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Unveiling Shrouded Oceans on Temperate sub-Neptunes via Transit Signatures of Solubility Equilibria versus Gas Thermochemistry

Hu, R. und Damiano, M. und Scheucher, M. und Kite, E. und Seager, S. und Rauer, Heike (2021) Unveiling Shrouded Oceans on Temperate sub-Neptunes via Transit Signatures of Solubility Equilibria versus Gas Thermochemistry. Astrophysical Journal Letters, 921 (1), L8. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.3847/2041-8213/ac1f92. ISSN 2041-8205.

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Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac1f92

Kurzfassung

The recent discovery and initial characterization of sub-Neptune-sized exoplanets that receive stellar irradiance of approximately Earth's raised the prospect of finding habitable planets in the coming decade, because some of these temperate planets may support liquid-water oceans if they do not have massive H2/He envelopes and are thus not too hot at the bottom of the envelopes. For planets larger than Earth, and especially planets in the 1.7-3.5 R⊕ population, the mass of the H2/He envelope is typically not sufficiently constrained to assess the potential habitability. Here we show that the solubility equilibria versus thermochemistry of carbon and nitrogen gases typically results in observable discriminators between small H2 atmospheres versus massive ones, because the condition to form a liquid-water ocean and that to achieve the thermochemical equilibrium are mutually exclusive. The dominant carbon and nitrogen gases are typically CH4 and NH3 due to thermochemical recycling in a massive atmosphere of a temperate planet, and those in a small atmosphere overlying a liquid-water ocean are most likely CO2 and N2, followed by CO and CH4 produced photochemically. NH3 is depleted in the small atmosphere by dissolution into the liquid-water ocean. These gases lead to distinctive features in the planet's transmission spectrum, and a moderate number of transit observations with the James Webb Space Telescope should tell apart a small atmosphere versus a massive one on planets like K2-18 b. This framework thus points to a way to use near-term facilities to constrain the atmospheric mass and habitability of temperate sub-Neptune exoplanets.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148002/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Unveiling Shrouded Oceans on Temperate sub-Neptunes via Transit Signatures of Solubility Equilibria versus Gas Thermochemistry
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hu, R.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109, USA; Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Damiano, M.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scheucher, M.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109, USA; Institut für Planetenforschung, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, D-12489 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kite, E.Department of the Geophysical Sciences, University of Chicago, Chicago, IL 60637, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seager, S.Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA; Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rauer, Heikeheike.rauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6510-1828NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Oktober 2021
Erschienen in:Astrophysical Journal Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:921
DOI:10.3847/2041-8213/ac1f92
Seitenbereich:L8
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:2041-8205
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Exoplanet atmospheres; Extrasolar rocky planets; Extrasolar ice giants; Habitable planets; Ocean planets; Transmission spectroscopy;
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt PLATO - PMC und Science
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Hinterlegt von: Cabrera Perez, Juan
Hinterlegt am:06 Jan 2022 09:32
Letzte Änderung:05 Dez 2023 10:16

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