Impact of photochemical hazes and gases on exoplanet atmospheric thermal structure
我们调查的影响，光化学烟雾和不平衡气体的热结构的热对流，使用详细的1-D辐射模式。我们发现，光化学霾的列入结果在高层大气加热和低层大气冷却的主要。含硫物质，如SH、S $_2$和S $_3$，在中层大气中提供显著的不透明度，并导致接近1毫巴的局部加热，而光化学产生的OH、CH、NH和CN自由基影响接近1 $μ$巴的热结构。此外，我们表明，光化学气体和烟雾的热结构的修改可以有重要的影响过境观测的解释。具体来说，我们对hazy HD 189733 b的研究表明，由于光化学烟雾不透明度的存在而导致的较热的高层大气使大气膨胀，因此光谱的紫外-可见部分的过境特征更陡峭。此外，光球层温度的变化也会影响二次食的光谱。对于HD 209458 b，我们发现在低于1毫巴的压力下，这种大气中可能存在小的雾不透明度，这可能是光化学雾和冷凝物的结果。我们的研究结果激励列入光化学烟雾的辐射反馈在大气环流模式适当的评价大气动力学。
2021-02-10 astro-ph.EP
Steepening Optical Slopes in Exoplanet Transmission Spectra with Charged Hazes
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Toronto（多伦多大学）；SOKENDAI（综合研究大学院大学）；RIKEN（理化学研究所）
本研究开发了包含薄雾带电的系外行星大气微观物理模型，发现带电通过抑制凝结减小粒子尺寸，在弱垂直混合下使光学光谱斜率变陡，尤其对散射主导材料影响显著，为解释超瑞利斜率提供了新机制。
2026-09-14 astro-ph.EP
The Effect of Clouds as an Additional Opacity Source on the Inferred Metallicity of Giant Exoplanets
本文通过耦合大气、内部与演化计算，研究云不透明度和深度对受辐照气态巨行星推断金属丰度的影响，发现深而光学极厚的云可提高重元素质量估计。
2019-11-04 astro-ph.EP
Radiative Rayleigh-Taylor Instability and the structure of clouds in planetary atmospheres
由于可能的可凝结物质范围很大，预计云将在系外行星大气中形成各种条件。然而，这种多样性可能会导致非常不同的小尺度动力学取决于辐射转移在各种热条件下：我们的目标是提供一些见解，这些动态制度。我们进行分析的线性稳定性分析的组成不连续性与热源项，取决于组成。我们还进行了理想化的二维（2D）模拟的不透明度不连续的分层介质与代码ARK。我们使用双流灰色模型的辐射转移和探索的棕矮星和类地球制度。我们揭示了存在的辐射瑞利-泰勒不稳定性（RRTI以下，一个特殊的情况下，非绝热瑞利-泰勒不稳定性）时，不透明度的不连续性存在于分层介质。这种不稳定性在性质上类似于非绝热对流，并且仅依赖于具有辐射转移加热和冷却的浮力。当大气中的温度随着高度而降低时，在较高不透明度介质之上的较低不透明度介质是动态不稳定的，而在较低不透明度介质之上的较高不透明度介质是稳定的。如果温度随高度增加，则这种稳定性/不稳定性行为相反。RRTI的存在可能对大范围行星大气的云量稳定性有重要影响。在我们的太阳系中，它可以帮助解释地球大气中乳房云的形成和金星云层的存在。同样，它表明，稳定和大规模的云层覆盖可能在强辐射的系外行星中无处不在，但在低辐射或孤立的物体中可能更不均匀，如褐矮星和直接成像的系外行星。
2021-06-23 astro-ph.EP
Ab initio quantum dynamics as a scalable solution to the exoplanet opacity challenge: A case study of CO$_2$ in hydrogen atmosphere
本研究提出从ab initio计算到压力展宽的端到端可扩展解决方案，以CO$_2$-H$_2$系统为例，通过耦合通道计算截面，结果与现有测量在7%内一致，满足JWST时代系外行星不透明度模型的精度需求。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.atom-ph
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
Transmission spectroscopy of the inflated exoplanet WASP-52b, and evidence for a bright region on the stellar surface
我们用安装在4.2米威廉·赫歇尔望远镜上的ULTRACAM仪器，在SDSS u '，g'和以钠偶线（NaI）为中心的滤光片上同时进行测光观测，测量了极度膨胀的热木星WASP-52 b的透射光谱。我们发现，瑞利散射是不透明的行星大气内的主要来源，并找到一个传输光谱更一致的波长无关的不透明性，如从云。我们检测到的过境异常，我们归因于恒星活动的存在，并发现这一功能可以更简单地模拟为一个明亮的区域在恒星表面类似太阳光斑，而不是斑点。一个斑点模型需要一个显着更大的行星/恒星半径比发现在以前的研究。我们的研究结果突出的精度，可以实现地面测光误差小于一个大气尺度的高度，可比的HST观测的缩放行星半径。
2016-08-31 astro-ph.EP
Aggregate Cloud Particle Effects in Exoplanet Atmospheres
本文提出气溶胶形态对系外行星大气不透明度和驻留时间影响的指导原则，指出高空蓬松聚合粒子可延长驻留时间并影响光谱，且最可能由紫外线轰击局部产生。
2024-08-20 astro-ph.EP
Optical transmission photometry of the highly inflated exoplanet WASP-17b
我们提出了基于地面的高精度观测的过境WASP-17 b使用ESO的NTT的多波段光度计ULTRACAM在执行透射分光光度法的背景下，这个高度膨胀的系外行星。我们选择的滤光片（SDSS u '，g'和r'波段）旨在探测高层大气中不透明度源的存在。我们发现的证据在行星半径的波长依赖性的形式增强吸收的SDSS r'带，与以前检测到的广泛的钠功能一致。我们提出了一个新的独立测量的行星半径Rpl = 1.97 +/- 0.06 Rjup，这证实了这颗行星是迄今为止已知的最膨胀的系外行星。我们的测量结果是最一致的大气剖面没有增强TiO不透明度，以前预测是目前为这颗行星。
2013-11-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Analytic Scattering and Refraction Models for Exoplanet Transit Spectra
