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HITRAN

Logotipo de HITRAN, que representa el archivo de transiciones moleculares.

La base de datos espectroscópica molecular HITRAN (acrónimo de Transmisión de alta resolución ) es una recopilación de parámetros espectroscópicos utilizados para simular y analizar la transmisión y emisión de luz en medios gaseosos, con énfasis en atmósferas planetarias. El conocimiento de los parámetros espectroscópicos para las transiciones entre niveles de energía en moléculas (y átomos) es esencial para interpretar y modelar la interacción de la radiación (luz) dentro de diferentes medios.

Durante medio siglo, HITRAN ha sido considerado un estándar internacional que proporciona al usuario un valor recomendado de parámetros para millones de transiciones para diferentes moléculas. HITRAN incluye datos tanto experimentales como teóricos que se recopilan de una red mundial de contribuyentes, así como de artículos, libros, actas, bases de datos, tesis, informes, presentaciones, datos inéditos, artículos en preparación y comunicaciones privadas. Luego se dedica un esfuerzo importante a evaluar y procesar los datos espectroscópicos. Una sola transición en HITRAN tiene muchos parámetros, incluido un formato predeterminado de ancho fijo de 160 bytes utilizado desde HITRAN2004. [1] Siempre que sea posible, los datos recuperados se validan con datos de laboratorio precisos. [2]

La versión original de HITRAN fue compilada por los Laboratorios de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea de EE. UU. (década de 1960) para permitir la vigilancia de aviones militares detectados a través de la atmósfera terrestre. [2] Una de las primeras aplicaciones de HITRAN fue un programa llamado Medición de Radiación Atmosférica (ARM) para el Departamento de Energía de Estados Unidos. [2] En este programa se realizaron mediciones atmosféricas espectrales en todo el mundo para comprender mejor el equilibrio entre la energía radiante que llega a la Tierra desde el sol y la energía que fluye desde la Tierra hacia el espacio. [2] El Departamento de Transporte de EE.UU. también utilizó HITRAN en sus inicios para controlar las emisiones de gases (NO, SO 2 , NO 2 ) de los transportes supersónicos que vuelan a gran altura. [2] HITRAN se hizo público por primera vez en 1973 [3] y hoy en día hay una multitud de misiones satelitales de la NASA en curso y futuras que incorporan HITRAN. [2] Una de las misiones de la NASA que actualmente utiliza HITRAN es el Observatorio Orbital de Carbono (OCO), que mide las fuentes y sumideros de CO 2 en la atmósfera global. [2] HITRAN es un recurso gratuito y actualmente se mantiene y desarrolla en el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian , Cambridge MA, EE.UU. (CFA/HITRAN).

Esta imagen representa la luz recogida a través de un prisma en un medio de archivo, en este caso la piedra "rosetta" (una abstracción de HITRAN) con una huella de espectros, parámetros, etc.

HITRAN es el estándar mundial para calcular o simular la transmisión molecular atmosférica y la radiación desde las microondas a través de la región ultravioleta del espectro. [4] La base de datos HITRAN se publica oficialmente cada cuatro años, con actualizaciones publicadas en los años intermedios en HITRANonline. Hay un nuevo artículo de revista publicado junto con la versión más reciente de la base de datos HITRAN, y se recomienda encarecidamente a los usuarios que utilicen la edición más reciente. [5] A lo largo de la historia de HITRAN, ha habido alrededor de 50.000 usuarios únicos de la base de datos y en los últimos años hay más de 24.000 usuarios registrados en HITRANonline. En la página web de HITRANonline existen tutoriales de YouTube para responder a las preguntas frecuentes de los usuarios. [2]

Espectros de transmisión calculados a través de cuatro celdas de muestra que contienen una atmósfera de cada molécula a 296 K con la longitud de trayectoria correspondiente. Los espectros se han calculado utilizando la base de datos HITRAN2016 y las bibliotecas HAPI Python. Crédito: Equipo HITRAN

Linea por linea

La versión actual, HITRAN2020, contiene 55 moléculas en la porción línea por línea de HITRAN junto con algunos de sus isotopólogos más importantes (144 isotopólogos en total). [5] Estos datos se archivan como una multitud de transiciones de líneas de alta resolución, cada una de las cuales contiene muchos parámetros espectrales necesarios para las simulaciones de alta resolución.

Esta imagen muestra el número de transiciones línea por línea dentro de HITRAN por año. Los valores AFGL son parámetros de la línea de absorción atmosférica. AFGL es un acrónimo de Catálogo del Laboratorio Geofísico de la Fuerza Aérea, que fue el predecesor de HITRAN. Crédito: Equipo HITRAN

Secciones transversales de absorción

Además de los parámetros de absorción espectroscópicos tradicionales línea por línea, la base de datos HITRAN contiene información sobre secciones transversales de absorción donde los parámetros línea por línea están ausentes o incompletos. Normalmente, HITRAN incluye secciones transversales de absorción para moléculas poliatómicas pesadas (con modos de vibración bajos) que son difíciles de analizar detalladamente debido a la alta densidad de las bandas/líneas espectrales, los efectos de ampliación, la isomerización y la complejidad general del modelado. [6] Hay 327 especies moleculares en la edición actual de la base de datos proporcionada como archivos de secciones transversales. Los archivos de sección transversal se proporcionan en el formato HITRAN descrito en el sitio web oficial de HITRAN (http://hitran.org/docs/cross-sections-definitions/).

