b
我们开始使用OSIRIS@GTC观测到的覆盖530至950 nm波长范围的地基透射光谱，从TrES-3b的大气中搜索瑞利散射和K和Na吸收特征。我们的分析是基于贝叶斯方法，其中的光变曲线，覆盖了一组给定的通带配合联合凤凰计算的恒星临边暗化配置文件。进行分析，假设白色和红色-时间相关-噪声，两种方法（高斯过程和除以白），以考虑到红色噪声。初步分析揭示了一个传输光谱，显示出强大的瑞利样增加消光对光谱的蓝色端，并增强消光附近的K I共振双峰767 nm。然而，信号幅度明显大于理论上的预期。详细的分析表明，K I样功能完全是由于在大地O $_2$吸收的变化，但瑞利样功能仍然无法解释。
2015-10-16 astro-ph.EP
Exoplanet atmospheres with GIANO. I. Water in the transmission spectrum of HD 189733b
近红外波段的高分辨率光谱学（R $\ge$ 20，000）可用于研究系外行星大气的组成、结构和环流模式。然而，到目前为止，它一直是地面上最大的望远镜设施的专属领地，因为需要大量的光子来测量高色散光谱中的信号。在这里，我们展示了具有新颖设计的摄谱仪-特别是大光谱范围-也可以为较小的望远镜设施提供系外行星特征。我们的目标是展示系外行星HD 189733 b的一系列光谱的概念，这些光谱是在国家伽利略望远镜上用近红外光谱仪GIANO在行星的两次凌日期间拍摄的。与地球大气层中的吸收（大地吸收）相反，由于行星轨道运动的变化，行星透射光谱在过境期间径向速度发生变化。这使我们能够在保留系外行星信号的同时去除大地光谱。然后，通过将残留光谱与通过逐线辐射转移计算计算的行星大气模板模型进行互相关，并包含来自水和甲烷的分子吸收线，来提取后者。通过结合成千上万的行星分子谱线的信号，我们确认了HD 189733 b大气中存在5.5- $σ$水平的水蒸气。这个信号只在两个观测夜晚的第一个晚上被测量到。通过注入和检索人工信号，我们表明，在第二个晚上的非检测可能是由于质量低劣的数据。行星透射光谱的测量强度与VLT过去的CRIRES观测完全一致，不包括分子吸收线深度的强烈变化。
2018-02-28 astro-ph.EP
An extended hydrogen envelope of the extremely hot giant exoplanet KELT-9b
巨大的系外行星在靠近它们的主星的轨道上运行，由于它们接受了巨大的恒星辐射，因此温度很高。极端的能量输入导致大气膨胀和中性氢的逃逸。在热的巨行星中，一个特别有趣的例子是KELT-9 b--一颗系外行星，它的轨道非常接近一颗早期的A型恒星，在迄今为止已知的所有系外行星中温度最高（日侧约4600 K）。这样一颗独特行星的大气成分和动力学一直是未知的。在这里，我们报告了第一次检测到的扩展热氢气氛周围KELT-9 b。探测是通过测量凌日过程中的氢原子吸收来实现的，巴尔末Hα线异常强烈，主要是由于来自恒星的高水平极紫外辐射。我们探测到Hα吸收的显著波长偏移，这主要归因于行星轨道运动。所获得的透射光谱具有显著的线对比度（在Hα线中心处的1.15%额外吸收）。观测结果表明，Hα线中心的有效半径约为行星半径的1.64倍，表明该行星有一个很大程度上扩展的氢包层，接近洛希瓣（1.91 Rplanet）的大小，可能正在经历剧烈的大气逃逸。
2018-07-02 astro-ph.EP
Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone
Harvard University（哈佛大学）；Carnegie Science Observatories（卡内基科学天文台）；Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛工程学院与应用科学学院）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究所）；Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院地球、大气和行星科学系）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构地球与行星实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系）；Department of Physics, Washington University（华盛顿大学物理系）
研究对LHS 1140b这颗位于宜居带的岩石系外行星进行光谱观测，通过近红外凌星光谱发现其大气有氦逃逸且随时间变化，解释结果与大气分馏模型一致，同一系统中更小且辐照更强的LHS 1140c未检测到氦吸收。
2026-07-17 astro-ph.EP
The PEPSI Exoplanet Transit Survey (PETS) I: Investigating the presence of a silicate atmosphere on the super-Earth 55 Cnc e
