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Impact of Cosmic Rays on Atmospheric Ion Chemistry and Spectral Transmission Features of TRAPPIST-1e

Herbst, K. und Bartenschlager, Andreas und Grenfell, John Lee und Iro, Nicolas und Sinnhuber, Miriam und Taysum, Benjamin und Wunderlich, Fabian und Engelbrecht, N. Eugene und Light, Juandre und Moloto, Katlego D. und Harre, Jan-Vincent und Rauer, Heike und Schreier, Franz (2024) Impact of Cosmic Rays on Atmospheric Ion Chemistry and Spectral Transmission Features of TRAPPIST-1e. Astrophysical Journal, 961 (2), 164_1-164_14. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.3847/1538-4357/ad0895. ISSN 0004-637X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad0895

Kurzfassung

Ongoing observing projects like the James Webb Space Telescope and future missions offer the chance to characterize Earth-like exoplanetary atmospheres. Thereby, M dwarfs are preferred targets for transit observations, for example, due to their favorable planet–star contrast ratio. However, the radiation and particle environment of these cool stars could be far more extreme than what we know from the Sun. Thus, knowing the stellar radiation and particle environment and its possible influence on detectable biosignatures—in particular, signs of life like ozone and methane—is crucial to understanding upcoming transit spectra. In this study, with the help of our unique model suite INCREASE, we investigate the impact of a strong stellar energetic particle event on the atmospheric ionization, neutral and ion chemistry, and atmospheric biosignatures of TRAPPIST-1e. Therefore, transit spectra for six scenarios are simulated. We find that a Carrington-like event drastically increases atmospheric ionization and induces substantial changes in ion chemistry and spectral transmission features: all scenarios show high event-induced amounts of nitrogen dioxide (i.e., at 6.2 μm), a reduction of the atmospheric transit depth in all water bands (i.e., at 5.5–7.0 μm), a decrease of the methane bands (i.e., at 3.0–3.5 μm), and depletion of ozone (i.e., at ∼9.6 μm). Therefore, it is essential to include high-energy particle effects to correctly assign biosignature signals from, e.g., ozone and methane. We further show that the nitric acid feature at 11.0–12.0 μm, discussed as a proxy for stellar particle contamination, is absent in wet-dead atmospheres.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206779/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of Cosmic Rays on Atmospheric Ion Chemistry and Spectral Transmission Features of TRAPPIST-1e
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Herbst, K.Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität, Kiel, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartenschlager, AndreasInstitut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie, 77344 Eggenstein-Leopoldshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grenfell, John LeeLee.Grenfell (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3646-5339NICHT SPEZIFIZIERT
Iro, Nicolasnicolas.iro (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2329-418X171429222
Sinnhuber, MiriamInstitut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie, 77344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-3527-9051NICHT SPEZIFIZIERT
Taysum, Benjaminbenjamin.taysum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0856-4340171429223
Wunderlich, Fabianfabian.wunderlich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2238-5269NICHT SPEZIFIZIERT
Engelbrecht, N. EugeneCentre for Space Research, North-West University, 2520, Potchefstroom, South Africahttps://orcid.org/0000-0003-3659-7956NICHT SPEZIFIZIERT
Light, JuandreCentre for Space Research, North-West University, 2520, Potchefstroom, South Africa ; South African National Space Agency, Hermanus, South Africahttps://orcid.org/0000-0002-9788-5540NICHT SPEZIFIZIERT
Moloto, Katlego D.Centre for Space Research, North-West University, 2520, Potchefstroom, South Africahttps://orcid.org/0000-0002-4840-6355NICHT SPEZIFIZIERT
Harre, Jan-Vincentjan-vincent.harre (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rauer, Heikeheike.rauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Astrophysical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:961
DOI:10.3847/1538-4357/ad0895
Seitenbereich:164_1-164_14
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:0004-637X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Biosignatures; Exoplanet atmospheric composition; Extrasolar rocky planets; Cosmic rays
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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 , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären
Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Iro, Nicolas
Hinterlegt am:11 Nov 2024 15:07
Letzte Änderung:12 Nov 2024 17:54

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