对系外行星凌日光谱的观测对于了解遥远世界的物理和化学至关重要。不透明度源和许多物理过程的影响结合起来，以设置过境光谱的形状。其中两个关键过程-折射和云和/或霾的前向散射-最近已经有了大量的研究。然而，这些过程的模型通常是复杂的，这使得它们无法纳入观测分析和标准的过境频谱工具。在这项工作中，我们开发的解析表达式，允许在过境光谱的前向散射和折射效应的有效参数化。我们推导出一个有效的倾斜光学深度，其中包括前向散射光的校正，并提出了这种校正的解析形式。我们验证我们的校正对全物理过境光谱模型，包括散射，我们探讨在何种程度上忽略前向散射效应可能会偏置模型。此外，我们验证了一个共同的解析表达式的折射边界的位置，我们表示在过境光谱中探测的最大压力。这个表达式的目的是很容易地纳入现有的工具，我们讨论了如何检测的折射边界可以帮助指示背景大气成分，通过约束散装的大气活动。最后，我们表明，不透明的瑞利散射和碰撞诱导吸收将超过折射的影响，类似的大气，其平衡温度高于400-500 K。
2017-11-03 astro-ph.EP
Three dimensional temporal evolution of photochemical haze in exoplanet atmospheres I. Description and test application to HD 189733b
Center for Space and Habitability, University of Bern（伯尔尼大学太空与宜居性中心）；University of Chicago（芝加哥大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
开发了耦合到GCM的微物理雾霾形成模型mini-haze，模拟HD 189733b中雾霾的三维分布与大小，发现颗粒不超30 nm，分布受垂直速度影响，东西边缘增强，辐射反馈影响温度结构，长生产时标增强透射谱效应。
2026-06-18 astro-ph.EP
H- Opacity and Water Dissociation in the Dayside Atmosphere of the Very Hot Gas Giant WASP-18 b
我们提出了迄今为止观测到的系外行星最精确的发射光谱之一。我们结合了热木星WASP-18 b（Tday= 2900 K）的五次日食，我们用哈勃太空望远镜上的WFC 3仪器在1.1和1.7微米之间获得了这些日食。我们提取的光谱（S/N=50，R=40）没有表现出明确的可识别的分子特征，但很难匹配的黑体光谱。我们补充这个数据与以前发表的斯皮策/IRAC观测这个目标和解释的组合频谱计算网格的自洽，一维前向模型，不同的组成和能量预算。在这些高温下，我们发现H-离子对整体不透明度有重要贡献，以及通过热解离（包括水）和金属的热电离去除主要分子。这些影响被忽略了在以前的光谱检索非常热的气体巨星，我们认为，他们必须包括正确解释这些对象的光谱。我们推断出WASP-18 b的新金属丰度和C/O比，并发现它们被很好地限制为太阳系（[M/H]=-0.01（0.35），C/O<0.85在3 sigma置信水平），与以前的工作不同，但与巨行星的预期一致。最佳拟合自洽的温度-压力曲线被反转，导致在斯皮策测光中看到的4.5微米处的发射特征。这些结果进一步加强了非常热的气体巨系外行星家族通常表现出热反转的证据。
2018-04-25 astro-ph.EP
Haze Evolution in Temperate Exoplanet Atmospheres Through Surface Energy Measurements
光化学雾是温带系外行星大气中重要的不透明度来源，阻碍了目前观测表征系外行星大气成分。大气的浑浊程度取决于霾的产生和消除之间的平衡。然而，在系外行星条件下，霾粒子的物质依赖性去除物理学目前尚不清楚。在这里，我们提供了实验测量的表面能的温带系外行星烟雾的网格来表征在系外行星大气中的烟雾去除。我们发现，在不同的能源，大气成分和温度下产生的霾的表面能的大的变化。的雾的表面能被发现是最低的冷等离子体样品的400 K左右，导致最低的去除率。我们显示了一个暗示性的相关性，霾表面能和大气浑浊与行星平衡温度。我们假设，宜居带系外行星可能不那么模糊，因为它们拥有高表面能量的薄雾，可以有效地去除。
2021-07-15 astro-ph.EP
Dynamic mineral clouds on HD 189733b II. Monte Carlo radiative transfer for 3D cloudy exoplanet atmospheres: combining scattering and emission spectra
随着当前和新一代望远镜对系外行星大气层的三维空间特性进行越来越详细的观测，具有不均匀不透明度结构的云形成大气层的三维散射效应建模对于解释观测数据变得越来越重要。我们模拟了HD 189733b的模拟云形成，不均匀的不透明度，热木星大气的散射和发射特性。我们将我们的结果与HST和Spitzer数据进行比较，并量化了三维多重散射对大气可观测特性的影响。我们讨论了HD 189733b的潜在观测特性，用于即将到来的TESS和CHEOPS任务。我们开发了一个Monte Carlo辐射转移代码，并将其应用到我们的三维辐射流体动力学，云形成模拟HD 189733 b的后处理输出。为了提高云粒子散射事件的信噪比，我们采用了三种方差缩减技术：下一个事件估计、生存偏置和复合发射偏置。对于云粒子散射事件，根据三维云形成RHD结果和随机采样构造对数正态面积分布，以模拟混合粒径的Rayleigh和Mie散射行为。恒星光子包入射在东昼半球主要表现为瑞利，单散射行为，而多散射发生在西半球。结合散射和热发射光的预测是一致的HST和斯皮策二次过境观测。我们的模型预测也是一致的光学波长基于地面的偏振测量和HST B波段测量的几何约束。我们预测HD 189733b在TESS和CHEOPS光度带的表观几何散射度分别为0.205和0.229。
2017-01-18 astro-ph.EP
The Need for Laboratory Work to Aid in The Understanding of Exoplanetary Atmospheres
我们对系外行星大气层的理解的进步，从巨大的气体巨星到岩石世界，取决于观测和模型之间的建设性挑战。我们现在正处于一个明确的轨道上，以改善系外行星观测，这将彻底改变我们描述这些世界的大气结构，成分和环流的能力。这些改进源于对新任务和设施的重大投资，例如JWST和几个计划中的地基超大望远镜。然而，尽管系外行星科学目前拥有广泛的复杂模型，可以应用于即将到来的观测浪潮，但为即将到来的观测挑战准备这些模型的轨迹尚不清楚。因此，我们是否有能力最大限度地利用下一代天文台的观测结果还不确定。在许多情况下，模型进展过程中的不确定性源于实验室数据的不确定性，而这些数据是大气物理和化学工具的关键输入。我们概述了一些领域，实验室或从头开始的调查可以填补我们的能力模型系外行星大气不透明度，云和化学的关键差距。特别强调需要：（1）具有多种加宽气体的参数的分子不透明度线性列表，（2）碰撞诱导吸收和二聚体不透明度的扩展数据库，（3）相关分子种类的高光谱分辨率不透明度数据，（4）混浊和冷凝物形成以及光学性质的实验室研究，（5）化学反应速率的显著扩展数据库，高温下气体光吸收截面的测量。我们希望，通过满足这些需求，我们可以使未来二十年的系外行星科学与前二十年一样富有成效和洞察力。（abr）