对系外行星，特别是其大气层的研究可以通过识别特定的大气物种来揭示其演化的关键见解。对于这样的大气研究，高分辨率透射光谱学已经取得了巨大的成功，特别是对于彗星型行星。对于较小行星的大气特征，超级地球系外行星55 Cnc e是迄今为止研究的最有前途的类地系外行星之一。在这里，我们提出了一个高分辨率的光谱过境观测这颗行星，获得了与大双目望远镜的PEPSI仪器。假设在55 Cnc e的表面上存在类似地球的地壳物种，从可能的硅酸盐蒸汽气氛可能起源，我们在其透射光谱中搜索各种原子和电离物种的吸收，如Fe，Fe+，Ca，Ca+，Mg和K等。未发现任何研究物质的吸收，我们能够将吸收限值设定为中值1.9 x RP。总之，我们没有发现这个超级地球上存在广泛延伸的硅酸盐包层达到几个行星半径的证据。
2022-03-31 astro-ph.EP
Observability of hydrogen-rich exospheres in Earth-like exoplanets
小行星周围存在一个扩展的中性氢外逸层，可以作为其低层大气中存在水的证据，但迄今为止，这种特征尚未在岩石系外行星中被安全地检测到。可以使用莱曼- $α$线的凌日光谱观测行星外逸层，这主要受到线芯中星际介质吸收的限制，以及使用低轨道空间望远镜时来自地日冕的气辉污染。我们的目标是评估中性氢外逸层的类地行星过境附近的M矮星使用莱曼- $α$光谱的可探测性，并提供必要的策略，为未来的观测提供信息。在高层大气中的空间分布提供了一个经验模型的地日冕，我们假设的速度分布的基础上辐射压力的主要驱动程序在塑造外逸层。我们计算在恒星莱曼- $α$线，而在运输中的过量吸收，并使用现实的估计所涉及的观测的不确定性，以确定信号的可观测性。我们发现，在莱曼- $α$的外逸层的类地系外行星过境M矮星半径在0.1和0.6 R之间的信号$_\odot$产生50和600 ppm之间的过量吸收。恒星的Lyman- $α$通量由于星际介质的吸收而随距离呈指数衰减，这是恒星可观测性的主要限制。其他限制与恒星径向速度和仪器设置有关。在距离$\sim$ 15 pc的M矮星中，使用LUVOIR/LUMOS可以观察到Lyman-$α$的过量吸收.对噪声注入数据的分析表明，有可能在20次凌日内探测到一颗类地行星的外逸层。
2018-12-05 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey. VII. Detection of sodium in WASP-52b's cloudy atmosphere
我们报告了在热木星WASP-52 b的大气中首次探测到钠吸收。我们在10.4 m Gran Telescopio Canarias（GTC）上使用低分辨率成像和低中分辨率集成光谱学光学系统（OSIRIS）观察了WASP-52 b的一次凌日。由此产生的透射光谱覆盖了522 nm到903 nm的波长范围，除了钠双重态处显著的窄吸收特征外，是平坦的，没有特征的，这可以用1 mbar的太阳组成的大气层与云来解释。一个无云的大气层被严格排除。通过评估不同仓宽下钠的吸收深度，我们发现温度向低气压水平升高，正温度梯度为0.88 +/- 0.65 K/km，可能表明高层大气加热和逆温。
2017-03-20 astro-ph.EP
GTC OSIRIS transiting exoplanet atmospheric survey: detection of sodium in XO-2b from differential long-slit spectroscopy
我们使用加那利大望远镜（GTC）呈现了热木星系外行星XO-2b的两次凌日。时间序列观测是使用XO-2和附近的参考星的长缝光谱与OSIRIS仪器进行的，使差分分光光度法凌日光曲线能够测量系外行星的透射光谱。两个光学低分辨率光栅用于覆盖从3800到9300 nm的光学波长范围。我们发现，目标和参考星之间的亚毫微微级狭缝损耗阻止了完整的光学透射光谱的构建，限制了我们的分析，差分吸收深度超过~ 1000 nm的区域。更宽的长狭缝或具有宽掩模的多目标棱镜光谱学可能会证明在最大限度地减少观察到的狭缝损失趋势方面是有效的。在这两次凌日期间，我们使用以Na I双重峰为中心的50 μ m带通探测到XO-2 b在行星大气中的显著吸收，使用R500 R棱镜时吸收深度Δ（R_pl/R_star）^2 =0.049+/-0.017%，使用R500 B棱镜时吸收深度Δ（R_pl/R_star）^2 = 0.047+/-0.011%（两次凌日的综合显著性为5.2 σ）。在我们的低分辨率光谱中，钠的特征是未解决的，详细的建模也可能排除了在双峰周围~ 800 nm区域的显着线翼吸收。结合窄带测光测量，XO-2b是第一个有证据表明木星大气中存在钠和钾的热木星。
2012-08-24 astro-ph.EP
