Une image de l'atmosphère ténue de Pluton, rétroéclairé par le soleil, comme prise par le vaisseau spatial New Horizons. Les astronomes qui commencent à étudier les atmosphères des planètes autour d'autres étoiles s'appuient sur la base de données HITRAN des propriétés moléculaires pour modéliser leurs résultats. Les scientifiques de CfA ont récemment mis à jour HITRAN avec les propriétés diagnostiques de molécules qui devraient être importantes dans les exoplanètes, y compris ceux considérés comme des biomarqueurs. Crédit :NASA/JHUAPL/SwRI
Tous les atomes et molécules émettent des raies spectrales distinctes à travers le spectre, dont les détails dépendent des structures internes de l'espèce (par exemple, les propriétés de vibration et de rotation des molécules) et comment elles sont excitées par leur environnement. Mesures de la luminosité des fonctionnalités, intensités relatives, et les formes permettent aux astronomes, du moins en principe, reconstruire la plupart des propriétés essentielles de ces milieux, y compris l'abondance des espèces, températures, densités, et mouvements. Mais pour réussir, les scientifiques doivent savoir quantitativement exactement comment la température, densité, et ainsi de suite, affecter l'excitation de chaque atome ou molécule, et ensuite comment chaque espèce émet de la lumière en réponse. Une collision entre les molécules d'oxygène et d'azote, par exemple, affectera une molécule d'oxygène différemment de sa collision avec l'hydrogène.
Les astronomes du CfA développent et maintiennent la base de données HITRAN (High Resolution Transmission), une compilation de paramètres spectroscopiques de diagnostic qui est la norme mondiale pour le calcul du rayonnement moléculaire atmosphérique des micro-ondes à travers la région ultraviolette du spectre. HITRAN a acquis une importance particulière ces dernières années avec la découverte de milliers d'exoplanètes et l'amélioration constante de la technologie pour détecter leurs atmosphères et mesurer leurs compositions. HITRAN est couramment utilisé pour modéliser ces atmosphères exotiques. On pense que l'absorption moléculaire de l'oxygène stimulée par les collisions entre les molécules d'oxygène, par exemple, être un biomarqueur important sur les exoplanètes potentiellement habitables, mais la détection de cette caractéristique d'absorption ne suffit pas :elle nécessite une interprétation.
Les astrophysiciens du CfA Tijs Karman, Iouli Gordon, Bob Kurucz, Larry Rothman, et Kang Sun a dirigé une équipe de collègues pour mettre à jour HITRAN avec bon nombre des propriétés essentielles d'absorption induite par collision des molécules nécessaires à la modélisation des atmosphères des exoplanètes. Les espèces moléculaires clés comprennent l'azote, oxygène, méthane, gaz carbonique, et l'hydrogène. Les paramètres numériques ont été glanés à partir d'une large collection d'articles de laboratoire et théoriques récents et incorporés dans la base de données HITRAN après avoir été validés. La compilation mise à jour contribue grandement à répondre aux besoins actuels, mais les auteurs notent que des travaux de laboratoire et théoriques supplémentaires sont nécessaires pour inclure d'autres effets, l'eau par exemple, ainsi que les variations isotopiques des espèces actuellement incluses.
