Aurora: A Generalised Retrieval Framework for Exoplanetary Transmission Spectra
大气检索的系外行星传输光谱提供了重要的约束条件，如化学丰度，云/霾的属性，和特征温度，在昼夜大气终止。到目前为止，大多数光谱已经观察到巨大的系外行星，由于检索通常假设富氢大气。然而，最近对迷你海王星/超级地球的观测，以及包括JWST在内的即将到来的设施的承诺，需要新一代的检索，可以解决各种各样的大气成分和相关的复杂性。在这里，我们报告了Aurora，这是一个下一代大气检索框架，它建立在最先进的架构之上，并结合了以下关键进步：a）考虑到富氢和贫氢大气的一般成分反演，b）非均匀云/霾的一般处方，c）用于高维反演的多个贝叶斯推断算法，d）折射、前向散射的模块考虑，和米氏散射，以及e）噪声建模功能。我们展示了极光对热木星HD209458 b，迷你海王星K218 b和岩石系外行星TRAPPIST 1d的当前和/或合成观测。使用当前的HD209458 b光谱，我们证明了我们的框架和云/霾处方对富氢/贫氢大气的假设的鲁棒性，改善了以前的治疗。使用K218 b的真实和合成光谱，我们展示了不可知的方法来自信地限制其大气成分，并获得精确的丰度估计。对于TRAPPIST 1d，10次JWST NIRSpec凌日可以识别无云的CO $_2$富集大气和N $_2$富集大气的主要大气成分，以及痕量气体的丰度限制，包括O $_3$的初始指示，如果以增强的水平存在（$\sim$ 10- 100 x地球水平）。
2021-03-15 astro-ph.EP
Early Insights for Atmospheric Retrievals of Exoplanets using JWST Transit Spectroscopy
我们已经进入了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的时代。我们使用NIRSpec仪器在3-5 $μ$ m范围内获得的热土星质量系外行星WASP-39 b的第一个JWST透射光谱来研究（a）该光谱范围内JWST质量数据可能存在哪些大气约束，（b）对检索中使用的大气模型的要求，（c）数据简化管道之间的差异对检索的大气属性的影响，以及（d）JWST在3-5 $μ$ m范围内的数据与HST在较短波长的观测之间的互补性。在3-5 $μ$ m范围内的JWST光谱为化学探测提供了一个有希望的途径，同时包含了几个突出的气溶胶的云不透明度窗口。我们证实了最近的推断CO $_2$，SO $_2$，H $_2$ O，和CO在WASP-39 b，H $_2$ S报告的初步证据，并检索元素丰度与土星的金属丰度一致。我们检索分子丰度与$\sim$ 0.3-0.6 dex精度与此相对有限的光谱范围。当单独考虑3-5 $μ$ m数据时，报告的不同还原管道的光谱差异可能会影响丰度估计值，最高可达$\sim$ 1 dex，并影响不太突出的物种的可检测性。与较短波长的数据相补充，例如与其他JWST仪器或HST WFC 3（$\sim$ 0.8-1.7 $μ$ m）相补充，可以大大提高丰度估计的准确性和精确度。高质量的数据使得能够限制气溶胶特性，包括其组成，模态大小和范围，激发他们在检索中的考虑。我们的研究结果突出了JWST…
2023-01-06 astro-ph.EP
Analysis of the planetary mass uncertainties on the accuracy of atmospherical retrieval
描述系外行星大气的特性依赖于几个相互关联的参数，这使得很难独立地确定它们。行星质量在决定大气层的尺度高度方面起着类似于气体平均分子量的作用。我们调查的行星质量知识的光谱检索的相关性，确定的情况下，需要质量测量的清晰或多云和主要或次要的大气，以及相关的精度，在欧空局M4阿里尔任务的背景下。我们使用TauREx模拟Ariel任务参考样本的代表性目标的Ariel透射光谱，假设不同的场景：热木星和热海王星的原始多云大气，以及超级地球的次级大气也表现出云的存在。我们提取的信息的各种性质的大气的情况下，未知的质量或质量具有不同的不确定性。我们还测试了信噪比如何影响不同波长范围的大气反演。我们准确地检索原始大气成分独立于质量的不确定性清晰的大气，而我们发现，高海拔云的不确定性增加。我们强调的重要性，信噪比的瑞利散射区域的频谱。对于二次大气的情况下，质量不确定性不大于50%是足够的检索大气参数，即使在云的存在。我们的分析表明，即使在最坏的情况下，50%的质量精度水平也足以产生可靠的检索，而在没有任何行星质量知识的情况下进行大气检索可能会导致多云的主要大气层以及次级大气层的偏差。
2022-12-02 astro-ph.EP
Aura-3D: A Three-dimensional Atmospheric Retrieval Framework for Exoplanet Transmission Spectra
大气检索的系外行星传输光谱允许的昼夜终结者区域的组成和结构的限制。在过去，这种检索通常假设一维温度结构，足以解释现存的观测。然而，越来越多的数据质量预期从系外行星光谱与JWST激励多维大气检索的考虑。我们提出了AURA-3D，系外行星传输光谱的三维大气检索框架。AURA-3D包括一个前向模型，能够快速计算给定大气结构的三维几何结构中的透射谱，因此可以用于大气反演以及计算大气环流模型（GCM）的光谱。为了有效地探索空间的可能的三维温度结构的检索，我们开发了一个参数化的三维压力-温度分布，它可以准确地表示方位角平均温度结构的热木星GCM的范围。我们应用我们的检索框架模拟JWST观测热木星透射光谱，获得准确的估计昼夜温度变化的整个终结者以及化学物种的丰度。我们展示了一个例子的模型热木星透射光谱，传统的一维检索JWST质量的数据返回有偏见的丰度估计，而检索，包括昼夜温度梯度可以准确地检索到真正的丰度。我们的正演模型也有能力，包括不均匀的化学以及可变的云/雾。这个新的检索框架打开了领域，详细的多维大气特性使用传输光谱的系外行星在JWST时代。
2022-08-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Assessment of Supervised Machine Learning for Atmospheric Retrieval of Exoplanets
大气检索系外行星的光谱观测需要广泛的探索一个高度退化和高维参数空间，以准确地约束大气参数。检索方法通常使用诸如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）或嵌套采样的采样算法来进行贝叶斯参数估计和统计推断。最近，已经进行了几次尝试，使用机器学习算法来补充或完全取代贝叶斯方法。虽然已经取得了很大的进展，这些方法有时仍然无法准确地再现当代贝叶斯检索的结果。我们目前工作的目标是研究机器学习对大气反演的有效性。作为一个案例研究，我们使用随机森林监督机器学习算法，该算法以前已经应用于热木星WASP-12 b的近红外透射光谱的大气反演取得了一定的成功。我们重现以前的结果使用相同的方法和相同的半分析模型，并随后扩展这种方法，开发一种新的算法，结果在一个更接近的匹配完全贝叶斯检索。我们将这种新方法与一个完全数值大气模型相结合，并证明了与贝叶斯检索的另一个热木星，HD 209458 b的透射光谱的良好协议。尽管取得了这一成功，并实现了高计算效率，我们仍然发现，机器学习方法是计算上禁止高维参数空间，常规探索与贝叶斯检索与适度的计算资源。我们讨论了权衡和未来的潜在途径。
2020-04-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Thermal structure and aerosols in Mars' atmosphere from TIRVIM/ACS onboard the ExoMars Trace Gas Orbiter : validation of the retrieval algorithm
