title: KompotSpec - planetary atmosphere simulations
Creators: name: Cyniburk, Andreas
Publisher: name: :none
Year: 2025

description: Exoplanetenatmosphären mittels Transitspektroskopie zu beobachten ist essenziell um die Evolution von Planeten und ihren Atmosphären, als auch potenzielle Habitabilität zu verstehen. Atmosphärische Modelle können dazu verwendet werden, atmosphärische Eigenschaften von Beobachtungsdaten abzuleiten, indem Sie synthetische Transitspektra erzeugen. Kompot, das in dieser Arbeit verwendete Modell, hatte jedoch bisher nicht die Fähigkeit diese synthetischen Spektra zu produzieren. Diese Arbeit führt KompotSpec ein, eine Erweiterung des Kompot Codes, welche es ermöglicht synthetische Spektra aus Kompot Simulationsergebnissen in verschiedenen Wellenlängen (zB. UV und IR) zu produzieren. KompotSpec verwendet Kompot’s Atmosphärenprofile, generalisiert sie und berechnet wellenlängenabhängige optische Tiefen und Transittiefen, mithilfe von den in Kompot vorhandenen UV Crossections und IR Crosssections der ExoMolOP Datenbank. KompotSpec’s synthetische Transitspektra werden abschließend außerdem mit beobachteten Transitspektra von der Erde und von Titan verglichen. Die synthetischen Transitspektra von KompotSpec reproduzieren erfolgreich die Haupt- Absorptionsfeatures, sowohl in der Atmosphäre der Erde als auch der von Titan. Jedoch können einige der kleineren Absorptionsfeatures nicht reproduziert werden, und das Fehlen von Pressure Broadening verkompliziert den Vergleich mit Beobachtungsdaten. Trotzdem macht es KompotSpec nun möglich Kompot’s detaillierte photochemischen Atmosphärenmodelle mit IR Beobachtungsdaten zu vergleichen. Mit den ersten Ergebnissen ist absehbar das mit weiteren Verbesserungen (wie Pressure Broadening und besserer Performance) die Interpretation von Transitspektra und atmosphärischen Eigenschaften mittels Kompot einfacher als zuvor wird.
description: Measuring exoplanetary atmospheres via transit spectroscopy is a fundamental step to a good understanding of planetary evolution and possible habitability. Atmospheric models can be used to infer atmospheric parameters, based on observational data, by producing synthetic transit spectra. Kompot, the model featured in this thesis, did not have the capability to produce these. This thesis introduces KompotSpec, an extension to the Kompot code able to generate synthetic transit spectra from Kompot simulation results in various wavelength ranges, including UV and IR wavelengths for comparison with observations. KompotSpec takes atmospheric profiles from Kompot, generalizes them and computes wavelength-dependent optical depths, using UV crosssections available in Kompot and IR crosssections from the ExoMolOP database. For comparison, KompotSpec’s synthetic transit spectra are contrasted with observed transit spectra of Earth and Titan in this work. The synthetic transit spectra produced by KompotSpec successfully reproduce major absorption features in both Earth’s and Titan’s atmospheres. However, some minor absorbers can not be reproduced by KompotSpec, and the lack of pressure broadening effects complicates comparison with observational data. Nonetheless KompotSpec finally provides significant enhancements to the Kompot model, enabling the comparison of its detailed atmospheric photochemical models with IR observational data. With its initial results, further improvements like inclusion of pressure broadening and performance optimizations will make interpretation of transit spectra and retrieval of atmospheric constituents using Kompot easier than before.