Evidence for He I 10830 Å~ absorption during the transit of a warm Neptune around the M-dwarf GJ 3470 with the Habitable-zone Planet Finder
了解高温和温暖系外行星外流大气的动力学和运动学对于了解蒸发沙漠附近系外行星的起源和演化历史至关重要。最近，对亚稳态氦原子在10830 Ω ~的共振吸收的地面测量已经成为驱动系外行星大气外流的基础环境的有力探测。我们使用宜居带行星木星（HPF）近红外摄谱仪，在三次凌日期间，报告了在环绕M矮星GJ 3470的温暖海王星的外逸层中He I 10830吸收（等效宽度$\sim$ $0.012 \pm 0.002$）的证据。这标志着He I 10830\的第一个证据，即一颗绕M矮星运行的行星的大气吸收。我们检测到的吸收范围很广，其蓝移翼延伸到-36公里/秒，这是迄今为止文献中报道的最大吸收。基于对GJ 3470紫外和X射线通量的假设，我们模拟了GJ 3470 b外逸层中氦原子的状态，并发现我们对亚稳态氦$(N_{He^2_3S} = 2.4 \times 10^{10} \mathrm{cm^{-2}})$的通量加权柱密度的测量，来自我们的过境观测，与模型一致，在其不确定性范围内。该方法将有助于研究和约束其他系外行星（如GJ 3470 b）的大气外流模型，这些行星靠近蒸发沙漠的边缘。
2020-03-30 astro-ph.EP
Detection of carbon monoxide in the high-resolution day-side spectrum of the exoplanet HD 189733b
经过十多年的多次尝试，高分辨率光谱学最近首次探测到系外行星大气中的分子吸收，包括透射光谱和热发射光谱。这些测量以分子波段中各条谱线的组合信号为目标，利用行星径向速度的变化将行星信号与大地和恒星污染物分离开来。在本文中，我们采用高分辨率光谱探测分子吸收的明亮过境热木星HD 189733 b的日侧光谱。我们用甚大望远镜上的CRIRES高分辨率近红外光谱仪在三个晚上观测了HD 189733 b。我们检测到一个5 σ的吸收信号，从CO在对比度为~4.5e-4相对于恒星的连续性，揭示了行星轨道径向速度在154+4/-3公里s-1。这使得我们可以用类似于食双星的方法来求解行星和恒星的质量，结果是Ms= 0.846+0.068/-0.049 Msun和Mp= 1.162+0.058/-0.039 MJup。H2O、CO2或CH 4没有检测到显著的吸收，我们在这里确定了它们的线对比度的上限。HD 189733 b的昼侧光谱中CO的检测可以与提出的解释光学至近红外透射光谱的雾层一致，如果该层在我们的观测所探测的法向入射角下光学薄，或者如果CO丰度足够高以使CO吸收源自雾层上方。我们在2.0微米处未检测到CO2，这与低分辨率NICMOS二次日食数据在相同波长范围内的深层CO2吸收并不矛盾。如果是真的，那么这种吸收会非常强烈，以至于在这个波长范围内完全消除任何行星光，没有高分辨率的信号可以测量。
2013-04-15 astro-ph.EP
All along the line of sight: a closer look at opening angles and absorption regions in the atmospheres of transiting exoplanets
透射光谱包含了大量关于过境系外行星大气层的信息。然而，大的热和化学梯度沿视线可以导致有偏见的推断，在大气反演。为了确定离行星临边面多远的大气层仍然影响透射光谱，我们推导了一个新的公式来估计行星的张角。这是大气层对着的角度，有助于从行星中心沿视线观察。我们基准我们的公式与三维蒙特卡罗辐射转移代码，我们定义了一个开放的角度适合于JWST观测的解释，假设10 ppm的噪声地板。我们发现，对于温度低于ca的行星，张角只有几度。500开尔文，而它可以大到25度的（超）热彗星和50度的热海王星。与以前的作品相比，我们更强大的方法导致更小的估计在很大范围的尺度高度和行星半径的张开角。最后，我们表明，超热彗星有一个开放的角度是小于行星在过境期间旋转的角度。这使得时间分辨的透射光谱观测可以在凌日的前半段和后半段探测行星边缘的独立部分。
2021-12-15 astro-ph.EP
Theory and simulation of spectral line broadening by exoplanetary atmospheric haze
大气霾是外行星光谱平坦化的主要候选者，因为它也是太阳系行星、卫星和彗星大气不透明度的重要来源。系外行星的透射光谱携带着关于行星大气如何对过境的恒星光变得不透明的信息，在与钠、钾和水的谱线相对应的波长范围内显示出广泛的无特征吸收。我们开发了一个详细的原子模型，描述原子或分子辐射与灰尘和大气雾霾颗粒物的相互作用。该模型采用了一个现实的结构，从小的纳米尺寸的种子颗粒到亚微米不规则形状的聚集体的雾霾颗粒，占两个成对的碰撞之间的辐射器和雾霾扰动，准静态平均场移动的水平在雾霾环境。这种形式主义可以解释在霾大气中吸收和发射光谱的大的平坦化，并且示出辐射器-霾粒子相互作用如何影响谱线的翼部和其中心附近的吸收光谱形状。该理论可以解释几乎所有的现实结构，尺寸和灰霾颗粒物的化学组成，并预测其在灰霾环境中的吸收和发射光谱的影响。我们通过计算氩雾中钠D线的发射光谱的位移和加宽来说明该方法的实用性。所提出的模型的简单性，优雅性和通用性，应该使它适合于在天体物理学和化学的用户的广泛社区。