ExoMars微量气体轨道器（TGO）上的大气化学套件（ACS）通过红外线的不同光谱间隔监测火星大气。我们提出了一个检索算法，专门用于分析TIRVIM（ACS的热红外通道）在最低点几何条件下获得的光谱。我们的算法同时反演大气温度垂直廓线高达50公里，地面温度，和综合光学厚度的尘埃和水冰云。TIRVIM数据集的特异性在于它能够在54个太阳日的时间内解析日周期。然而，在一天中的不同时间，所需的大气量能准确估计到什么程度还不确定。在这里，我们首先提出了一个观测系统模拟实验（OSSE）。我们在不同的纬度，季节和当地时间产生合成观测，并在这些合成数据上运行我们的检索算法，以评估其鲁棒性。不同来源的偏见的文件，特别是关于气溶胶检索。大气温度反演被发现强大的，即使灰尘和/或水冰云不透明度没有很好地估计在我们的OSSE。然后，我们将我们的算法应用于2018年4月至5月的TIRVIM观测，并通过与数千个位于同一地点的火星气候探测器（MCS）检索进行比较，对检索的大气温度和尘埃综合不透明度进行交叉验证。TIRVIM和MCS大气温度之间的大部分差异可以归因于垂直敏感性的差异。白天的尘埃不透明度彼此一致，而在这个季节的TIRVIM夜间尘埃不透明度被发现的偏差。
2022-01-27 astro-ph.EP
How Does Thermal Scattering Shape the Infrared Spectra of Cloudy Exoplanets? A Theoretical Framework and Consequences for Atmospheric Retrievals in the JWST era
对系外行星的观测研究表明，云的存在无处不在。目前用于计算云的排放模拟技术往往需要事先了解云的凝结物质，而且往往不考虑云的散射效应。我们探索热散射对发射光谱的影响，通过模拟一套热木星大气层与不同的云单散射的散射角（SSA）和温度分布。我们研究的情况下，从简单的等温条件下，更复杂的结构和物理驱动的云建模。我们表明，从夜侧云散射将导致亮度温度比真实的大气温度更冷，如果散射是不考虑的。我们表明，散射可以产生光谱签名的发射光谱，即使等温大气。我们确定的检索退化和偏见时，出现在模拟JWST光谱的背景下，从云的散射占主导地位的光谱形状。最后，我们提出了一种新的方法拟合SSA光谱的云排放检索，使用的技术，不需要任何先验知识的云的化学或物理特性。
2021-07-01 astro-ph.EP
Tau-REx II: Retrieval of emission spectra
Tau-REx（Tau Retrieval of Exoplanets）是一个全新的、完全贝叶斯大气检索代码，专为太阳系外大气定制。在Waldmann et al.（2015）中，介绍了透射光谱的情况，在这里，我们介绍了Tau-REx框架的发射光谱光谱检索。与透射光谱相比，由于需要检索完整的大气温度-压力（TP）分布，因此发射情况通常显著更简并。在目前对系外行星大气进行测量的情况下尤其如此，这些大气要么是低信噪比，要么是低光谱分辨率，或者两者兼而有之。在这里，我们提出了一种新的方法，结合现有的两种方法来模拟所述TP剖面：1）参数剖面，其中大气TP结构由几个模型参数解析近似，2）逐层方法，其中单独的大气层进行建模。这两种方法在收敛性和潜在的模型偏差方面都有明显的优点和缺点。本文提出的Tau-REx混合模型是一种新的两阶段TP剖面反演方法，它结合了解析解的鲁棒性和逐层方法的精确性。使用热木星WASP-76 b和热超级地球55 Cnc e的模拟，以及对HD 189733 b的二次日食测量的检索过程。
2015-09-09 astro-ph.EP
Atmospheric Modelling for Neptune's Methane D/H Ratio - Preliminary Results
太阳系天体的氘氢比（D/H比）是揭示其形成历史的重要线索。本文将海王星大气模型与双子座近红外光谱仪（GNIRS）高光谱分辨率观测数据进行拟合，确定了甲烷在红外H波段（$\sim$ 1.6 μm）吸收的D/H比。该模型是使用我们的辐射转移软件VSTAR（Versatile Software for the Transfer of Atmospheric Radiation）和大气拟合软件ATMOF（Atmospheric Fitting）导出的。这项工作所使用的甲烷线清单是在过去几年中才得到的，因此可以对以前的估计进行改进。我们确定了行星盘上的一个明亮区域，并发现它对应于一个光学厚的低云。我们初步确定CH $_{\rm 3}$ D/CH $_{\rm 4}$为3.0 $\times10^{-4}$，这与Irwin等人（2014）最近使用相同模型参数和线列表但不同观测数据确定的3.0 $^{+1.0}_{-0.9}\sim\times10^{-4}$一致。这支持了海王星的原太阳冰D/H比远小于彗星的证据，并表明海王星在其目前的轨道内形成。
2015-03-23 astro-ph.EP
HyDRo: Atmospheric Retrieval of Rocky Exoplanets in Thermal Emission
发射光谱是一种很有前途的技术，可以用来观察岩石系外行星的大气，探测它们的化学和热分布。我们提出了HyDRO，大气检索框架的岩石系外行星的热发射光谱。HyDro不对背景大气成分进行预先假设，因此可以用于解释成分未知的次级大气的光谱。我们使用HyDro来评估可以使用JWST放置在岩石系外行星大气层上的化学约束。首先，我们确定了目前已知的最好的岩石系外行星候选者的热辐射光谱观测与JWST，发现超过30个已知的岩石系外行星的热辐射将被JWST/MIRI检测到在不到10个日食在R~10。然后，我们考虑在~400-800 K平衡温度范围内观测三颗有希望的岩石系外行星的大气层所需的观测结果：Trappist-1 b，GJ 1132 b和LHS 3844 b。考虑到一系列富CO_2-H_2O的大气成分，我们发现只要有8次LHS 3844 b或GJ 1132 b与MIRI的食就能对它们的大气化学成分产生重要的制约。这包括在无云的富CO_2成分的情况下对CO_2和H_2O的可靠探测，除了排除裸露岩石的情况。同样地，用MIRI/LRS观测Trappist-1b的30次日食，可以探测到无云的富CO_2或CO_2-H_2O大气。HyDro将允许使用JWST观测岩石系外行星的重要大气约束，提供有关其地球化学环境的线索。
2021-12-09 astro-ph.EP
Atmospheric retrievals suggest the presence of a secondary atmosphere and possible sulfur species on L 98-59 d from JWST NIRSpec G395H transmission spectroscopy
基于JWST NIRSpec G395H单次凌星透射光谱反演，发现超级地球L 98-59 d存在高平均分子量次生大气及含硫物种迹象，并探测到恒星污染，为未来分子探测奠定基础。
2024-08-28 astro-ph.EP
Atmospheric retrievals with petitRADTRANS
本文介绍 petitRADTRANS 新增的反演模块，将快速正演建模与嵌套采样结合，可高效推断系外行星透射和热发射光谱的大气性质。
2024-04-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
Atmospheric characterization of the ultra-hot Jupiter WASP-33b: Detection of Ti and V emission lines and retrieval of a broadened line profile