2016-02-23 astro-ph.EP
A strong H- opacity signal in the near-infrared emission spectrum of the ultra-hot Jupiter KELT-9b
我们提出了一个光谱分析的最热的过境系外行星，KELT-9 b，获得与宽视场相机3搭载哈勃太空望远镜的二次日食。我们补充这些数据与文献信息的恒星脉动和斯皮策/红外阵列相机和过境系外行星调查卫星日食深度的这个目标，以获得宽带热发射光谱。我们提取的光谱在1.4 $μ$ m处表现出明显的截止。这表明H $^{-}$的束缚-自由不透明度形成了光谱。为了解释光谱，我们进行网格检索的自洽的一维平衡化学正演模型，不同的组成和能量预算。具有太阳金属丰度和C/O比的模型提供了较差的拟合，因为H $^{-}$信号比预期的强，需要过量的电子。这将我们的检索推向高大气金属丰度（$[M/H]=1.98^{+0.19}_{-0.21}$）和太阳下2.4 $σ$的C/O比。我们质疑形成这样一个高金属含量行星的可行性，因此提供了其他方案来增加这种大气中的电子密度。我们还着眼于另一种模式，我们淬火TiO和VO。这种拟合导致了一种具有轻微太阳下金属丰度和太阳下C/O比（$[M/H]=-0.22^{+0.17}_{-0.13}$，log（C/O）$=-0.34^{+0.19}_{-0.34}$）的大气。然而，最近对同一颗行星的高分辨率测量对所需的TiO丰度存在争议。
2022-11-18 astro-ph.EP
The hidden depths of planetary atmospheres
在临边观测中，折射边界以下的大气区域是隐藏的。因此，折射在行星的透射光谱中产生了一个灰色的连续体，可以隐藏与大气不透明度来源相关的光谱特征。我们结合折射理论与最近的分析进展，描述表面和云的透射光谱的影响，表达在大气不透明度空间中的边界的位置，无论是原子和分子的消光，以及碰撞引起的吸收。这使人们能够快速估计折射如何影响混合良好的大气中的光谱特征。我们发现，在肢体观测太阳系行星和系外行星之间的几何形状的差异，导致不同的位置，这个边界，并超过四个额外的规模高度的大气隐藏在系外行星过境相比，太阳系观测的冷气巨星。我们探讨如何在一个良好的混合等温大气层的温度和成分，行星的主恒星的光谱型，以及行星的大小的变化，这个折射边界的位置在系外行星过境。我们证明，五个额外的规模高度的大气隐藏在类地行星与CO $_2$大气相比，氦的大气，导致在一个平坦的光谱比从其较小的规模高度单独。我们提供了一些系外行星的结果，特别是那些在TRAPPIST-1系统中，以帮助科学界估计折射对光谱特征大小的影响，而无需进行辐射转移计算，从而帮助改进计划中的詹姆斯Web太空望远镜观测。
2018-08-02 astro-ph.EP
Random sampling technique for ultra-fast computations of molecular opacities for exoplanet atmospheres
系外行星大气中分子的不透明度依赖于这些分子越来越详细的线列表。今天可用的线列表包含许多物种多达数十亿条线。计算由压力和温度展宽产生的所有这些谱线的谱线轮廓，即Voigt轮廓，正成为一个计算挑战。我们的目标是创建一种方法来计算Voigt配置文件的方式，自动集中到最强的线的计算时间，同时仍然保持连续贡献的大量较弱的线。在这里，我们概述了一个统计线采样技术，采样福格特配置文件快速，高精度。根据谱线的强度和局部谱线密度调整采样数。这会自动为强线或光谱隔离线提供高精度的线形。线采样技术自动保留所有线的集成线不透明度，从而还以非常低的计算成本提供由大量弱线创建的连续体不透明度。线采样技术的准确性进行了测试时，计算线光谱和相关的k表。获得了具有高精度（几乎处处<1%）的极快计算（在标准的当前台式计算机上每核心每秒约3.5e5行）。给出了如何执行计算的详细配方。
2017-10-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
New models of reflection spectra for terrestrial exoplanets: Present and prebiotic Earth orbiting around stars of different spectral types
为了从未来观测到的光谱中识别出可居住的系外行星，我们提出了新的反射光谱模型和几何模型，用于在光谱型F，G，K和M恒星的可宜居带内运行的现代和前生物（3.9 Ga）类地系外行星。我们计算出行星的各种大气和表面成分。作为潜在生物特征和温室因子的分子被纳入我们的模型大气中。固体和液体物质的各种组合，如海洋，海岸，由树木，草，沙子或岩石组成的土地，决定了行星的表面覆盖度。还提供了一组九颗潜在宜居行星的几何反射光谱和模型反射光谱，包括Proxima Centauri b，TRAPPIST-1d，Kepler-1649 c和Teegarden的Star-b。我们采用的不透明度数据来自使用开源软件包外传输，并采用不同的大气温度-压力的配置文件，这取决于类地系外行星的属性。通过数值求解多次散射辐射转移方程，建立了模型反射光谱。我们通过与其他研究者发表的模型进行比较，验证了我们的模型在一些特定情况下的反射光谱。我们证明，前生物类地系外行星和目前的类地系外行星，其大气中的温室气体量增加，在光学散射更多的星光。我们还提出了现代和前生物类地系外行星与多云和无云的大气的透射光谱。
2023-03-01 astro-ph.EP
Exploring A Photospheric Radius Correction to Model Secondary Eclipse Spectra for Transiting Exoplanets
我们强调了一个物理效应，往往不被认为是影响计算模型光谱的行星在二次日食，影响发射和反射光谱。行星发射表面的半径不仅仅是从凌日光变曲线测量的一个值，它本身也是波长的函数，但它不能直接测量。在高精度下，类似的效应在传输“透射光谱”中是众所周知的，但这种相关效应也会影响发射和反射。众所周知，光球半径可以在$\sim$ 4-8大气尺度高度上变化，这取决于大气不透明度和光谱分辨率。这种效应导致在大气不透明度较低的波长下模型计算的权重降低，并且人们可以更深入地看到大气层，达到更小的半径。整体效果用于静音发射光谱功能的大气没有热反转，但增强功能的大气与热反转。虽然这种效应在目前的\emph{Hubble}观测中可以忽略，但它会导致低重力热彗星在$R\sim~200-1000$的红外线中行星-恒星通量比随波长变化10- 20%（JWST很容易实现），尽管5%的值对人口来说更典型。这种影响主要由大气层高度与行星半径的比值控制，在任何行星温度下都很重要。在已知的行星中，这种效应对于表面重力非常低的冷“超级喷流”是最大的，在那里它可以改变超过100%的计算通量比。我们讨论的复杂性，包括光球半径的影响，在1D和3D大气模型。