2018-05-25 astro-ph.EP
Detection of H2O and evidence for TiO/VO in an ultra hot exoplanet atmosphere
我们提出了一个初步的过境观测超热（Teq~ 2400 K）的气体巨星expolanet WASP-121 b，使用哈勃空间望远镜宽视场相机3在光谱模式在1.12-1.64微米波长范围内。在行星大气中以高置信度（5.4 sigma）检测到1.4微米的吸水带。我们还重新分析了B，r '和z'过滤器中拍摄的地面光度学光变曲线。相对于近红外波长，在这些光学带通中测量到明显更深的过渡。我们的结论是，高海拔烟雾单独的散射是不可能解释这种差异，而是解释为氧化钛和氧化钒吸收的证据。在1.12-1.3微米的波长范围内也推断出增强的不透明度，这可能是由于氢化铁的吸收。如果得到证实，WASP-121 b将是第一颗在传输中检测到氧化钛，氧化钒和氢化铁的系外行星。后者是M/L矮星中的重要物种，它们的存在可能对大气的整体物理和化学产生重大影响，包括产生强烈的逆温。
2016-04-08 astro-ph.EP
Detection of molecular absorption in the dayside of exoplanet 51 Pegasi b?
在本文中，我们提出了基于地面的高分辨率光谱的51飞马座使用CRIRES在甚大望远镜。该系统在2.3微米处以R = 100，000的光谱分辨率进行了3x 5小时的观测，目标是该行星昼侧光谱中一氧化碳、水蒸气和甲烷的潜在特征。在前2x 5小时的数据中，我们发现一氧化碳和水的吸收在正式的5.9σ置信水平下的组合信号，表明大气层没有反转。我们得到了一颗质量为M_P =（0.46 +-0.02）M_Jup，轨道倾角i在79.6 ° ~ 82.2 °之间的行星，其上限是由于以前的测光监测中没有探测到行星凌日而设定的。然而，在最后5小时的数据中没有信号的痕迹。统计分析表明，前两个晚上的信号是强大的，但我们没有找到令人信服的解释，它的缺席在最后一晚。后者遭受更强的噪声残留和更大的仪器不稳定性比前两个晚上，但这些不能完全解释丢失的信号。51 Peg b的综合昼侧排放可能反而受到天气的强烈影响。然而，在我们能够声称地球大气层的任何时间变化之前，还需要更多的数据。
2013-02-25 astro-ph.EP
Exoplanet atmospheres with GIANO II. Detection of molecular absorption in the dayside spectrum of HD 102195b
对系外行星大气层的研究是了解其物理、化学和动力学过程之间差异的关键。到目前为止，大部分的大气特征分析已经在凌日行星上进行。在一些足够明亮的目标上，高分辨率光谱（HRS）也成功地测试了非凌日行星。我们研究的非过境行星HD 102195 b的昼面使用安装在TNG的GIANO摄谱仪，证明了大气特征测量和分子探测的可行性与HRS技术，使用4米级望远镜的非过境行星。多普勒频移行星信号的变化在许多公里/秒的顺序在观测过程中，与大地吸收，这是固定的波长，使我们能够删除污染的大地线，同时保留行星光谱的功能。HD 102195 b大气层的发射信号通过将剩余光谱与大气模型互相关来提取。我们在4.4 $σ$能级上探测到来自水蒸气的分子吸收。我们还发现了令人信服的证据，甲烷的存在，这是在4.1 $σ$水平检测。这两个分子的检测组合的意义为5.3 $σ$，在行星径向速度$K_P=128\pm 6$ km/s的半振幅。我们估计行星的真实质量为$M_P=0.46\pm 0.03~M_J$，轨道倾角在72.5和84.79 $^{\circ}$（1 $σ$）之间。我们的分析表明，HD 102195 b的非倒置大气层，正如预期的那样，由于行星的温度相对较低，无法有效地保持TiO/VO处于气相。此外，与理论预期和化学模型预测的比较证实了我们的甲烷检测，并表明检测到的$CH_4$和$H_2O$签名可能与低C/O比一致。
2019-04-08 astro-ph.EP
An absolute sodium abundance for a cloud-free 'hot Saturn' exoplanet