超热行星是高度辐射的气体巨型系外行星，它们围绕着它们的宿主恒星运行。我们分析了CARMENES，HARPS-N和ESPaDOns在八个观测夜晚拍摄的高分辨率光谱，以研究WASP-33 b的发射光谱并得出有关其大气的结论。通过应用互相关技术，我们检测到的光谱特征的Ti I，V I，和一个试探性的信号的Ti II的第一次通过发射光谱。这些探测是一个重要的发现，因为钛和钒轴承物种在行星能量平衡的基础作用。此外，我们评估并确认OH，Fe I和Si I的存在，从以前的研究。谱线都是在发射中检测到的，这明确地证明了行星大气中存在倒置的温度分布。通过对所有探测到的物种的发射谱线进行反演，我们确定了一个相对较弱的大气逆温，范围约为3400 K至4000 K。我们推断在行星大气中的超太阳金属丰度接近1.5 dex，并发现它的发射信号经历了显著的谱线展宽，高斯半高宽约为4.5 km/s。此外，我们发现，在远离二次日食的轨道相位检索的大气温度分布是约300 K至700 K冷却比接近二次日食，这是符合不同的白天和黑夜的温度测量。此外，检索上的发射谱线的个别化学物种导致一致的结果，这给我们的检索方法的额外的信心。增加检索中包括的物种数量和扩大检索的大气参数集将进一步推进我们对系外行星大气的理解。
2022-09-21 astro-ph.EP
Optimal Estimation Retrievals of the Atmospheric Structure and Composition of HD 189733b from Secondary Eclipse Spectroscopy
最近的光谱观测过境热彗星允许推导的热结构和分子丰度的H2O，CO2，CO和CH4在这些极端的大气。在这里，我们第一次应用最优估计技术，通过求解逆问题来确定系外行星的热结构和组成。一套辐射转移和检索工具的系外行星大气的发展进行了说明，建立在检索算法，这是广泛用于我们自己的太阳系的研究。首先，我们讨论了在HD 189733b的昼侧大气中检测不同分子的可行性，以及从所有公开的1.45和24 μm之间的二次日食观测数据中检索到的最佳拟合光谱。此外，我们使用贡献函数来评估发射光谱对温度和分子组成的垂直灵敏度。在高度探测的贡献函数，检索的热结构显示等温上层大气覆盖更深的绝热层（温度随高度降低），这是与以前报道的动力学和观测结果相一致。通过对大气互关联函数的分析和对不同大气性质的简并性分析，保守地估计了反演参数的形式不确定度。反问题的正式解决方案表明，检索参数的不确定性大于建议在以前的研究中，和CO和CH4的存在，只有轻微的支持现有的数据。然而，通过包括尽可能广泛的波长范围内检索，我们证明，可用的光谱HD 189733b可以限制一个家庭的潜在解决方案的大气结构。
2011-10-14 astro-ph.EP
Atmospheric retrieval evidence for water isotopologue HDO on exoplanet WASP-39b
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Exzellenzcluster ‘Origins’（卓越集群‘起源’）；Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理学研究所）；University of Bristol（布里斯托大学）
研究系外行星 WASP-39b 上重水同位素 HDO，通过詹姆斯·韦布空间望远镜透射光谱反演其大气，得出水中氘与氢的比率，该值高于太阳系气态巨行星，其富集可能源于雪线外吸积物质或大气中的同位素过程。
2026-07-23 astro-ph.EP
Near-Infrared atmospheric modelling of Jupiter's South Equatorial Belt (SEB) observed with AAT/IRIS2
用AAT/IRIS 2在H和K波段获得了分辨率为R~2400的木星南赤道带（SEB）的近红外光谱。通过使用最新改进的氨和甲烷谱线数据（HITRAN 2016）创建逐线辐射转移模型，我们获得了木星南赤道带云/霾参数的最佳模型。除了在K带2.08 μm附近的H2-H2碰撞诱导吸收和2.16 - 2.19 μm之间的甲烷吸收水平以及H带1.596 - 1.618 μm之间的高压甲烷窗口处存在小的孤立差异外，模型光谱与观测结果吻合良好。
2021-07-23 astro-ph.EP
Outstanding Challenges of Exoplanet Atmospheric Retrievals
光谱反演一直是解释行星遥感观测的有力工具。灵活的，参数化的，不可知的模型与反演算法相结合，以直接从观测中推断大气特性，最大限度地减少对物理假设的依赖。这种方法最初是为应用于地球卫星数据和随后观测其他太阳系行星而开发的，最近已成功地应用于凌日、日食和凌日系外行星的相位曲线谱。在这篇评论中，我们提出了目前的国家的最先进的我们的能力，准确地检索有关大气化学，温度，云和空间变异性的信息，我们讨论了这方面的局限性，无论是在可用的数据和使用的建模策略，我们建议未来的改进方法。
2020-03-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Considerations for Atmospheric Retrieval of High-Precision Brown Dwarf Spectra
孤立的褐矮星为了解低辐射区域的大气物理提供了出色的实验室，并且可以比系外行星更精确地观察到。因此，它们提供了对系外行星高信噪比观测未来的一瞥。在这项工作中，我们调查了几个新的考虑，是重要的高质量的亚恒星物体的热发射光谱的大气反演。我们追求这一点，使用一个适应的海卫二大气检索代码。我们提出了一个参数化的压力-温度（P-T）的轮廓组成的多个大气层，参数化的温度变化，在每个层的褐矮星。这个模型可以准确地反演褐矮星大气的陡峭温度梯度，同时避免常见的数值伪影。P-T模型在光球层中特别灵活，对于T矮星，光球层可以达到几十巴。我们展示了一种方法，包括模型的不确定性的检索，重点介绍了有限的光谱和垂直分辨率的大气模型用于检索（在本例中约8\%）的不确定性。我们通过将其应用于模拟数据集来验证我们的检索框架，然后将其应用于T矮星2 MASS J2339+1352的HST/WFC 3光谱。我们检索亚太阳的H2O和CH 4在对象中的丰度在~0.1 dex精度。此外，我们限制的温度结构在光球~100 K。我们的研究结果表明，高信噪比光谱提供高精度的丰度估计的亚恒星物体的承诺。
2020-07-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of a fully 3D atmospheric structure on exoplanet transmission spectra: retrieval biases due to day-night temperature gradients
透射光谱为我们提供了关于边缘大气特性的信息，这通常被直观地假设为围绕行星的狭窄环形。因此，研究集中在沿临边的大气水平非均匀性的影响。在这里，我们证明了在传输探测的区域-肢体-显着向地球的白天和黑夜侧延伸。我们表明，强烈的昼夜热梯度和成分梯度预期同步系外行星上创建足够的不均匀性在整个肢体上的光谱和偏见的解释导致重要的系统性影响。为了量化这些影响，我们开发了一个三维辐射转移模型，能够生成基于三维大气结构的大气透射光谱。我们首先从GJ 1214 b的模拟中产生合成JWST观测，并证明了一个真正的3D方法来为这样精确的观测站建模数据的必要性。其次，我们研究了昼夜温度梯度如何导致系统性偏差的检索分析与一维前向模型。为了这个目的，我们合成了一个大的原型HD 209458 b和GJ 1214 b型行星的前向光谱的变化的白天和黑夜侧的温度，以及过渡区的宽度。然后，我们执行典型的检索分析，并将检索到的参数与输入模型的真实情况进行比较。这项研究揭示了检索的温度（发现高于终止温度）和丰度的系统偏差。这是由于较热的昼面在垂直方向上延伸得更多，并屏蔽了夜面。这些偏差是很难检测到的一维配置文件中使用的检索被发现提供了一个很好的匹配所观察到的光谱。在解释真实数据时，必须牢记这一点。