2019-03-29 astro-ph.EP
On the radiative equilibrium of irradiated planetary atmospheres
恒星和行星的演化主要受其大气层的性质控制。这在靠近恒星的系外行星的情况下尤其如此，对于这种情况，人们必须考虑（通常是强烈的）辐射通量，以及负责内部行星热量逐渐损失的内在通量。目前的工作的目标是帮助理解的辐射转移和平流系外大气之间的耦合，并提供对深大气层的温度约束。这对于评估修改假设的不透明度来源和/或热传输是否可以解释迄今为止发现的大量巨型系外行星的膨胀尺寸至关重要。我用一个简单的分析方法的启发爱丁顿的近似恒星大气的温度和光学深度之间的关系，得到有效的平面平行静态灰色大气既运输的内部热通量和接收外部辐射通量。该模型被参数化为平均可见光和热不透明度的函数，分别。该模型显示，再现相对较好的温度分布从更复杂的辐射转移计算的系外行星大气。它自然地解释了为什么当光学中的不透明度与红外线中的不透明度相比变得显著时会出现逆温（平流层）。我进一步证明了在恒定光学深度水平上存在水平平流时，平均等效通量（与T^4成正比）是守恒的。这就意味着，作为演化模型外边界的深层大气温度应该根据与整个行星大气有关的模型计算，而不是根据与昼侧或亚恒星点有关的模型计算。在这些条件下，现今的模型产生的深部温度约为1000 K，太冷了，无法解释行星HD 209458 b目前的大小。红外线与可见光的不透明度比需要增加10倍，才能减缓行星的冷却和收缩，足以解释它的大小。然而，在不透明度变化的情况下，或者在能量的非辐射垂直传输的…
2010-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Cleaning our Hazy Lens: Exploring Trends in Transmission Spectra of Warm Exoplanets
相对而言，人们对温带至温暖系外行星（平衡温度$T_{\rm eq}<$ 1000 K）的大气成分了解甚少，因为发现其中许多行星具有非典型的平坦透射光谱。它们平坦的光谱可能是由于大气不透明度的来源，如全球范围的光化学烟雾和凝结云。我们编译了哈勃太空望远镜先前观测到的25颗温暖系外行星的透射光谱，并使用水吸收特征（$A_{\rm H}$）的归一化幅度来量化每个系外行星的模糊度。通过研究$A_{\rm H}$与各种行星和恒星强迫参数之间的关系，我们试图找到与行星性质相关的模糊度的相关性。我们采用了新的统计相关性检验，更适合于小的，非正态分布的温暖的系外行星样本。我们的分析表明，没有一个参数与$A_{\rm H}$（$p \le 0.01$）具有统计学上的显著相关性，增加了新的系外行星数据，包括先前确定的$A_{\rm H}$和$T_{\rm{eq}}$或氢氦包层质量分数（f $_{\rm{HHe}}$）之间的线性趋势。这表明，温暖系外行星的模糊性不仅仅是由任何单一的行星/恒星参数控制的。在我们研究的所有参数中，行星重力（$g_{\rm p}$）、大气高度（$H$）、行星密度（$ρ_{\rm p}$）、轨道偏心率（$e$）和恒星年龄（$t_{\rm age}$）与$A_{\rm H}$有初步的相关性。具体而言，较低的$H$、较高的$g_{\rm p}$、$ρ_{\rm p}$、$e$或$t…
2022-06-25 astro-ph.EP
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
Supervised Machine Learning for Analysing Spectra of Exoplanetary Atmospheres
机器学习的使用在天文学中越来越普遍，但在系外行星大气层的研究中仍然很少见。给定系外行星大气的光谱，实时扫描多参数空间以找到最佳拟合模型。它被称为大气检索，是一种起源于地球和行星科学的技术。这种方法非常耗时，并且必然存在物理和化学现实主义与计算可行性之间的折衷。机器学习以前曾被用来确定模型中包含哪些分子，但检索本身仍然使用标准方法进行。在这里，我们报告了监督机器学习的随机森林方法的适应性，在预先计算的大气模型网格上训练，该模型检索分子丰度和云不透明度的完整后验分布。使用预先计算的网格允许将大部分计算负担转移到离线。我们展示了我们的技术上的热气体巨型系外行星WASP-12 b的透射光谱使用五参数模型（温度，恒定的云不透明度和体积混合比或相对丰度的水，氨和氰化氢的数量）。我们得到的结果与标准的嵌套抽样检索方法一致。此外，我们可以估计测量光谱对约束模型参数的敏感性，并且我们可以量化光谱的信息内容。我们的方法可以直接应用于更复杂的大气模型，也可以解释一个合奏的光谱，而不必重新训练的随机森林。
2018-06-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.data-an
The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets I: Tidally-Locked exo-Earths
本研究通过耦合彗星撞击模型与三维地球系统模型，模拟了2.5公里冰彗星撞击潮汐锁定类地系外行星的大气响应，发现水是驱动大气化学和组成长期变化的主要因素，并可能影响行星宜居性。
2025-02-25 astro-ph.EP
A mirage of the cosmic shoreline: Venus-like clouds as a statistical false positive for exoplanet atmospheric erosion
JWST对类金星大气的近期研究有望推进我们对类地行星演化的认识。然而，对太阳系中金星的远程研究和正在进行的描述气态系外行星特征的努力都表明，高空气溶胶可能会限制对低层大气的观测研究，并可能使将系外行星识别为“类金星”变得具有挑战性。为了支持JWST外金星表征的实用方法，我们使用金星大气模型与七个TRAPPIST-1系外行星的自洽云形成来研究可以使用透射和发射光谱探测的大气深度。我们发现，JWST/MIRI LRS二次日食发射光谱在6 $μ$ m的不透明窗口可以探测至少一个数量级更深的压力比透射光谱，可能允许访问的两个热的最内层TRAPPIST-1行星的云下大气。此外，我们还发现了硫酸气溶胶的两个干扰效应，这可能对用透射光谱表征类地系外行星具有重要意义：（1）在产生观测光谱连续体时，云顶和固体表面之间存在模糊性;（2）云的形成区域沿半长轴高度下降，导致可观测云顶压力随恒星日照减少而增加。总之，这些影响可能会产生一种趋势，即在较低的恒星日照下观察到较厚的大气层-一个令人信服的大气逃逸假阳性和一个经验性的“宇宙海岸线”。然而，发展观测和理论技术来识别金星类系外行星，并将它们与恒星风吹世界区分开来，将使陆地比较行星学这一新兴领域取得进展。
2019-11-20 astro-ph.EP
The PEPSI Exoplanet Transit Survey (PETS) IV: Assessing the atmospheric chemistry of KELT-20b