Absorción inducida por colisión

La compilación de HITRAN también proporciona absorción inducida por colisión (CIA) [7] que se introdujo por primera vez en HITRAN en la edición de 2012. [8] CIA se refiere a la absorción por dipolos eléctricos transitorios inducidos por la interacción entre moléculas en colisión. Las instrucciones para acceder a los archivos de datos de la CIA se pueden encontrar en HITRAN/CIA.

Índices de refracción de aerosoles

HITRAN2020 también tiene una sección de índices de refracción de aerosoles, con datos en los rangos espectrales visible, infrarrojo y milimétrico de muchos tipos de nubes y partículas de aerosoles. Es necesario conocer los índices de refracción de los aerosoles y las partículas de las nubes y sus distribuciones de tamaño para especificar sus propiedades ópticas. [9]

HITEMP

HITEMP es la base de datos espectroscópica molecular análoga a HITRAN para el modelado a alta temperatura de los espectros de moléculas en fase gaseosa. [10] HITEMP abarca muchas más bandas y transiciones que HITRAN para ocho absorbentes: H 2 O, CO 2 , N 2 O, CO, CH 4 , NO, NO 2 y OH. [10] [11] [12] Debido a la gran cantidad de transiciones requeridas para las simulaciones de alta temperatura, fue necesario proporcionar los datos de HITEMP como archivos separados de los de HITRAN. Las listas de líneas HITEMP conservan el mismo formato de 160 caracteres que se utilizó para ediciones anteriores de HITRAN. [10] [1] Existen numerosas aplicaciones para los datos HITEMP, algunos ejemplos incluyen la termometría de ambientes de alta temperatura, [13] análisis de procesos de combustión, [14] y modelado de espectros de atmósferas en el Sistema Solar, [15] exoplanetas , [16] enanas marrones, [17] y estrellas. [18]

HAPI

Se ha desarrollado una biblioteca Python HAPI ( HITRAN A pplication P rogramming Interface ) que sirve como herramienta para cálculos de absorción y transmisión, así como para comparaciones de conjuntos de datos espectroscópicos . HAPI amplía la funcionalidad del sitio principal, en particular, para el cálculo de espectros utilizando varios tipos de cálculos de forma de línea, incluido el perfil flexible HT (Hartmann-Tran). Esta forma de línea HT también se puede reducir a una serie de perfiles de línea convencionales como Gaussiano (Doppler), Lorentziano, Voigt, Rautian, Voigt dependiente de la velocidad y Rautian dependiente de la velocidad. Además de tener en cuenta la presión, la temperatura y la longitud del camino óptico, el usuario puede incluir una serie de funciones instrumentales para simular espectros experimentales. HAPI puede tener en cuenta el ensanchamiento de líneas debido a mezclas de gases, así como utilizar todos los parámetros de ensanchamiento proporcionados por HITRAN. Esto incluye los ensanchadores tradicionales (aire, propio), así como parámetros adicionales para el ensanchamiento de CO 2 , H 2 O, H 2 y He. [19] Las siguientes funciones espectrales se pueden calcular en la versión actual #1 de HAPI: [20]

HAPIEST ( un acrónimo de HITRAN A pplication P rogramming I nterface and E fficient Spectroscopic T ools) es una interfaz gráfica de usuario que permite a los usuarios acceder a algunas de las funciones proporcionadas por HAPI sin ningún conocimiento de programación Python, incluida la descarga de datos de HITRAN. y trazado de espectros y secciones transversales. El código fuente de HAPIEST está disponible en GitHub (HAPIEST), junto con distribuciones binarias para Mac y PC.