2019-01-28 astro-ph.EP
On the impact of the vertical structure of Martian water ice clouds on nadir atmospheric retrievals from simultaneous EMM/EXI and TGO/ACS-MIR observations
本研究对比均匀云廓线与TGO/ACS太阳掩星得到的云廓线对EMM/EXI天底云光学深度反演的影响，发现忽略云垂直结构的纬度依赖性会导致极地反演低估25%-50%，并提出水冰云参数化改进建议。
2024-10-01 astro-ph.EP
Modelling Non-Condensing Compositional Convection for Applications to Super-Earth and Sub-Neptune Atmospheres
本研究针对超级地球与亚海王星大气场景，通过CM1三维对流解析模拟探究非凝结成分对流规律，开发了可嵌入GCM的干对流调整方案，提升系外行星大气成分对流建模精度。
2023-10-12 astro-ph.EP
Atmospheric Retrieval for Direct Imaging Spectroscopy of Gas Giants In Reflected Light II: Orbital Phase and Planetary Radius
未来的天基望远镜，如宽视场红外巡天望远镜（WFIRST），将观测直接成像的太阳系外行星的反射光谱。对这些数据的解释提出了许多新的挑战，包括未知的行星半径和不确定的恒星照明相位角。在这里，我们报告我们的持续发展的马尔可夫链蒙特卡罗检索方法来解决这些问题，在解释这些数据。具体来说，我们探讨如何未知的行星半径和潜在的知之甚少的行星-恒星相位角影响检索的参数，如大气甲烷丰度，云的性质和表面重力。正如预期的那样，检索值的不确定性是观测光谱的信噪比（SNR）的强函数，特别是对于缺乏深吸收特征的低金属丰度大气。有意义的结果可能只有在一定的SNR阈值以上才有可能;对于金属丰度范围为1-50倍太阳能的情况，我们发现只有SNR为20时才能在所有相位角系统地再现接近正确的甲烷丰度。然而，即使在相位角知之甚少的情况下，我们发现行星半径可以被限制在2倍以内。我们发现，在行星半径的不确定性降低相位角过去正交，高度向前散射的大气在这些几何形状的性质限制了可能的体积相空间，相关参数可以占用。最后，我们提出了一个可能的改进，可以导致结合检索对观测在多个相位角的估计。
2016-12-01 astro-ph.EP
Assessment of a Physics-based Retrieval of Exoplanet Atmospheric Temperatures from Infrared Emission Spectra
本文提出基于Chahine松弛法和权重函数波数-高度映射的物理反演方法，从类地系外行星热红外发射光谱中快速估算中层大气温度，并验证了在低信噪比和中等分辨率下的可行性。
2023-05-31 astro-ph.EP
The PHOENIX Exoplanet Retrieval Algorithm and Using H$^{-}$ Opacity as a Probe in Ultra-hot Jupiters
大气反演现在是分析系外行星大气观测的标准工具。这种数据驱动的方法将大气模型与观测结果进行定量比较，以估计大气特性及其不确定性。在本文中，我们介绍了一个新的检索包，凤凰系外行星检索分析（PETRA）。PETRA将PHOENIX大气模型置于检索框架中，使我们能够将经过良好测试和广泛使用的大气模型的优势与检索算法的优势相结合。我们验证PETRA检索模拟数据的真实大气状态是已知的。我们还表明，PETRA可以成功地再现从以前公布的检索WASP-43 b和HD 209458 b的结果。对于WASP-43 b的结果，我们显示了不同的线列表和线轮廓处理对检索的大气属性的影响。最后，我们描述了一种新的技术，用于检索的温度结构和$e^{-}$密度在超热蒸发器中使用H $^{-}$不透明度，使我们能够探测大气中没有大部分的分子特征与JWST。
2020-05-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Systematic Retrieval Analysis of Secondary Eclipse Spectra I: A Comparison of Atmospheric Retrieval Techniques
系外行星大气层的光谱为我们提供了机会，以提高我们对这些物体的了解，就像我们自己的太阳系遥感增加了我们对太阳系机构的了解。目前的挑战是定量确定数据所允许的温度和物种丰度范围。这一挑战往往是困难的，因为大多数系外行星光谱的信息含量很低，这通常会导致解释中的简并。各种各样的温度和丰度检索方法已被应用于系外行星光谱，但没有以前的调查试图比较这些方法。在这项调查中，我们比较了三种不同的检索方法：最优估计，差分进化马尔可夫链蒙特卡罗，和Bootstrap蒙特卡罗。我们称我们的检索算法套件为加州理工学院的逆向建模和检索算法（CHIMERA）。我们讨论了我们可以预期的丰度和温度的不确定性，鉴于目前的观测以及潜在的未来观测，并得出什么结论，鉴于这些不确定性。总的来说，我们发现这三种方法对于预计来自未来潜在星载任务的高质量光谱是一致的，但对于代表当前观测结果的低质量光谱则不一致。我们还表明，高斯后验概率分布的最优估计方法的假设是有效的高质量的光谱数据。我们还讨论了我们的模型推断的系外行星大气，这当然是重要的理解形成环境的C O比的影响。更具体地说，我们表明，在几个测光点的观测极限，检索的C/O是偏向于太阳附近的值和附近的一个简单地由于假设的无信息先验。
2013-08-22 astro-ph.EP
Exoplanet Interior Retrievals: core masses and metallicities from atmospheric abundances
提出基于最先进内部代码和贝叶斯框架的系外行星内部反演方法，利用质量、半径、平衡温度和大气金属丰度反演整体金属丰度和核质量，并应用于37颗JWST前巨行星样本。
2023-06-20 astro-ph.EP
Characterization of potentially habitable planets: Retrieval of atmospheric and planetary properties from emission spectra
越来越多的可能适合居住的类地行星和行星候选者被正在进行的行星搜索计划发现。寻找大气特征以确定行星的可居住性和生命的存在在未来可能是可能的。我们要量化的准确性检索大气参数，这可能是从红外发射光谱。我们使用的合成观测假设的可居住的行星，构造了一个参数化的大气模型，高分辨率的辐射转移模型和简化的噪声模型。经典的统计工具，如卡方统计和最小二乘拟合被用来分析模拟观察。当采用目前计划或提议的系外行星表征任务的设计时，我们发现发射光谱可以提供对类地行星表面条件的弱限制，从而提供它们潜在的可居住性。然而，这些飞行任务的设计不太可能允许描述一个可居住行星的大气层的组成，即使检测到二氧化碳。与目前的飞行任务设计相比，将信噪比提高约2-5倍（取决于光谱分辨率）后，可将CO2含量的特征确定为两个数量级以内。O3生物特征的检测仍然是边缘性的。大气温度结构不能被约束。因此，如果在二次日食或目标访问期间仅使用发射光谱学，则对大气层进行全面定性似乎超出了这类飞行任务的能力。可能还需要其他方法，如透射光谱学或轨道光度学，以提供额外的约束和打破简并。（节略）