本研究利用LBT/PEPSI高分辨率发射光谱评估超热木星KELT-20b的大气化学，确认Fe I为主要光学不透明度来源，可能引起温度逆温，并探讨了与文献结果的差异及未来研究方向。
2023-10-13 astro-ph.EP
Dynamic mineral clouds on HD 189733b I. 3D RHD with kinetic, non-equilibrium cloud formation
对系外行星大气的观察揭示了其大气中存在云颗粒。太阳系外行星大气中云形成的3D建模与大气动力学相结合一直是一个挑战。我们研究了热木星系外行星大气中云形成过程的热流体动力学特性。我们模拟HD 189733b的动态大气与三维模型，耦合三维辐射流体动力学与动力学，微物理矿物云形成模块设计的RHD/GCM系外行星大气模拟。我们的模拟包括云平流和沉降的反馈效应，气相元素平流和消耗/补充和云不透明度的辐射效应。我们将云颗粒模拟为矿物材料的混合物，当它们穿过大气热化学环境时，其大小和成分会发生变化。所有的局部云属性，如数密度，粒度和材料成分的时间依赖性计算。气相元素耗尽作为云形成的结果包括在模型中。应用现场\textit{effective medium theory}和Mie理论计算了云组分的不透明度随波长的变化。我们提出了一个3D云结构的化学复杂，热木星HD 189733b的气态大气。在压力小于1巴的情况下，云的平均颗粒大小通常为亚微米（0.01 - 0.5 $μ$ m），较热的赤道地区含有最小的颗粒。较密集的云结构出现在接近终端区域和较深的大气层（$\sim$ 1 bar）。硅酸盐材料，如MgSiO $_{3}$ [s]在中高纬度地区很丰富，而TiO $_{2}$ [s]和SiO $_{2}$ [s]主要分布在赤道地区。
2016-07-18 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
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
Atmospheric Circulation and Composition of GJ1214b
系外行星GJ 1214 b是低质量行星成分简并的一个有趣例子。它的大气层可能由水、超太阳或太阳金属性物质组成。我们提出的大气环流模式GJ 1214 b的这三个组成部分，明确的灰色辐射转移和一个可选的处理MHD底部阻力。所有模式都产生了强烈的超旋转纬向风（约1-2公里/秒）。从二次日食和热相位曲线的测量可以推断出向东的热平流的程度，在模式之间变化很大。这些差异被理解为是由热光球层的辐射时间变化引起的，由单独的分子量和不透明度效应引起。我们的GJ 1214 b模型说明了如何使用大气环流作为微型海王星/水世界类中类似潮汐锁定系外行星的成分探测器。
2011-11-30 astro-ph.EP
The Venus Benchmark: Resolving Degeneracies in Terrestrial Exoplanet Spectra with DAVINCI
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本研究提出利用即将开展的DAVINCI任务获取的金星高保真大气剖面数据，解决类地系外行星光谱的简并性问题，可大幅提升系外行星大气建模的精度。
2026-09-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Model atmospheres of irradiated exoplanets: The influence of stellar parameters, metallicity, and the C/O ratio
限制系外行星光谱外观的许多参数仍然知之甚少。因此，我们研究了辐射的系外行星大气的性质在很宽的参数范围内，包括金属丰度，C/O比和主机光谱型。我们计算了一维辐射对流大气网格和发射光谱。我们执行的计算与我们的新的压力温度迭代器和光谱发射计算器行星大气（PETIT）代码，假设化学平衡。大气结构和光谱可在网上查阅。我们发现，碳氧比为$\sim$ 1和$T_{\rm eff}$ $\gtrsim$ 1500 K的行星的大气层由于碱金属的加热而出现反转，这是因为主要的冷却剂CH $_4$、H $_2$ O和HCN被耗尽。因此，温度反转可能会发生没有额外的吸收剂，如TiO和VO的存在。在低温下，我们发现光球层的压力水平强烈影响大气不透明度是否主要由水（低C/O）或甲烷（高C/O），或两者（无论C/O）。对于热的、富碳的物体，这个压力水平决定了大气中是甲烷还是HCN占主导地位。此外，我们发现，晚光谱型的宿主星导致行星大气具有更浅，更等温的温度分布。与先前的工作一致，我们发现，对于行星与$T_{\rm eff}$ $<$ 1750 K的水或甲烷占主导地位的光谱之间的过渡发生在C/O $\sim$ 0.7，而不是$\sim$ 1，因为冷凝优先除去氧。
2015-09-24 astro-ph.EP
Toward the analysis of JWST exoplanet spectra: Identifying troublesome model parameters
鉴于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）即将发射，它将允许以前所未有的信噪比、光谱覆盖范围和空间分辨率观测系外行星大气，因此需要评估用于解释数据的大气模型的不确定性。作为第一步，我们比较了三个独立的一维辐射对流模式：ATMO，Exo-REM和petitCODE。由于我们开发的基准协议，我们确定了考虑到的物理和化学过程的差异。我们研究了这些差异对可观察光谱分析的影响。我们仔细选择相关的分子linelists计算大气不透明度的重要性。事实上，Hitran和ExoMol计算的光谱之间的差异超过了未来JWST观测的预期不确定性。我们还表明，由于碱和分子线形的不确定性，从而导致光谱效应也大于预期的JWST的不确定性的模型的精度的限制。我们比较了两个化学模型，外REM和Venot化学代码，这不会导致显着差异的发射或透射光谱。我们讨论了使用平衡或平衡化学的观测后果和磷化氢的主要影响，可检测的JWST.Each模型受益于基准活动，并已更新。本文所开发的协议和在线测试结果可以为其他模型的测试提供参考。
2017-10-23 astro-ph.EP
Hydrolyzed Hazes on Water-rich Exoplanets: Optical Constants and Detectability
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Space Telescope Science Institute（空间望远镜科学研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
研究水丰盈系外行星大气中尘埃的水解过程及其对光谱观测的影响，通过实验测定光学常数，揭示水解尘埃对大气特征的显著影响。
