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Feasibility of a space-borne terahertz heterodyne spectrometer for atomic oxygen and temperature in the mesosphere and lower thermosphere

Hansen, Peder Bagge und Wienold, Martin und Hübers, Heinz-Wilhelm (2025) Feasibility of a space-borne terahertz heterodyne spectrometer for atomic oxygen and temperature in the mesosphere and lower thermosphere. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 18 (20), Seiten 5749-5762. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-18-5749-2025. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/amt-18-5749-2025

Kurzfassung

We investigate the feasibility of a satellite-borne heterodyne spectrometer for the retrieval of atomic oxygen concentration and temperature in the mesosphere and lower thermosphere. We use the vertical density and temperature profiles provided by the NRLMSIS 2.1 atmosphere model to simulate 2.1 and 4.7 THz atomic oxygen emission spectra as measured by a satellite in a near-polar circular orbit at 500 km altitude. We then apply retrieval algorithms for the atomic oxygen concentration and temperature and com pare the retrieved profiles to the reference, i.e. the original NRLMSIS 2.1 profiles. The emission spectra are simulated using radiative transfer under the assumption of local thermodynamic equilibrium. By considering two separate heterodyne receivers with sensitivity of 11 000 and 25 000 K noise temperature for the 2.1 and 4.7 THz lines, respectively, and data accumulated over 177 s of measurement time, corresponding to a Ground track of 1250 km, we can retrieve vertical temperature profiles from 100 km altitude to 200 km altitude within ±2 % relative uncertainties and an atomic oxygen concentration profile from 110 to 300 km within ±3 % relative uncertain ties. From 100 to 110 km the uncertainty in the atomic oxygen concentration is higher but still within ±15 %.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217999/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Feasibility of a space-borne terahertz heterodyne spectrometer for atomic oxygen and temperature in the mesosphere and lower thermosphere
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hansen, Peder Baggepeder.hansen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5179-8265195568150
Wienold, MartinMartin.Wienold (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hübers, Heinz-WilhelmHeinz-Wilhelm.Huebers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Oktober 2025
Erschienen in:Atmospheric Measurement Techniques (AMT)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.5194/amt-18-5749-2025
Seitenbereich:Seiten 5749-5762
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
von Savigny, ChristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:atomic oxygen, retrieval, temperature, mesosphere, thermosphere
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 - Terahertz-Spektrometer für atomaren Sauerstoff in der Mesosphäre/Thermosphäre
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Institut für Optische Sensorsysteme > In-situ Sensing
Hinterlegt von: Hansen, Peder
Hinterlegt am:30 Okt 2025 08:38
Letzte Änderung:30 Okt 2025 08:38

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