2013-01-02 astro-ph.EP
Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-twin Exoplanet
该研究将地球视作系外行星，结合经验热光谱与LIFE噪声模拟观测并开展大气反演，评估其识别温态宜居及生命指示信号的能力。
2024-05-13 astro-ph.EP
Exploring Biases of Atmospheric Retrievals in Simulated JWST Transmission Spectra of Hot Jupiters
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）计划于2018年10月发射，预计将彻底改变系外行星的大气特征领域。其仪器的宽波长覆盖范围和高灵敏度将使我们能够从系外行星光谱中提取比目前观测所能获得的更多的信息。在本文中，我们调查目前的检索方法是否仍将是有效的，在时代的JWST，探索常见的近似检索时使用的热超导体的透射光谱。为了评估偏差，我们使用一维光化学模型来模拟典型的热木星无云大气，并生成一系列碳氧比的合成观测结果。然后，我们检索这些光谱使用TauREx，贝叶斯检索工具，使用两种方法：一个假设等温大气，和一个假设参数化的温度分布。这两种方法都假定丰度随高度恒定。我们发现，等温近似偏差检索参数相当大，高估了约一个数量级的丰度。检索到的丰度使用参数化配置文件通常是在一个西格玛的真实状态，我们发现检索到的不确定性一般是更大的等温近似相比。有趣的是，我们发现，使用参数化的温度分布，我们可以对温度结构施加严格的约束。这打开了表征热蒸发器的终止子区域的温度分布的可能性。最后，我们发现，假设一个恒定的高度混合比配置文件是一个很好的近似大多数的大气正在研究中。
2016-10-10 astro-ph.EP
POSEIDON: A Multidimensional Atmospheric Retrieval Code for Exoplanet Spectra
本文介绍开源的 POSEIDON 辐射传输与贝叶斯大气反演 Python 软件包，支持多维系外行星光谱建模，并提供正演与反演教程。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Effects of planetary mass uncertainties on the interpretation of the reflectance spectra of Earth-like exoplanets
本研究使用贝叶斯反演框架ExoReL$^\Re$探讨行星质量不确定性对类地系外行星反射光大气表征的影响，发现质量不确定性在10%以内可准确反演含云大气参数，否则会导致主要气体误判并影响宜居性评估。
2025-02-03 astro-ph.EP
$\texttt{Exoformer}$: Accelerating Bayesian atmospheric retrievals with transformer neural networks
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；INAF, Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “G. Colombo” – Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学“G.科洛姆博”太空研究与活动中心）
本文提出Exoformer，利用变压器神经网络快速生成热木星大气传输光谱的先验分布，通过模拟数据和JWST实测数据验证其有效性，提升嵌套采样效率3-8倍，同时保持参数准确性和模型一致性。
2026-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-resolution atmospheric retrievals of WASP-76b transmission spectroscopy with ESPRESSO: Monitoring limb asymmetries across multiple transits
本研究利用三次 VLT/ESPRESSO 高分辨率透射观测反演超热木星 WASP-76b 两临边的丰度、温度与动力学，验证 Fe、Mg、Na、Cr 及 VO 特征，并发现部分凌星前导临边 V/VO 可能耗竭。
2024-04-17 astro-ph.EP
LRG-BEASTS: transmission spectroscopy and retrieval analysis of the highly-inflated Saturn-mass planet WASP-39b
我们提出了一个基于地面的透射光谱和全面的检索分析高度膨胀的土星质量行星WASP-39 b。作为LRG-BEASTS巡天的一部分，我们使用4.2米威廉赫歇尔望远镜上的ACAM仪器获得了WASP-39 b凌日的低分辨率光谱（$R \approx 400$）。我们的透射光谱与先前对WASP-39 b的地面和空间观测结果非常一致，覆盖了4000- 9000 A的波长范围。以前对这颗系外行星的分析已经检索到了超过四个数量级的水丰度，这反过来又导致了太阳下或高度太阳大气金属丰度的结论。为了确定文献中关于WASP-39 b的大气金属丰度存在较大差异的原因，我们对所有文献数据集进行了检索分析。我们的检索，假设平衡化学，恢复高度超太阳金属丰度的所有数据集。当运行我们的检索组合光谱，跨越0.3-5 $μ$米，我们恢复了大气金属丰度的$282^{+65}_{-58} \times$太阳。我们发现，恒星活动对导出的丰度的影响可以忽略不计，而是得出结论，在检索分析过程中作出的不同假设导致报告的水丰度不同的数量级。这反过来又对我们得出的结论产生重大影响。这是作为LRG-BEASTS调查的一部分被观测到的第四颗行星，该调查表明，4 m级望远镜可以获得低分辨率透射光谱，精度约为一个大气层高度。
2019-09-17 astro-ph.EP
Constraining the Atmospheric Composition of the Day-Night Terminators of HD 189733b : Atmospheric Retrieval with Aerosols
大量观测表明，气溶胶的瑞利散射在HD 189733 b的透射光谱中占主导地位，波长短于1 $μ$ m。在这项研究中，我们检索了一系列与0.3-24 $μ$ m之间的透射光谱一致的气溶胶分布，这些分布最近由Pont等人（2013）重新分析。为了约束的颗粒大小和光学厚度的气溶胶层，我们调查的气溶胶组成，温度，行星半径和分子丰度，防止独特的解决方案过境光谱之间的简并。假设气溶胶是由MgSiO $_3$，我们建议，一个垂直均匀的气溶胶层在所有的压力与单分散颗粒尺寸小于约0.1 $μ$ m和光学深度在0.002-0.02范围内1 $μ$ m提供了统计上有意义的解决方案的白天/黑夜的终结者地区的HD 189733 b。一般来说，我们发现，一个均匀的气溶胶层提供足够的适合的数据，如果光学厚度小于0.1和颗粒尺寸小于0.1 $μ$ m，无论大气温度，行星半径，气溶胶成分，和气体分子。如果气溶胶物质在该区域具有吸收特征，则在波长短于1 $μ$ m以及波长长于8 $μ$ m处的光谱对气溶胶性质提供了强约束。我们表明，这些是量化气溶胶影响的最佳波长，这可能会指导未来空间观测的设计。目前的研究表明，目前的数据提供了足够的信息来限制HD 189733 b的一些气溶胶性质，但在终止区域的化学仍然不确定。
