Wszystkie atomy i cząsteczki emitują charakterystyczne linie widmowe w całym spektrum, których szczegóły zależą od wewnętrznych struktur gatunku (np. wibracje i właściwości rotacyjne cząstek) oraz od tego, jak są wzbudzane przez ich środowisko. Pomiary jasności, względnego natężenia i kształtów umożliwiają astronomom odtworzenie większości podstawowych właściwości tych środowisk, w tym liczebności gatunków, temperatur, gęstości oraz ruchów.
Aby jednak odnieść sukces, naukowcy muszą znać dokładną wartość temperatury, gęstości itp. Jak wpływają na pobudzenie każdego atomu lub cząsteczki, a następnie, w jaki sposób każdy gatunek emituje światło w odpowiedzi. Na przykład zderzenie cząsteczek tlenu i azotu wpłynie na cząsteczkę tlenu inaczej niż podczas zderzenia z wodorem.
Astronomowie CfA opracowują i utrzymują bazę danych HITRAN (High Resolution Transmission), kompilację diagnostycznych parametrów spektroskopowych, która jest światowym standardem obliczania atmosferycznego promieniowania molekularnego od mikrofal po ultrafioletowy region widma. HITRAN zyskał szczególne znaczenie w ostatnich latach dzięki odkryciu tysięcy egzoplanet i stale ulepszanej technologii wykrywania ich atmosfer i pomiaru ich składu. Jest powszechnie używany do modelowania atmosfer egzoplanet. Uważa się na przykład, że molekularna absorpcja tlenu stymulowana przez zderzenia między cząsteczkami tlenu jest ważnym biomarkerem na potencjalnie nadające się do zamieszkania egzoplanety, ale wykrycie tej cechy absorpcji nie wystarczy: jest wymagana interpretacja.
Astrofizycy CfA Tijs Karman, Iouli Gordon, Bob Kurucz, Larry Rothman i Kang Sun poprowadzili zespół współpracowników w zakresie aktualizacji HITRAN z wieloma podstawowymi właściwościami absorpcyjnymi cząsteczek potrzebnych do modelowania atmosfery egzoplanet. Kluczowe gatunki molekuł zawierają azot, tlen, metan, dwutlenek węgla i wodór. Parametry liczbowe zebrano z szerokiej kolekcji najnowszych prac laboratoryjnych i teoretycznych i włączono do bazy danych HITRAN po ich potwierdzeniu. Zaktualizowana kompilacja znacznie przyczynia się do zaspokojenia bieżących potrzeb, ale autorzy zauważają, że potrzebne są dodatkowa prace laboratoryjne i teoretyczne, aby uwzględnić inne efekty, na przykład wodę, a także odmiany izotopowe aktualnie włączonych gatunków.
Więcej:
Modeling Exoplanet Atmospheres
Update of the HITRAN collision-induced absorption section
Źródło: CfA
Na zdjęciu: Obraz słabej atmosfery Plutona, podświetlonej przez Słońce, wykonany przez sondę New Horizons. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI.
