Modellering af exoplanetatmosfærer

Alle atomer og molekyler udsender karakteristiske spektrallinjer over hele spektret, hvis detaljer afhænger af artens indre strukturer (f.eks. molekylers vibrations- og rotationsegenskaber), og hvordan de ophidses af deres omgivelser. Målinger af funktionernes lysstyrker, relative intensiteter, og former gør det muligt for astronomer, i hvert fald i princippet, at rekonstruere de fleste af de væsentlige egenskaber ved disse miljøer, herunder arternes overflod, temperaturer, tætheder, og bevægelser. Men for at få succes, videnskabsmænd skal vide nøjagtigt kvantitativt hvordan temperaturen, massefylde, og så videre, påvirke excitationen af ​​hvert atom eller molekyle, og derefter hvordan hver art udsender lys som reaktion. En kollision mellem oxygen- og nitrogenmolekyler, for eksempel, vil påvirke et iltmolekyle anderledes end dets kollision med brint.

CfA-astronomer udvikler og vedligeholder HITRAN-databasen (High Resolution Transmission), en samling af diagnostiske spektroskopiske parametre, der er den verdensomspændende standard for beregning af atmosfærisk molekylær stråling fra mikrobølgen gennem det ultraviolette område af spektret. HITRAN har fået særlig ny betydning i de senere år med opdagelsen af ​​tusindvis af exoplaneter og den støt forbedrede teknologi til at detektere deres atmosfærer og måle deres sammensætning. HITRAN bruges almindeligvis til at modellere disse eksotiske atmosfærer. Molekylær iltabsorption stimuleret af kollisioner mellem iltmolekyler menes, for eksempel, at være en vigtig biomarkør på potentielt beboelige exoplaneter, men opdagelsen af ​​denne absorptionsegenskab er ikke nok:den har brug for en fortolkning.

CfA astrofysikere Tijs Karman, Iouli Gordon, Bob Kurucz, Larry Rothman, og Kang Sun ledede et team af kolleger i at opdatere HITRAN med mange af de væsentlige kollisionsinducerede absorptionsegenskaber for de molekyler, der er nødvendige for at modellere exoplanetatmosfærer. Nøglemolekylære arter omfatter nitrogen, ilt, metan, carbondioxid, og hydrogen. De numeriske parametre blev hentet fra en bred samling af nyere laboratorie- og teoretiske artikler og indarbejdet i HITRAN-databasen efter at være blevet valideret. Den opdaterede kompilering går langt hen imod at imødekomme de nuværende behov, men forfatterne bemærker, at der er behov for yderligere laboratorie- og teoretisk arbejde for at inkludere andre effekter, vand f.eks. såvel som de isotopiske variationer af de aktuelt inkluderede arter.