2014-05-06 astro-ph.EP
On degeneracies in retrievals of exoplanetary transmission spectra
从透射光谱中准确估计系外行星的大气特性需要了解模型参数和观测之间的简并性，从而可以解决这些问题。我们进行了系统的调查，这样的退化使用详细的大气反演和一系列的模型假设相结合，专注于H $_2$丰富的大气。作为一个案例研究，我们考虑了研究得很好的热木星HD 209458 b。我们进行广泛的检索与模型，从简单的等温和等压的气氛，以那些与完整的压力-温度分布，不均匀的云/霾覆盖，多个分子种类，并在光学-红外波长的数据。我们的研究揭示了四个关键的见解。首先，我们发现，最小的假设和宽带传输光谱与现有设施的模型相结合，可以精确估计化学丰度。特别是，高精度的光学和红外光谱以及模型，包括可变的云覆盖和突出的不透明度来源，钠和钾是重要的光学，提供云/霾特性和化学丰度的联合约束。第二，我们表明，行星半径和参考压力之间的简并性特征很好，对丰度估计的影响很小，与以前使用半解析模型的说法相反。第三，由于H $_2$ -H $_2$和H $_2$ -He相互作用引起的碰撞诱导吸收在正确估计大气丰度中起着关键作用。最后，我们的研究结果突出了简化的半解析模型与等压假设的透射光谱的可靠检索的不足。目前的设施，如HST和VLT获得的透射光谱可以提供强大的约束大气中的系外行星丰度。
2019-04-10 astro-ph.EP
The Implications of 3D Thermal Structure on 1D Atmospheric Retrieval
使用HD 189733 b的3D全球辐射流体动力学模拟和开源BART代码的大气结构，我们研究了3D模拟产生的二次日食温度结构与最佳拟合的1D检索模型之间的差异。合成数据通过在Spitzer，HST和JWST带通上整合3D模型来生成，覆盖1到11 μ m之间的波长范围。使用不同观测仪器的数据，我们提出了详细的比较BART恢复的温度-压力剖面和那些从3D模拟。我们计算了几个平均值的三维热结构和实现两个温度参数化，以调查不同的热剖面形状。为了评估热结构的哪一部分最受数据约束，我们为我们的理论模型和每个检索到的模型生成贡献函数。我们的结论受到仪器的光谱分辨率、波长覆盖范围和组合数据点数量的强烈影响。我们还看到每个温度参数化中的一些限制。结果表明，我们的一维检索恢复的温度和压力的轮廓，最接近匹配的算术平均值的三维热结构。当我们使用更高的分辨率，更多的数据点和参数化的温度分布，允许更多的灵活性，在大气的中间部分，我们发现检索的温度和压力分布和算术平均值之间的匹配更好。
2018-03-18 astro-ph.EP
Origin and extent of the opacity challenge for atmospheric retrievals of WASP-39 b
本研究探讨 JWST 首个系外行星 WASP-39 b 透射光谱反演对不透明度模型的敏感性，发现主要大气性质反演不受当前模型不确定性显著影响，挑战主要源于谱线表的不完整和不准确。
2023-05-20 astro-ph.EP
Exploring the ultra-hot Jupiter WASP-178b. Constraints on atmospheric chemistry and dynamics from a joint retrieval of VLT/CRIRES$^+$ and space photometric data
本研究利用VLT/CRIRES$^+$高分辨率光谱结合TESS和CHEOPS空间测光数据对超热木星WASP-178b进行联合反演，探测到CO和H$_2$O发射特征及热反转，揭示了其大气化学组成与超旋转动力学流模式。
2024-07-23 astro-ph.EP
Atmospheric Retrieval for Super-Earths: Uniquely Constraining the Atmospheric Composition with Transmission Spectroscopy
本文提出了一种基于贝叶斯分析的大气成分反演方法，从具有一般成分的系外行星的透射光谱中推断大气成分和表面或云顶压力。在这项研究中，我们确定了什么可以明确地确定从他们的传输光谱的系外行星的大气通过应用检索方法合成观测的超级地球GJ 1214 b。我们的方法来推断大气参数的约束条件是计算他们的联合和边际后验概率分布使用MCMC技术在一个并行的回火计划。介绍了一种新的大气参数化，适用于一般大气中的主要成分是未知的先验和云可能存在。我们的主要发现是，一个独特的约束的吸收剂和两个光谱惰性气体（如N2和原生H2+He）的混合比是可能的，如果观察是足够的量化（1）宽带渡越深度在至少一个吸收功能，每个吸收剂和（2）的斜率和强度的分子瑞利散射签名。如果存在表面或云顶，则可以量化表面或云顶压力。平均分子质量可以从瑞利斜率或吸收特征的形状来约束，从而能够区分多云的富氢大气和高平均分子质量大气。然而，我们的结论是，如果没有瑞利散射的特征-即使有鲁棒检测到的红外吸收特征-也没有可靠的方法来判断吸收剂是大气的主要成分还是只是混合比<0.1%的次要物质。检索方法使我们的概念图片，其中的细节在传输光谱是必不可少的独特的特征良好的混合大气。
2012-06-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Understanding the Effects of Systematics in Exoplanetary Atmospheric Retrievals
从太阳系外行星的透射光谱反演其大气特性通常假设数据中的误差是高斯的并且是独立的。然而，由于仪器或恒星系统学和合并离散数据集，可能会出现非高斯噪声。我们研究了相关噪声的影响，并限制了检索后验的潜在偏差。我们模拟合成数据的多个噪声实例，并进行检索，以获得不同噪声模型的检索优度的统计数据。我们发现，相关噪声允许过拟合的频谱，从而产生更好的拟合优度平均，但降低了检索的整体准确性。特别是，相关噪声可以表现为在光学范围内的明显的非瑞利斜率，导致云/霾参数的不正确估计。我们还发现，更高的精度会导致相关的结果进一步远离输入值的估计误差。因此，我们强调，在分析检索后验时必须谨慎，估计参数的不确定性最好理解为下限。最后，我们表明，虽然相关噪声不能可靠地区分与HST观测，推断其存在和强度可能与JWST观测。
2021-06-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Bayesian Deep Learning for Exoplanet Atmospheric Retrieval
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学技术研究院）；University of Oxford（牛津大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；Google Cloud（谷歌云）；NASA Astrobiology Institute（美国国家航空航天局天体生物学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