碱金属的广泛吸收特征，如钠（Na I）和钾（K I）共振双峰，长期以来一直被预测在无云辐照的气体巨系外行星的光学大气光谱中1，2，3。然而，观测只揭示了这些特征的狭窄核心，而不是完整的压力加宽轮廓4 -6。在昼夜行星终结点的云和薄雾不透明度被认为是遮蔽吸收线翼的原因，这阻碍了对绝对大气丰度的限制7 -9。在这里，我们提出了一个光学透射光谱的“热土星”WASP-96 b获得的甚大望远镜，它表现出完整的压力加宽的钠吸收功能的配置文件。光谱与无云，太阳丰度模型假设化学平衡非常一致。我们能够精确地测量出钠的绝对丰度logε_Na=6.9+0.6-0.4，并将其作为该行星大气金属丰度相对于太阳值的替代值（Z_p/Z_ \star =2.3+8.9/--1.7）。这一结果与太阳系行星和系外行星10 -12的质量-金属丰度趋势相一致。
2018-06-15 astro-ph.EP
High resolution transmission spectrum of the Earth's atmosphere -- Seeing Earth as an exoplanet using a lunar eclipse
随着系外行星领域的快速发展，越来越多的类地系外行星被探测到。使用凌日观测来描述它们的大气层将成为探测类地系外行星的关键数据。我们地球的大气透射光谱将是与未来的地球外候选者进行比较的理想模板。通过观测月食，它提供了一个类似的配置，一个系外行星过境，我们已经获得了高分辨率和高信噪比的地球大气透射光谱。这次观测是在2011年12月的月全食期间在中国兴隆站用高分辨率摄谱仪进行的。我们将观测到的透射光谱与我们的大气模型进行了比较，并详细确定了各种大气物种的特性。在透射光谱中，探测到O2、O3、O2-O2、NO2和H2O，测量了它们的柱密度，并与卫星数据进行了比较。可见的臭氧Chappuis带产生最突出的吸收特征，这表明臭氧是未来地球外表征的有希望的分子。单个O2谱线被分辨，并且O2同位素被清楚地检测到。我们的新观测并没有证实以前月食观测中报道的Ca II或Na I的吸收特征。然而，这些和其他一些强夫琅和费线位置的特征确实出现在观测到的光谱中。我们建议，这些都是由于拉曼散射组件中出现在月球本影光谱的前向散射太阳光。在我们的光谱中发现水蒸气吸收相当弱，因为我们探测的大气相对干燥，这促使我们讨论类地系外行星大气中水蒸气的可探测性。
2014-05-19 astro-ph.EP
Physically motivated analytic model of energy efficiency for EUV-driven atmospheric escape of close-in exoplanets
本文提出基于物理温度与时间尺度的EUV大气逃逸解析模型，可预测能量限制与复合限制区效率，并解释Lyα、Hα吸收探测规律。
2025-02-12 astro-ph.EP
The Rossiter-McLaughlin effect and exoplanet transits: A delicate association at medium and low spectral resolution
本研究针对RM效应在中低光谱分辨率下对系外行星凌星光谱的影响尚不明确的问题，通过模拟发现其不影响低分辨率宽带特征，但会偏差中分辨率窄线信号，且验证了HD209458b的钠信号为行星起源。
2023-12-20 astro-ph.EP
The post-transit tail of WASP-107b observed at 10830A
了解高能辐射和恒星风对行星大气的影响对于解释近距离系外行星的观测特性至关重要。在10830 A的亚稳态氦线三重态中观测凌日系外行星，可以研究单个行星的扩展大气和逃逸过程。我们在Keck观测到一次WASP-107 b的NIRSPEC凌日，10830 A。我们的观测结果第一次具有显著的过境后阶段覆盖范围，我们在第四次接触后一个多小时内检测到过量吸收。这些数据可以解释为彗星状的尾巴延伸到大约7个行星半径，相当于大约两倍的洛希瓣半径。行星尾是基于逃逸的系外行星大气层的3D模拟，特别是那些逃逸的物质和强烈的恒星风之间的相互作用，并且之前已经在10830 A观测到，至少在另一颗系外行星上。WASP-107 b在10830 A观测到最大的中天吸收信号和最长的尾巴，仍然是大气逃逸研究的关键系外行星。
2021-07-19 astro-ph.EP
Helium absorption in exoplanet atmospheres is connected to stellar coronal abundances
10830埃附近氦三重态的凌日观测是研究系外行星大气及其质量损失的成功工具。形成这些谱线需要外行星大气中氦的电离和复合。这种电离是由极紫外线（EUV）波长的恒星光子引起的;然而，目前还没有活跃的望远镜可以观察到这部分恒星光谱。恒星极紫外光谱的相关部分由单独的发射谱线组成，其中许多是由日冕温度下的铁形成的。由于第一电离势（FIP）效应，在高活动低质量恒星中，日冕中的恒星铁丰度经常被观测到耗尽。我表明，恒星与高与低日冕铁丰度遵循不同的标度律，将它们的X射线发射和窄波段EUV通量，导致氦电离。我还表明，恒星的铁，氧丰度比在日冕中可以合理地从X射线CCD光谱测量，产生类似的结果，以高分辨率的X射线观测。考虑到日冕铁丰度，可以减少目前观察到的EUV辐射与系外行星氦过境深度之间的关系的大散射，改善系外行星透射光谱学的目标选择标准。特别是，以前令人困惑的海王星系外行星没有检测到氦，现在符合修订后的标度定律的预期。
