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Assessment of a physics-based retrieval of exoplanet atmospheric temperatures from infrared emission spectra

Schreier, Franz und Grenfell, John Lee und Wunderlich, Fabian und Trautmann, Thomas (2023) Assessment of a physics-based retrieval of exoplanet atmospheric temperatures from infrared emission spectra. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 524, Seiten 857-872. Oxford University Press. doi: 10.1093/mnras/stad1526. ISSN 0035-8711.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1093/mnras/stad1526

Kurzfassung

Atmospheric temperatures are to be estimated from thermal emission spectra of Earth-like exoplanets orbiting M-stars as observed by current and future planned missions. To this end, a line-by-line radiative transfer code is used to generate synthetic thermal infrared (TIR) observations. The range of ‘observed’ intensities provides a rough hint of the atmospheric temperature range without any a priori knowledge. The equivalent brightness temperature (related to intensities by Planck’s function) at certain wavenumbers can be used to estimate the atmospheric temperature at corresponding altitudes. To exploit the full information provided by the measurement we generalize Chahine's original approach and infer atmospheric temperatures from all spectral data using the wavenumber-to-altitude mapping defined by the weighting functions. Chahine relaxation allows an iterative refinement of this 'first guess'. Analysis of the 4.3 and 15µm carbon dioxide TIR bands enables an estimate of atmospheric temperatures for rocky exoplanets even for low signal-to-noise ratios of 10 and medium resolution. Inference of Trappist-1e temperatures is, however, more challenging especially for CO2 dominated atmospheres: the 'standard' 4.3 and 15µm regions are optically thick and an extension of the spectral range towards atmospheric window regions is important. If atmospheric composition (essentially CO2 concentration) is known temperatures can be estimated remarkably well; quality measures such as the residual norm provide hints on incorrect abundances. In conclusion, temperature in the mid atmosphere of Earth-like planets orbiting cooler stars can be quickly estimated from thermal IR emission spectra with moderate resolution.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198888/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Assessment of a physics-based retrieval of exoplanet atmospheric temperatures from infrared emission spectra
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Grenfell, John LeeLee.Grenfell (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3646-5339NICHT SPEZIFIZIERT
Wunderlich, Fabianfabian.wunderlich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2238-5269NICHT SPEZIFIZIERT
Trautmann, ThomasThomas.Trautmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2023
Erschienen in:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:524
DOI:10.1093/mnras/stad1526
Seitenbereich:Seiten 857-872
Verlag:Oxford University Press
ISSN:0035-8711
Status:veröffentlicht
Stichwörter:astrobiology, radiative transfer, methods: data analysis, techniques: spectroscopic, planets and satellites: atmospheres, infrared: planetary systems
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Spektroskopische Verfahren der Atmosphäre
Standort: Berlin-Adlershof , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären
Hinterlegt von: Schreier, Dr.rer.nat. Franz
Hinterlegt am:08 Nov 2023 12:12
Letzte Änderung:07 Mär 2024 10:27

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