在过去十年中，对太阳系外行星的研究从简单的探测和识别迅速发展到对太阳系外行星系统及其大气层进行全面的分类和定性。大气反演是一种逆建模技术，用于从观测光谱确定系外行星大气的温度结构和组成，既耗时又计算密集，需要将数千至数百万个大气模型与观测数据进行比较的复杂算法，以找到每个模型参数的最可能值和相关不确定性。对于多岩石的类地行星来说，获取的大气成分可以让我们深入了解维持大气稳定所必需的气体物质的表面通量，这反过来又可以让我们深入了解行星上活跃的地质和/或生物过程。这些大气层包含许多分子，其中一些是生物特征，表明生物活动的光谱指纹，这将通过下一代望远镜观察到。传统的检索模型的运行时间与模型参数的数量成比例，因此，随着更多的分子种类被考虑，运行时间可能会变得非常长。机器学习（ML）和计算机视觉的最新进展提供了新的方法，可以在给定足够的数据集进行训练的情况下，将执行检索的时间减少几个数量级。在这里，我们提出了一个基于ML的检索框架，称为Intelligent exoplaNet Atmospheric RetrievAl（INARA），由贝叶斯深度学习模型检索和使用NASA行星光谱生成器生成的3，000，000合成岩石系外行星光谱数据集组成。我们的工作代表了第一个岩石类地系外行星的ML检索模型，以及第一个以这种规模生成的地球光谱合成数据集。
2018-12-02 astro-ph.EP cs.LG
An Ensemble of Bayesian Neural Networks for Exoplanetary Atmospheric Retrieval
University of Oxford（牛津大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学技术研究院）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Bern（伯尔尼大学）；Blue Marble Space Institute of Science（蓝大理石空间科学研究所）
机器学习现在被用于天体物理学的许多领域，从探测开普勒过境信号中的系外行星到删除望远镜系统。最近的工作证明了使用机器学习算法进行大气检索的潜力，通过实施随机森林在几秒钟内执行检索，这与传统的，计算昂贵的嵌套采样检索方法一致。我们扩展他们的方法，提出了一个新的机器学习模型，\texttt{plan-net}，基于贝叶斯神经网络的合奏，产生更准确的推论比随机森林的合成传输光谱的相同数据集。我们证明，合奏提供了更高的精度和更强大的不确定性比一个单一的模型。除了首次使用贝叶斯神经网络进行大气反演外，我们还为贝叶斯神经网络引入了一个新的损失函数，用于学习模型输出之间的相关性。重要的是，我们表明，设计机器学习模型来明确地结合特定领域的知识，既可以提高性能，又可以通过推断检索到的大气参数的协方差来提供额外的见解。我们将\texttt{plan-net}应用于哈勃太空望远镜WASP-12 b的宽视场相机3透射光谱，并检索与文献一致的等温温度和水丰度。我们强调，我们的方法是灵活的，可以扩展到更高分辨率的光谱和大量的大气参数。
2019-05-25 astro-ph.EP cs.LG
Neural posterior estimation for exoplanetary atmospheric retrieval
本文提出用神经后验估计（NPE）对系外行星大气反演进行摊销化，在 petitRADTRANS 模型上以秒级时间获得与 MultiNest 相当且经诊断验证可靠的后验结果，实现高效、可扩展且可检验的反演。
2023-02-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Why is it so Cold in Here?: Explaining the Cold Temperatures Retrieved from Transmission Spectra of Exoplanet Atmospheres
透射光谱学是一种广泛用于探测系外行星终结者的强大技术。大气层透射光谱的恢复使系外行星大气层的比较研究成为可能。然而，反演技术推断的大气特性显示出显着的异常：大多数检索的温度远低于预期。在某些情况下，检索的温度比T_eq冷~1000 K。在这里，我们为这个难题提供了一个解释。我们证明，错误的低温时，一维大气模型适用于不同的早晨，晚上终止组成的行星光谱。尽管提供了一个可接受的拟合，一维检索技术人为地调整大气参数远离终端平均属性。检索到的温度剖面比实际温度低数百度，温度梯度也比实际温度低。检索的丰度大多偏向于> 1 $σ$，有时偏向于> 3 $σ$，对超热同位素的偏向最极端。当早晨和晚上的成分差异显着的不透明来源，H $_2$ O丰度检索的一维模型可以偏置超过一个数量级。最后，我们证明，这些偏见提供了一个解释的冷检索温度报告的WASP-17 b和WASP-12 b。为了克服与一维大气模式相关的偏差，迫切需要开发多维反演技术。
2020-03-25 astro-ph.EP
Uniform Atmospheric Retrieval Analysis of Ultracool Dwarfs I: Characterizing Benchmarks, Gl570D and HD3651B
解释褐矮星的光谱是确定其大气中发生的基本物理和化学过程的关键。强大的贝叶斯大气检索工具最近被应用于系外行星和褐矮星光谱，以梳理出热结构和分子丰度，以了解这些过程。在这篇手稿中，我们开发了一个显着升级的检索方法，并将其应用到两个基准晚T型矮星，G1570D和HD3651B的SpeX光谱库数据，建立我们的升级前向模型参数化和贝叶斯估计的有效性。我们检索的金属丰度，重力和有效温度是一致的金属丰度和推测的年龄系统。我们增加了碳氧比作为一个新的维度的基准系统，并找到良好的协议之间的碳氧比来自棕矮星和宿主恒星。此外，我们第一次明确地确定了这两颗晚期T矮星的低分辨率光谱中存在氨。我们还表明，检索结果没有显着影响可能存在的云，虽然一些数量显着影响测光的不确定性。这项调查是一个分水岭的研究，在建立大气反演方法对褐矮星光谱的效用。
2015-05-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric retrievals for LIFE and other future space missions: the importance of mitigating systematic effects
大气恢复研究对于确定未来一代飞行任务的科学要求至关重要，例如系外行星大型干涉仪。使用非均匀吸收截面可能是在反演中产生系统性影响的原因，这可能会使大气层的正确定性产生偏差。在这篇文章中，我们量化了线列表起源，加宽系数和线翼截止的差异的影响，在检索一个地球孪生系外行星绕着一个类似太阳的恒星在10 pc的观察者，因为它将与生命观察。我们在相同的输入光谱上运行了四个不同的检索，通过改变贝叶斯检索框架允许使用的不透明度表。我们发现，不透明度表引入的系统学可以偏置在地面水平的大气压力的正确估计，以及在大气中的一些物种（如CO $_2$和N $_2$ O）的丰度的准确检索。我们认为，线翼截止的差异可能是错误的主要来源。我们强调需要更多的实验室和建模工作，以及主要的辐射转移模型和贝叶斯反演框架的模型间比较。这在LIFE和下一代任务的背景下尤其重要，以确定社区共同努力的问题和关键点，为即将到来的观测结果的分析做好准备。
2022-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modelling atmospheric escape and MgII near-ultraviolet absorption of the highly irradiated hot Jupiter WASP-12b
我们提出了热木星WASP-12 b高层大气的二维多流体数值模拟。该模型包括氢化学，并自洽地描述了行星上层大气的膨胀和由于强烈的恒星辐射造成的质量损失，假设是一颗弱磁化行星。我们模拟了行星高层大气及其与恒星风（SW）的相互作用，并考虑了不同的XUV照射条件和SW参数。在潮汐力的作用下，即使是快速的SW，逃逸的行星物质也会形成两股流，朝向恒星和远离恒星传播。大气逃逸和相关的质量损失率达到10^12 gs^-1，这似乎主要是由恒星引力控制的。我们计算了柱密度和动力学的MgII离子考虑三组不同的SW参数和XUV通量。模拟能够计算在Mg h线的位置处的吸收，并再现入口和出口的时间。在慢SW的情况下，如果不考虑潮汐力，高轨道速度会导致在行星轨道运动方向上形成激波。在这种情况下，质量损失与恒星XUV通量成正比。同时，忽略WASP-12 b的潮汐效应是一种强烈的简化，因此，有冲击的情况是不现实的。
