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Consistently Simulating a Wide Range of Atmospheric Scenarios for K2-18b with a Flexible Radiative Transfer Module

Scheucher, M. und Wunderlich, F. und Grenfell, John Lee und Godolt, Mareike und Schreier, Franz und Kappel, David und Haus, R und Herbst, K und Rauer, H (2020) Consistently Simulating a Wide Range of Atmospheric Scenarios for K2-18b with a Flexible Radiative Transfer Module. Astrophysical Journal, 898 (44), Seiten 1-19. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.3847/1538-4357/ab9084. ISSN 0004-637X.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab9084

Kurzfassung

The atmospheres of small, potentially rocky exoplanets are expected to cover a diverse range in composition and mass. Studying such objects therefore requires flexible and wide-ranging modeling capabilities. We present in this work the essential development steps that lead to our flexible radiative transfer module, REDFOX, and validate REDFOX for the solar system planets Earth, Venus, and Mars, as well as for steam atmospheres. REDFOX is a k-distribution model using the correlated-k approach with the random overlap method for the calculation of opacities used in the δ-two-stream approximation for radiative transfer. Opacity contributions from Rayleigh scattering, UV/visible cross sections, and continua can be added selectively. With the improved capabilities of our new model, we calculate various atmospheric scenarios for K2-18b, a super-Earth/sub-Neptune with ~8 M ⊕ orbiting in the temperate zone around an M star, with recently observed H2O spectral features in the infrared. We model Earth-like, Venus-like, and H2–He primary atmospheres of different solar metallicity and show resulting climates and spectral characteristics compared to observed data. Our results suggest that K2-18b has an H2–He atmosphere with limited amounts of H2O and CH4. Results do not support the possibility of K2-18b having a water reservoir directly exposed to the atmosphere, which would reduce atmospheric scale heights, and with it the amplitudes of spectral features, making the latter inconsistent with the observations. We also performed tests for H2–He atmospheres up to 50 times solar metallicity, all compatible with the observations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137306/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Consistently Simulating a Wide Range of Atmospheric Scenarios for K2-18b with a Flexible Radiative Transfer Module
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scheucher, M.markus.scheucher (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wunderlich, F.ZAA, Berlin Inst. Tech. (TUB), GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grenfell, John LeeLee.Grenfell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Godolt, MareikeMareike.Godolt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Kappel, DavidDavid.Kappel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haus, RUni. PotsdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Herbst, KInstitut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität, Kiel, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rauer, Hheike.rauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Juli 2020
Erschienen in:Astrophysical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:898
DOI:10.3847/1538-4357/ab9084
Seitenbereich:Seiten 1-19
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:0004-637X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Radiative transfer; computational methods; exoplanets; atmospheres
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HGF - Programm:Raumfahrt
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Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Grenfell, John Lee
Hinterlegt am:09 Nov 2020 15:22
Letzte Änderung:27 Okt 2023 14:49

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