2022-02-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Measurements and predictions of H2 pressure-broadening coefficients of CO2 absorption lines for exoplanet atmosphere studies
Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Université, École Normale Supérieure, Université PSL, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, CNRS（动态气象实验室，IPSL，索邦大学，巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院，法国国家科学研究中心）；Université de Tunis, Laboratoire de Spectroscopie et Dynamique Moléculaire, École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Tunis（突尼斯大学，分子光谱与动力学实验室，突尼斯国立工程师学校）；Univ Paris Est Créteil and Université Paris Cité, CNRS, LISA（马恩河谷大学和巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，大气、海洋和陆地环境观测与研究实验室）
本文通过高分辨率傅里叶变换光谱仪测量了二氧化碳nu3带在4.3微米波段的H2压力展宽系数，并利用分子动力学模拟预测了200-1000K温度范围内展宽系数，结果与实验数据一致，误差小于3%。
2026-05-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Ground-based detection of an extended helium atmosphere in the Saturn-mass exoplanet WASP-69b
热气体巨型系外行星可能会因强烈的恒星辐射而失去部分大气层，影响其物理和化学演化。对系外行星大气逃逸的研究主要依赖于对远紫外线中氢莱曼-α线的天基观测，该线受到星际吸收的强烈影响。使用地面高分辨率光谱，我们检测到过量的吸收在氦三重态在1083 nm的土星质量的系外行星WASP-69 b的过境期间，在信噪比为18。我们测量了几公里/秒的线蓝移和过境后吸收，我们将其解释为以彗星形式尾随在行星后面的部分大气的逃逸。[作者补充说明：此外，我们还提供了系外行星HD 209458 b、KELT-9 b和GJ 436 b大气中氦信号的上限。我们调查的主机恒星的所有行星检测到的氦信号和我们得出上限的三个行星。在每种情况下，我们计算这些行星接收到的X射线和极紫外线通量。我们发现氦在行星的大气中被检测到（绕着更活跃的恒星运行），并且从它们的宿主恒星接受更大量的辐射。
2018-12-07 astro-ph.EP
Mid-IR and VUV Spectroscopic Characterisation of Thermally Processed and Electron Irradiated CO2 Astrophysical Ice Analogues
由于CO2在整个星际介质和太阳系中的普遍存在，以及它作为合成更大，更复杂的有机分子的碳原料的可能性，CO2冰类似物的天体化学一直是深入研究的主题。为了准确地辨别CO2在其中发挥作用的物理化学过程，有必要将实验室生成的光谱与地面和空间望远镜获得的观测数据进行比较。已知影响这种光谱的出现的关键因素是温度，特别是当在红外和紫外中获得光谱时。在本研究中，我们描述了一个系统的调查研究结果：（一）热退火对中红外和真空紫外吸收光谱的纯，未照射的CO2天体物理冰类似物在不同温度下制备的影响，和（ii）温度对化学产品的电子辐照类似冰的影响。我们的研究结果表明，中红外和真空紫外光谱的纯CO2冰是敏感的结构和化学变化引起的热退火。此外，使用中红外光谱，我们已经成功地确定了生产的辐射分解的子分子作为一个结果，1千电子伏的电子辐照和温度的影响，在此化学。这些结果可直接用于研究星际冰、彗星和冰冷的月球物体的化学性质，也可作为未来观测任务的参考数据。
2022-03-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