2026-04-08 astro-ph.EP
Predicting the Extreme Ultraviolet Radiation Environment of Exoplanets Around Low-Mass Stars: GJ 832, GJ 176, GJ 436
正确估计恒星极紫外线（EUV; 100 - 1170 nm）通量对于研究系外行星大气的光化学和稳定性非常重要，因为极紫外线辐射会电离氢，并有助于行星上层大气的加热，膨胀和潜在的逃逸。来自星际氢的污染使得观测M星的EUV辐射特别困难，不可能超过100 pc，并且需要其他方法来预测这个波长范围内的通量。我们目前的EUV -红外（100 $μ$ m）合成光谱计算与PHOENIX大气代码的三个早期M矮行星主机：GJ 832（M1.5 V），GJ 176（M2.5 V），和GJ 436（M3.5 V）。这些一维半经验非定域热力学平衡模型包括简单的恒星色球层和过渡区的温度处方，紫外线（UV; 100 - 3008 μ m）通量起源于此。我们指导我们的模型与哈勃太空望远镜的远，近紫外光谱和讨论的能力，以限制这些模型使用银河系演化探测器紫外测光。我们的模型精确地再现了观测结果，并预测了波长分辨率< 0.1 μ m的不可观测EUV光谱。这三颗恒星的温度剖面都是由几乎相同的参数描述的，这表明早期的M型恒星在其上层大气中可能具有相似的热结构。由于即将出现紫外线观测空白，以及观测到的比太阳亮度低且距离更远的恒星的极紫外线光谱稀缺，高层大气模型对于提供短波长的真实光谱以及推进我们对辐射对绕M恒星运行的行星的影响的理解非常重要。
2019-10-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Characteristic Transmission Spectrum dominated by H$_{2}$O applies to the majority of HST/WFC3 exoplanet observations
目前，有19颗凌日系外行星公布了哈勃/WFC 3 G141近红外棱镜获得的透射光谱。使用这个样本，我们进行了统一的分析，将测量误差去偏的光谱调制由于H $_{2}$ O，测量的估计大气尺度高度，${H_s}$。对于那些有H $_{2}$ O探测到的行星（19个中有10个），H $_{2}$ O引起的光谱调制范围为0.9 ~ 2.9~ ${H_s}$，平均值为1.8~ $\pm$ ~0.5~ ${H_s}$。这种光谱调制明显小于对晴朗大气的预测。对于已经探测到H $_{2}$ O的行星群，我们发现，可以对单个光谱进行相干平均，从而产生一个特征光谱，其形状和样品的光谱调制与H $_{2}$ O混合比和云顶压力的范围一致，最小H $_{2}$ O混合比为17~ $^{+12}_{-6}$ ~ppm，对应于无云的情况。使用这个下限，我们表明，云或气溶胶必须阻止至少一半的大气柱，否则将在无云大气的情况下，通过透射光谱采样。我们的结论是，终端区域的云，有足够的不透明度是不透明的倾斜观察的几何形状，是常见的炎热的彗星。
2016-04-01 astro-ph.EP
Quantifying the Impact of Spectral Coverage on the Retrieval of Molecular Abundances from Exoplanet Transmission Spectra
使用具有代表性的系外行星大气和辐射测量仪器模型的前向模型，我们已经生成了合成观测数据，以探索如何以及主要的C-和O-轴承化学物种（CO，CO2，CH 4和H2O），重要的是确定大气不透明度和辐射平衡，可以通过过境测量作为光谱波长覆盖范围的函数进行约束。这项工作的特点是模拟了一个概念性的过境光谱任务，并比较了两种情况下的仪器光谱覆盖范围（波长覆盖范围从0.5-2.5 $μ$ m和0.5-5 $μ$ m。模拟是在一个网格上进行的恒星星等的范围，并纳入了完整的检索大气模型参数。我们考虑了一系列的行星，从次海王星到热木星，包括低和高平均分子量的大气。我们发现，包括2.5-5 $μ$ m的波长范围提供了显着的改善，在检索的分子丰度的约束程度：高达~3个数量级的低平均分子量的气氛（$μ$ =2.3）和高达~6倍的高平均分子量的气氛（$μ$ =28）。这些减少的不确定性意味着可见光和中红外之间的广泛光谱覆盖范围是了解系外行星大气化学和组成的重要工具。这一分析表明，JWST/NIRSpec 0.6-5 $μ$ m棱镜光谱模式，或类似的波长覆盖与未来可能的任务，将是一个重要的资源，系外行星大气特征。
2017-08-15 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
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
A multi-object approach for studying exoplanet atmospheres using high-resolution spectrographs
本文提出多目标高分辨率透射光谱（Mo-HRTS）方法，通过单一数据集同时获取高分辨率和低分辨率宽带透射光谱，以克服HRTS归一化简并性问题并约束系外行星大气参数反演。
2025-09-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
Mapping Directly Imaged Giant Exoplanets
随着直接成像的巨大系外行星数量的增加，目前的大气模型往往不能完全解释源的光谱和光度。大气模型的一个特别具有挑战性的组成部分是冷凝云层的形成和性质，这从根本上影响行星的能量，不透明度和演化。在这里，我们提出了一套技术，可用于估计这些行星可能显示的旋转调制水平。我们建议，太阳系外行星的这种周期性的光度和光谱变化，由于其旋转的时间分辨观测可以作为一个强大的工具来探测其光学表面的不均匀性。我们提出并讨论了以下问题：a）从光变曲线和/或光谱可以推断出哪些行星性质，特别是我们可以确定旋转周期，斑点覆盖范围，斑点颜色，斑点光谱; b）这些测量所需的仪器/波长/时间采样的最佳配置是什么;以及c）主成分分析是否可以用于反转光变曲线并推导行星的表面地图。我们的模拟描述了均匀（清晰或多云）和斑片状大气之间的预期光谱差异，概述了水，甲烷和CO的主要吸收特征的意义，并提供了一种方法来区分这两种类型的大气。利用当前和未来仪器的模拟光度测定来估计可检测光度变化的水平。我们的结论是，未来的仪器将能够恢复不仅旋转周期，云覆盖，云的颜色和光谱，甚至云的演变。我们还表明，行星的大气层的纵向地图可以推断出其磁盘集成光变曲线。
2012-10-25 astro-ph.EP
Regaining the FORS: optical ground-based transmission spectroscopy of the exoplanet WASP-19b with VLT+FORS2
