Reflectance spectra of Earth-like exoplanets

Abstract

Within this thesis a new lower boundary condition is implemented into the PHOENIX code in order to model reflectance spectra of Earth-like exoplanets with optically thin atmospheres with an emphasis on those objects that orbit their host star within the habitable zone. In case of optically thin atmospheres, the reflected light can contain information about the planetary surface. Especially for those exoplanets that are covered by a single surface type only, these surface signatures can be distinctive. The new lower boundary condition allows the treatment of wavelength-independent, angular dependent and wavelength dependent surface albedos. The simulated objects span terrestrial exoplanets like an ocean world, a snowball-, desert or jungle planet. In addition, planets with optically thick atmospheres and of different chemical composition have been modeled. The simulations also include a Venus-like planet, the super-Earth GJ 1214b and a Gliese 581g-like super-Earth.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue untere Randbedingung zur Berechnung planetarer Atmosphären in PHOENIX Modelle implementiert, die es ermöglicht, Reflektionsspektren erdähnlicher Planeten mit optisch dünnen Atmophären zu modellieren. Hierbei stehen besonders diejenigen extrasolaren Planeten im Fokus, die sich in der habitablen Zone ihres Muttersterns befinden und Leben hervorbringen könnten. Hat der Planet eine optisch dünne Atmosphäre, so wird das reflektierte Licht Informationen über die Beschaffenheit der Planenetoberfläche enthalten. Besonders bei denjenigen Planeten, die nur einen einzigen Oberflächentyp besitzen (z.B. Wüste), sind diese Signaturen gut zu erkennen. Die neue untere Randbedingung beinhaltet die Behandlung von Oberflächen wellenlängenunabhänger und winkel- oder wellenlängenabhängiger Albedos. So konnten erdähnliche Exoplaneten mit Wasser-, Wald-, Wüsten- oder Schneeoberfläche nachgebildet und berechnet werden. Neben diesen Objekten wurden auch Planeten mit optisch dicken Atmosphären und unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen simuliert und so Reflektionsspektren der Venus, der Supererde GJ 1214b und einer Gliese 581g-ähnlichen Supererde berechnet.