The effect of ISM absorption on stellar activity measurements and its relevance for exoplanet studies
过去对拥有热彗星的恒星的紫外线和光学观测表明，其中一些恒星的色球活动非常低，明显低于基底水平。对于WASP-13，观察结果表明，明显缺乏活性可能是由来自干预ISM的吸收引起的。受这一结果的启发，我们研究了ISM吸收对主序星晚型星活动测量（S和logR' $_{\rm HK}$指数）的影响。为此，我们采用合成恒星光球光谱结合不同量的色球发射和ISM吸收。我们提出了ISM吸收的影响，通过改变几个仪器，恒星，和ISM参数的活动测量。我们发现，当恒星和ISM谱线之间的相对速度小于30-40 km/s，ISM Ca Ⅱ柱密度logN $_{\rm CaII}$ >12时，ISM吸收对活度测量有显著影响。银河ISM吸收的直接测量和三维地图表明，沿着大多数视线，通常在大约100 pc的距离处可以达到logN $_{\rm CaII}$ =12的ISM Ca II柱密度。特别是，对于距离大于100 pc的类太阳恒星，我们预计logR' $_{\rm HK}$值的凹陷（偏差）大于0.05-0.1 dex，大约与该参数的典型测量和校准不确定性相同。这项工作表明，由ISM吸收引入的偏见时，必须始终考虑测量活动的恒星躺在超过100 pc。我们还考虑了多个ISM吸收分量的影响。我们讨论的相关性，这一结果的系外行星研究。
2017-02-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
High-resolution confirmation of an extended helium atmosphere around WASP-107b
探索系外行星大气的蒸发是理解系外行星系统形成和演化的关键。紫外线中蒸发的主要示踪物是莱曼-α跃迁，它可以揭示扩展的外逸层。最近，近红外亚稳态氦三重态（1.08微米）揭示了几个系外行星的扩展热层，为蒸发打开了一扇新的窗口。我们的目标是在光谱上解决的第一个氦吸收签名检测WASP-107 b与HST/WFC 3。我们用高分辨率光谱仪CARMENES获得了WASP-107 b的一次凌日。在凌日期间，我们在行星静止框架中检测到5.54+/-0.27%的过量氦吸收特征。检测结果与之前使用WFC 3进行的检测结果一致。该特征显示在谱线的蓝色部分有过量吸收，表明HeI原子正在从WASP-107 b的大气中逃逸。我们解释的时间序列吸收光谱使用3D EVE代码。我们的观测结果可以通过将一个充满了半个洛希瓣的扩展热层和一个由亚稳态氦逃逸率（约为10^6 g/s）维持的大的外逸层尾部结合起来来解释。然而，在这种情况下，高层大气需要受到来自恒星的减少的光电离和辐射压力的影响，以使模型与观测结果相匹配。氦特征是从太空和地面探测到的。地面高分辨率信号带来了关于高层大气空间和动力学结构的详细信息，模拟表明，WASP-107 b的HeI信号探测了其热层和外逸层，从而将该信号确定为系外行星高层大气的可靠探测器。用近红外高分辨率摄谱仪（如CARMENES、SPIRou或NIRPS）进行的巡天将通过氦三重态提供对系外行星…
2019-01-23 astro-ph.EP
A Detection Of H-alpha In An Exoplanetary Exosphere
我们报告在四个系外行星的H-α吸收搜索。在HD 189733 b和HD 209458 b的透射光谱中都观察到了H-α的强烈特征。我们试图描述HD 189733 b中恒星变化的特征并消除其影响，结合经验蒙特卡罗检验，结果表明，相对于相邻的连续谱，在16埃波段上积分的（-8.72+/-1.48 x10 ^-4）与凌日相关的特征具有统计学意义。我们认为这是首次在系外行星大气中探测到这条线。先前在HD 189733 b的大气中探测到Ly-alpha，使我们能够计算出氢的激发温度，T_exc=2.6x10^4 K。这种计算在很大程度上取决于某些简化假设。我们探讨了这些假设，并认为T_exc很可能比HD 189733 b的辐射平衡温度（基于恒星辐射和行星距离假设的行星温度）大得多。一个大的T_exc意味着一个非常低的密度，这是不处于热力学平衡的行星的低层大气。我们认为，在大气中引起H-α吸收所需的n=2氢是由于HD 189733 b的紫外线通量更大而产生的，HD 189733 b在我们的样本中具有最小的轨道和最活跃的色球中心恒星。虽然HD 209458 b的透射光谱在宽波段上的整体积分与零一致，但它在反射对称的透射光谱中包含了一个戏剧性的，统计上显著的特征。我们讨论了可能导致这种特征的物理过程。我们剩下的两个目标（HD 147506 b和HD 149026 b）没有显示出任何清晰的特征，因此我…
2012-03-20 astro-ph.EP
A continuum from clear to cloudy hot-Jupiter exoplanets without primordial water depletion