2019-08-07 astro-ph.EP
An Atmospheric Retrieval of the Brown Dwarf Gliese 229B
我们提出的结果从大气反演分析G1 229 B使用BREWSTER检索代码。我们发现最佳拟合模型是无云的，与Line et al. 2017，Zalesky et al. 2022和Gonzales et al. 2020的T矮检索工作一致。从我们的模型确定的基本参数（质量、半径、log（L_{Bol} / L_{Sun}）、log（g））与SED导出值在1σ内一致，但T_{eff}除外，其中我们检索的T_{eff}比基于演化模型的SED值低约100 K。我们发现G1 229 B的观测值为50 M_{Jup} ^{+12}_{-9}，但我们也发现G1 229 B的观测值可以用一个无云模型来解释，该模型在动力学值70 M_{Jup}处具有先验质量。我们能够限制H_2O，CO，CH_4，NH_3，Na和K的丰度，并找到一个超太阳的C/O比相比，它的主要，G1229 A。我们报告了一个整体的太阳下金属由于大气中的氧气耗尽，但找到一个太阳[C/H]，这与主要的。我们发现，这项工作有助于检索为基础的研究，特别是棕矮星，对超太阳的C/O比的增长趋势，并讨论了这一结果的形成机制，内部物理过程以及模型偏差的影响。
2022-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Enabling Robust Exoplanet Atmospheric Retrievals with Gaussian Processes
本文提出高斯过程辅助的系外行星大气反演框架，以灵活处理未建模特征和相关噪声，减少推断偏差，并在WASP-96 b的JWST透射光谱分析中验证其有效性。
2025-07-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
A chemical kinetics code for modelling exoplanetary atmospheres
系外行星的化学成分可以提供对其物理过程，形成和演化历史的关键见解。大气光谱学为探测系外行星的组成提供了直接的途径。然而，无论是在运输或热发射，光谱观测探测有限的压力窗口的行星大气和直接敏感的光谱活性物质只有有限的一组。因此，至关重要的是要有化学模型，可以将检索到的大气成分与大气的整体物理和化学状态联系起来。为此，我们提出了LEVI，一个新的化学动力学代码建模系外行星大气。LEVI计算了行星大气中的气相氢、氧、碳和氮的化学组成。在这里，我们专注于热气体巨星。应用LEVI，我们调查如何在散装的C/O和N/O的变化影响可观察到的大气化学在炎热的夏季。对于典型的热中子源，我们证明了分子探测对大气C/O的强灵敏度。相反，分子检测对大气N/O比不太敏感，尽管高度超太阳能的N/O可以降低HCN和NH3检测所需的C/O。利用HD 209458 b新的P-T剖面，在没有逆温的情况下，我们评估了最近报道的在其昼侧大气中检测到的CO，H2O和HCN。我们发现，我们的模型与检测到的物种是一致的，虽然与C/O $\sim$ 1周围的组成窗口狭窄。要求C/O $\gtrsim$ 0.9（1.6倍太阳能）以满足HCN的最小报告值，而要求C/O $\lesssim$ 1（1.8倍太阳能）以符合标称H2O丰度。
2019-05-16 astro-ph.EP
Unveiling non-gray surface of cloudy exoplanets: the influence of wavelength-dependent surface albedo and cloud scattering properties on retrieval solutions
直接成像光谱保存了关于行星大气层和表面的丰富信息，在不久的将来，几个旨在进行此类观测的天基任务将成为现实。以往的光谱反演工作都是在灰色地表的假设下引入关键的大气约束条件，但波长依赖的地表反射对反演的影响尚未得到证实。我们探索的云和波长相关的表面反射波的耦合效应的影响，通过模拟套件的类地大气与不同的云和表面反射波参数化检索性能。在已知云散射特性的假设下，当表面覆盖物代表类地植被或海洋时，可以合理地恢复表面光谱反射率，这可能有助于表征行星的可居住性。当云的散射特性不能被假设时，我们发现云的属性和波长相关的表面散射之间的简并性导致大气和云的属性的结果有偏差。多历元可见波段观测在解开这种简并方面提供了有限的改进。然而，来自UV波段（R $\sim 6$）$+$可见波段（R $\sim 140$）的组合对大气特性的约束与输入值一致，在1 $σ$内。如果短的带通数据是不可用的，一个替代的解决方案，以减少检索的不确定性将是有事先约束的行星云分数小于20%的不确定性。
2022-04-28 astro-ph.EP
Veiled in Starlight: Impacts of Stellar Contamination on Retrievals of TRAPPIST-1f's Atmospheric Composition
Cornell University（康奈尔大学）；University of Michigan（密歇根大学）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；Bates College（贝茨学院）
本研究针对TRAPPIST-1f，通过纳入恒星污染的大气反演方法，发现短期JWST观测可获得其富CO₂大气的强证据，但需更多观测时间才能分离出CH₄等其他大气特征。
2026-08-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterizing Earth Analogs in Reflected Light: Atmospheric Retrieval Studies for Future Space Telescopes
用于研究反射光中的岩石系外行星的天基高对比度成像任务概念目前正在社区研究中。我们开发了一个逆建模框架，以估计不同的仪器设计考虑这些任务的科学回报。通过结合一个系外行星的多模型，仪器噪声模型，和合奏马尔可夫链蒙特卡罗采样器，我们探索检索的大气和行星属性的信号噪声比（SNR）和分辨率（$R$）的函数的地球双胞胎。我们的前向模型包括瑞利散射，单层水云与补丁覆盖，和压力依赖的吸收，由于水蒸气，氧气和臭氧。我们在$R = 70$和$R = 140$处模拟了0.4-1.0 $μ$ m的数据，SNR $ = 5, 10, 15, 20$在550 nm处（即，用于HabEx/LUVOIR型仪器）。在这些相同的SNR下，我们模拟了WFIRST与遮光板配对的数据，其中包括0.48-0.6 $μ$ m之间的两个光度点和0.6-0.97 $μ$ m的$R = 50$光谱。给出我们的噪声模型的WFIRST型探测器，我们发现，水蒸气，臭氧和氧气的弱检测可以实现与至少$R = 70$ / SNR $\ = 15$，或$R = 140$ / SNR $\ = 10$的改进检测的观测。只有使用$R = 140$ / SNR $\ = 20$数据才能实现有意义的约束。WFIRST数据提供有限的诊断信息，需要至少SNR = 20才能微弱地检测气体。大多数情况下对行星半径有限制，但不能限制表面重力，因此，行星质量。
2018-03-16 astro-ph.EP