在过去的几年里，对系外行星的研究已经从纯粹的发现，然后在性质上更具探索性，最后变得非常量化。特别是，透射光谱学现在允许研究系外行星大气。这些研究严重依赖于空间或大型地面设施，因为需要进行时间分辨，高信噪比光谱学。最近在ESO的甚大望远镜上更换了FORS 2大气衍射校正器的棱镜，这应该使我们能够达到比以往任何时候都更高的数据质量。利用FORS 2，我们获得了WASP-19 b的第一个地面光学透射光谱，在550- 830 nm范围内具有20 nm的分辨率。对于这颗行星，数据集代表了迄今为止获得的最高分辨率透射光谱。我们发现行星大气模型在790 nm的透射光谱redwards的大偏差，表明无论是不透明的额外来源不包括在当前的大气模型WASP-19 b或额外的，未开发的来源的系统学。尽管如此，这项工作显示了FORS 2的新潜力，可以比迄今为止更详细地研究系外行星的大气层。
2015-03-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
Gran Telescopio Canarias OSIRIS Transiting Exoplanet Atmospheric Survey: Detection of potassium in XO-2b from narrowband spectrophotometry
我们提出了大加那利望远镜（GTC）的光学过境窄带测光的热木星系外行星XO-2b使用OSIRIS仪器。这种独特的仪器能够提供高节奏的窄带测光光变曲线，使我们能够从地面探测热彗星的大气成分。这些观测是在三个凌日事件期间进行的，这些凌日事件覆盖了四个波长，光谱分辨率接近500，这是观测大气特征所必需的，并且具有近光子限制的亚mmag精度。在大口径望远镜上进行精密的窄带测光，可以观察到比研究目标HD 209458 b和HD 189733 b暗得多的恒星周围的系外行星的大气透射光谱特征，从而可以获得大多数已知的凌日行星。对于XO-2b，我们测量到的行星到恒星的半径对比度为：6792 Ang时的R_pl/R_star=0.10508+/-0.00052，7582 Ang时为0.10640+/-0.00058，7664.9 Ang时为0.10686+/-0.00060，8839 Ang时为0.10362+/-0.00051。这些测量揭示了两个波长处的显著光谱特征，由于线芯中的大气钾，在7664.9 Ang处的吸收水平为0.067+/-0.016%（4.1-sigma显著性水平），在7582 Ang处的吸收水平为0.058+/-0.016%（3.6-sigma显著性水平）。当我们的测量热木星大气模型进行比较，我们发现很好的协议与模型占主导地位的光学碱金属。这是太阳系外行星中存在钾的第一个证据，长期…
2010-12-20 astro-ph.EP
The mutual influence of disequilibrium composition and temperature in exoplanet atmospheres
本研究构建了包含164种气态物质、2352个反应的一维自洽大气模型，分析非平衡化学与温度的相互作用，发现热木星中TiO耗竭可致超100K温度变化，次生大气的温度影响因组成类型差异显著。
2025-06-13 astro-ph.EP
A Library of Self-Consistent Simulated Exoplanet Atmospheres
我们提出了一个公开可用的辐射对流平衡压力-温度模型大气库（$P$ - $T$）剖面与平衡化学丰度完全一致，以及相应的发射和透射光谱，0.2 $μ$ m处的R $\sim$ 5000降至30 $μ$ m处的R $\sim$ 35，89颗热木星系外行星，四个再循环因子，六个金属丰度和六个碳氧比。我们发现冷凝过程（局部/雨除）的选择改变了$P$ - $T$曲线，从而改变了光谱，可能被JWST检测到。我们发现H $^-$不透明度可以有助于形成一个强的温度反转在超热的超高温超导体的C/O比$\geq$ 1，并可以使透射光谱的功能在光学平坦，同时改变整个发射光谱。我们强调如何采用不同的模型选择，如热电离，不透明度，线翼配置文件和方法的变化的C/O比，影响的$P$ - $T$结构和光谱。我们的Fe不透明度的作用，形成在大气中的一次/二次逆温。我们使用WASP-17 b和WASP-121 b作为测试案例，以展示网格参数在其整个范围内的影响，同时强调一些重要的发现，涉及整体大气结构，化学过渡制度及其可观测性。最后，我们将这个库应用到当前的WASP-121 b的传输和发射光谱观测，它显示了H $_2$ O和VO在肢体的初步证据，和H $_2$ O的发射功能指示逆温的昼侧，非常低的能量再分布，从而证明了库的适用性规划和解释观测的传输和发射光谱。
2020-08-04 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
Prospects for Characterizing the Haziest Sub-Neptune Exoplanets with High Resolution Spectroscopy
对比地球大但比海王星小的行星进行的观测，在低光谱分辨率下导致了很大程度上不确定的解释，这是由于烟雾或云模糊了它们光谱中的分子特征。然而，在这里，我们表明，高分辨率光谱（R $\sim$ 25，000至100，000），使人们能够探测这些大气层中的云以上的最强谱线的核心形成的区域。我们提出了一套GJ 1214 b类行星厚光化学雾覆盖1 - 5 $μ$米的透射光谱模型在一系列的分辨率相关的当前和未来的地面光谱仪。此外，我们比较了通常与更正式的基于似然的方法一起使用的交叉关联函数的效用，发现只有基于似然的方法对雾不透明度的存在敏感。我们计算这些光谱的信噪比，包括大地污染，需要稳健地检测主机的分子，如CO，CO $_{2}$，H $_{2}$ O，CH $_{4}$，和光化学产品，如HCN，作为波长范围和光谱分辨率的函数。M波段的光谱需要最低的S/N $_{res}$以同时检测多个分子。CH $_{4}$仅在最酷的型号（$T_{\rm{eff}} =$ 412 K）上可观察到，并且仅在L波段。我们定量评估了这些要求与当前和未来仪器所能实现的要求之间的比较，证明了利用地面高分辨率光谱技术对小型凉爽世界的表征是触手可及的。
2020-08-25 astro-ph.EP
Phase curve pollution of exoplanet transmission spectra
行星在其主星前方过境的事件提供了观察行星大气过滤星光的机会。被遮蔽的恒星通量的比例大致与行星的光学厚度成正比，其程度取决于行星在观测波长下的气体包层的不透明度。化学物质，烟雾和云现在经常通过透射光谱中相当小的特征在系外行星大气中检测到，即，多个光谱箱和/或光度带的行星与恒星面积比的集合。技术进步已经导致最亮目标的误差条缩小到每个光谱点的百万分之几十（ppm）。即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）预计将提供精度低至10 ppm的透射光谱。测量精度的提高要求重新评估迄今为止在天体物理模型中采用的近似值，包括凌日光变曲线模型。最近的研究表明，忽略行星的热辐射可能会给JWST/Mid-JWST Red仪器测量的凌日深度带来重大偏差，该仪器的积分值在5至12 $μ$ m之间。在本文中，我们采取了一个步骤，通过分析的影响的近似在0.6-12 $μ$ m的波长范围内覆盖的各种JWST仪器的透射光谱。我们提出了开源软件来预测光谱偏差，表明如果不加以纠正，它可能会影响一些系外行星大气的推断分子丰度和热结构。