已经发现了数千颗凌日系外行星，但迄今为止，对其大气层的光谱分析主要是少数系外行星和跨越相对较窄波长范围（如1.1至1.7 μm）的数据。最近的研究表明，一些热木星系外行星在其近红外光谱中的水吸收特征比预测的要弱得多。水信号的低幅度可以用非常低的水丰度来解释，这可能是一个迹象，表明水在行星形成位置的原行星盘中耗尽，但目前还不清楚这种耗尽水平是否真的会发生。或者，这些微弱的信号可能是云或薄雾遮蔽的结果，如在某些光谱中发现的那样。在这里，我们报告的结果，从10个热散射覆盖的波长范围0.3-5微米，这使我们能够解决光学散射和红外分子吸收光谱的比较研究。我们的研究结果揭示了一组不同的热彗星，表现出从清晰到多云的连续大气。我们发现，在光学和红外波长测量的行星半径之间的差异是一个有效的度量区分不同的大气类型。这种差异与水的光谱强度有关，因此在大气清晰的行星上可以看到强的水吸收线，而最弱的特征与云和薄雾有关。这一结果有力地表明，原始水在形成过程中耗尽是不可能的，云和霾是较弱的光谱特征的原因。
2015-12-14 astro-ph.EP
Polarized Scattering and Biosignatures in Exoplanetary Atmospheres
在系外行星的背景下计算了行星大气中的偏振散射。偏振辐射转移的问题解决了一般情况下的吸收和散射，而瑞利和米氏偏振散射被认为是最相关的例子。结果表明：（1）单次散射和多次散射的相对贡献依赖于恒星辐射和行星大气中的不透明度;（2）云（3）分子波段的偏振散射增加了系外行星探测的可靠性;（4）在可见光偏振光谱中可以探测到其他行星上的光合生命，灵敏度高。这些例子证明了旋光光谱法在系外行星研究和寻找宇宙生命方面的作用。
2016-07-23 astro-ph.EP physics.ao-ph
Alkaline Exospheres of Exoplanet Systems: Evaporative Transmission Spectra
流体静力平衡是一个很好的近似的致密层的行星大气，它已被规范地用于解释透射光谱的系外行星。在这里，我们利用高分辨率摄谱仪的能力，探测钠和钾气体的脆弱层，由于其强大的吸收截面。我们提出了一个大气层外大气层退化光学厚和光学薄介质之间，提出了一个问题，流体静力平衡是否是适当的Na I线观测系外行星。为此，我们模拟三个非流体静力学，蒸发，密度分布：（一）逃逸，（二）exomoon，和（iii）环面检查他们的印记上的碱性外逸层传输。通过分析蒸发生长曲线，我们发现$W_{\mathrm{Na D2}} \sim 1- 10$ mA的等效宽度自然地由纯原子Na的蒸发速率$\sim 10^3 - 10^5$ kg/s驱动。为了打破大气和外逸层吸收之间的简并，我们建议，如果线比是$\mathrm{D2/D1} \gtrsim 1.2$的气体是光学薄的平均和大致表示非流体静力学结构的大气/外逸层。我们表明，这是在热中子源WASP-49 b和HD 189733 b的Na I观测的情况下，也模拟他们的K I光谱。最后，由于在超热彗星上探测到大量的金属，我们认为WASP-76 b和WASP-121 b的环形大气与目前的Na I数据是一致的。
2020-08-10 astro-ph.EP
DREAM: III.A helium survey in exoplanets on the edge of the hot Neptune desert with GIANO-B@TNG
本研究使用GIANO-B光谱仪对海王星沙漠边缘的9颗系外行星进行HeI透射光谱巡天，未观测到行星吸收，给出了热层吸收、温度和质量损失上限，并证实HeI吸收信号与恒星质量和XUV通量相关。
2023-07-18 astro-ph.EP
Temporal variations in the evaporating atmosphere of the exoplanet HD 189733b
通过氢莱曼α线的凌日观测，已经从系外行星HD 209458 b探测到大气逃逸。在这里，我们提出了光谱分辨莱曼α过境观测系外行星HD 189733 b在两个不同的时代。这些HST/STIS观测首次表明，蒸发的行星大气的物理条件存在显著的时间变化。虽然在第一个时期的观测中没有检测到大气氢，但在第二个时期观测到了它，在-230至-140 km/s的速度之间产生了14.4+/-3.6%的过境吸收深度。与HD 209458 b相反，这些高速度不能仅仅由辐射压力产生，需要额外的加速机制，例如与恒星风质子的相互作用。观测到的吸收可以用中性氢原子的大气逃逸率约为10^9 g/s、速度为190 km/s的恒星风和~ 10^5 K的温度来解释。在第二个历元观测前8小时，Swift/XRT观测到的活跃恒星的X射线耀斑支持了这样一种观点，即观测到的行星上层大气的变化可能是由恒星风性质的变化引起的，或者是由恒星能量输入行星逃逸气体的变化引起的（或者是两种效应的混合）。这些观测首次表明了系外行星的大气层与恒星变化之间的相互作用。
2012-06-27 astro-ph.EP