2021-04-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
A new method to measure the spectra of transiting exoplanet atmospheres using multi-object spectroscopy
传统上，探测凌日系外行星大气层的地基分光光度观测采用比较和目标恒星光变曲线之间的线性映射（例如通过差分分光光度法）来校正系统学污染凌日信号。作为这种传统方法的替代，我们引入了一种新的高斯过程（GP）回归为基础的方法来分析地面分光光度数据。我们的新方法允许一个广义的非线性映射之间的目标过境光变曲线和时间序列用于去趋势。这是一个改进，因为目标和比较明星流量的影响，不同的大地测量和仪器系统，这是复杂的和非线性的。我们将我们的方法应用到六个双子座/GMOS过境的温暖（T $_{\rm eq}$ = 990 K）海王星HAT-P-26 b。当使用比较星光变曲线作为GP回归量时，与传统方法相比，我们获得平均$\sim$ 20%更好的过境深度精度和白光曲线上的残余散射，而当明确不使用比较星时，平均$\sim$ 20%更差。最终，只有30%的透射光谱精度的成本，我们的方法克服了在仪器视场中使用比较星的必要性，这一直是基于地面观测的系外行星过境明亮恒星的大气层的限制因素之一。我们获得了HAT-P-26 b在490-900 nm范围内的平坦透射光谱，这可以通过灰色不透明度云甲板的存在和过境时间变化的指示来解释，这两者都与以前的测量结果一致。
2021-12-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
A non-grey analytical model for irradiated atmospheres. I: Derivation
上下文半灰色大气模型（一个不透明的可见光和一个不透明的红外线）是有用的，以了解全球结构的辐射大气，其动态和内部结构和行星，褐矮星和恒星的演变。但是，当与直接数值辐射转移计算辐射系外行星相比，这些模型系统地高估了温度在低光学深度，独立的不透明度参数。我们希望了解为什么半灰色模型在低光学深度失败，并提供一个更准确的近似大气结构占在红外线的可变不透明度。我们的分析辐照非灰色模型被发现提供的温度范围是一致的数值计算得到的。我们发现，即使是轻微的非灰色的热不透明度的温度结构显着不同，从以前的半灰色模型。对于小的β值（预期当线占主导地位），我们发现，非灰色效应仅限于低光学深度。然而，对于β大于0.5（适当的存在下，与普朗克函数的宽度波长依赖性较小或相当的频带），我们发现，温度结构的影响，甚至下降到红外光学深度单位和更深的所谓的覆盖效应的结果。我们推导出的表达式可以用来提供一个适当的函数形式的算法，从光谱信息反演大气特性。由于完整的大气结构可以直接计算，这些表达式应该是有用的模拟这些大气的动力学和行星的热演化。最后，它们应该被用来测试完整的辐射转移模型，并改善它们的收敛性。
2013-11-26 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
An open-source Bayesian atmospheric radiative transfer (BART) code: III. Initialization, atmospheric profile generator, post-processing routines, and application to exoplanet WASP-43b
Harrington等人2021年提交的这篇论文和Cubillos等人2021年提交的配套论文描述了一个开源检索框架，贝叶斯大气辐射转移（BART），可通过https://github.com/exosports/BART在可复制研究许可下向社区提供。BART是一个辐射传输代码（过境，https://github.com/exosports/transit，Rojo 2009，2009 ASPC. 420.. 321 R），由热化学平衡丰度（TEA，https://github.com/dzesmin/TEA，Blecic等人，2016，arXiv：1505.06392）代码初始化，并由微分进化马尔科夫链蒙特卡罗（MC 3，https://github.com/pcubillos/mc3，Cubillos等人，2017，arXiv：1610.01336）采样器驱动通过参数相空间。本文简要介绍了该系统的总体框架及其可单独用于其他科学目的的模块，概述了反演分析流程，给出了初始化例程，详细描述了大气廓线生成器以及温度和物种参数化，并给出了系统的总体结构。并指定后处理例程和输出，集中于谱带积分器、最佳拟合模型选择和贡献函数。我们还提出了一个大气分析的WASP-43 b二次日食数据从空间和地面观测。我们将我们的结果与文献中的结果进行比较，并研究如何包含额外的不透明度源影响最佳拟合模型。
2021-04-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Stellar Astrophysics and Exoplanet Science with the Maunakea Spectroscopic Explorer (MSE)
Maunakea光谱探测器（MSE）是一个计划中的11.25米孔径设施，具有1.5平方度的视场，将完全致力于多目标光谱学。作为Maunakea上3.6米加拿大-法国-夏威夷望远镜的重生，MSE将使用4332根光纤，在0.36- 1.8 μ m的波长范围内以三种不同的分辨率（R ~ 2500，6000，40000）运行，动态光纤定位允许光纤匹配单个物体的曝光时间。MSE将能够以前所未有的规模和灵敏度进行光谱调查，每年收集数百万个光谱，最低限度为g ~ 20-24 mag，高分辨率模式下的标称速度精度为~100 m/s。本白皮书描述了使用MSE的恒星天体物理学和系外行星科学的科学案例，包括系外行星和亚恒星物体的发现和大气特征，星团的恒星物理学，类太阳振荡器和不透明度驱动振荡器的星震学，恒星旋转，活动和多样性的研究，以及AGB和极端贫金属恒星的化学特征。
2019-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
The impact of organic hazes and graphite on the observation of CO2-rich sub-Neptune atmospheres
本研究测量了有机雾霾类似物和石墨在0.4-25 μm的光学常数，并应用于GJ 1214b的透射光谱模拟，发现有机雾霾能重现Hubble和JWST观测特征，而石墨可能导致半径高估，为超蓬松行星提供解释。
2025-08-10 astro-ph.EP