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Rothman, Laurence S.; Jacquemart, D.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Birk, M.; Marrón, LR; Carleer, señor; Chackeriano, C.; Oportunidad, K.; Coudert, LH; Dana, V.; Devi, VM; Flaud, J.-M.; Gamache, RR; Goldman, A.; Hartmann, J.-M.; Jucks, KW; Maki, AG; Mandin, J.-Y.; Massie, ST; Orfal, J.; Perrin, A.; Rinsland, CP; Smith, MAH; Tennyson, J.; Tolchenov, RN; Toth, RA; Vander Auwera, J.; Varanasi, P.; Wagner, G. (2005). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN 2004". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 96 (2): 139–204. Código Bib : 2005JQSRT..96..139R. doi :10.1016/j.jqsrt.2004.10.008.
  2. ^ abcdefgh Rothman, Laurence S. (2021). "Historia de la base de datos HITRAN". Naturaleza Reseñas Física . 3 (5): 302–304. Código Bib : 2021NatRP...3..302R. doi :10.1038/s42254-021-00309-2. S2CID  233527113.
  3. ^ McClatchey RA, Benedict WS, Clough SA, et al, "Compilación de parámetros de línea de absorción atmosférica de AFCRL", AFCRL-TR-73-0096, Artículos de investigación ambiental, No. 434, Laboratorio de física óptica, Laboratorios de investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea (1973) .
  4. ^ ab "Datos en línea de HITRA: complementarios".
  5. ^ ab Gordon, es decir; Rothman, LS; Hargreaves, RJ; Hashemi, R.; Karlovets, EV; Skinner, FM; Conway, EK; colina, C.; Kochanov, RV; Bronceado, Y.; Wcisło, P.; Finenko, AA; Nelson, K.; Bernath, PF; Birk, M.; Boudón, V.; Campargue, A.; Oportunidad, KV; Coustenis, A.; Drouin, BJ; Flaud, J.-M.; Gamache, RR; Hodges, JT; Jacquemart, D.; Mlawer, EJ; Nikitin, AV; Perevalov, VI; Rotger, M.; Tennyson, J.; Toon, GC; Tran, H.; Tyuterev, VG; Adkins, EM; panadero, A.; Barbe, A.; Cané, E.; Császár, AG; Dudaryonok, A.; Egórov, O.; et al. (2022). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN2020". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 277 : 107949. Código bibliográfico : 2022JQSRT.27707949G. doi : 10.1016/j.jqsrt.2021.107949 . hdl : 11585/839395 .
  6. ^ Gordon, es decir; Rothman, LS; colina, C.; Kochanov, RV; Bronceado, Y.; Bernath, PF; Birk, M.; Boudón, V.; Campargue, A.; Oportunidad, KV; Drouin, BJ; Flaud, J.-M.; Gamache, RR; Hodges, JT; Jacquemart, D.; Perevalov, VI; Perrin, A.; Brillo, KP; Smith, M.-AH; Tennyson, J.; Toon, GC; Tran, H.; Tyuterev, VG; Barbe, A.; Császár, AG; Devi, VM; Furtenbacher, T.; Harrison, JJ; Hartmann, J.-M.; et al. (2017). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN2016". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 203 : 3–69. Código Bib : 2017JQSRT.203....3G. doi : 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038 .
  7. ^ Karman, Tijs; Gordon, Iouli E.; Van Der Avoird, Anuncio; Baranov, Yuri I.; Boulet, cristiano; Drouin, Brian J.; Groenenboom, Gerrit C.; Gustafsson, Magnus; Hartmann, Jean-Michel; Kurucz, Robert L.; Rothman, Laurence S.; Sol, Kang; Sung, Keeyoon; Thalman, Ryan; Tran, ja; Wishnow, Edward H.; Wordsworth, Robin; Vigasin, Andrey A.; Volkamer, Rainer; Van Der Zande, Wim J. (2019). "Actualización de la sección de absorción inducida por colisión de HITRAN". Ícaro . 328 : 160-175. Código Bib : 2019Icar..328..160K. doi :10.1016/J.ICARUS.2019.02.034. hdl : 2066/204360 . S2CID  111387566.
  8. ^ Ricardo, C.; Gordon, es decir; Rothman, LS; Abel, M.; Frommhold, L.; Gustafsson, M.; Hartmann, J.-M.; Hermans, C.; Lafferty, WJ; Orton, GS; Smith, KM; Tran, H. (2012). "Nueva sección de la base de datos HITRAN: Absorción inducida por colisión (CIA)". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 113 (11): 1276-1285. Código Bib : 2012JQSRT.113.1276R. doi :10.1016/j.jqsrt.2011.11.004.
  9. ^ Rothman, LS; Gordon, es decir; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, PF; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudón, V.; Marrón, LR; Campargue, A.; Oportunidad, K.; Cohen, EA; Coudert, LH; Devi, VM; Drouin, BJ; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, RR; Harrison, JJ; Hartmann, J.-M.; colina, C.; Hodges, JT; Jacquemart, D.; alegre, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, RJ; Li, G.; Largo, fiscal del distrito; et al. (2013). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN2012". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 130 : 4–50. Código Bib : 2013JQSRT.130....4R. doi :10.1016/j.jqsrt.2013.07.002.
  10. ^ abc Rothman, LS; Gordon, es decir; Barbero, RJ; Dothe, H.; Gamache, RR; Goldman, A.; Perevalov, VI; Tashkun, SA; Tennyson, J. (2010). "HITEMP, la base de datos espectroscópica molecular de alta temperatura". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 111 (15): 2139–2150. Código Bib : 2010JQSRT.111.2139R. doi :10.1016/j.jqsrt.2010.05.001.
  11. ^ Hargreaves, Robert J.; Gordon, Iouli E.; Rey, Michael; Nikitin, Andréi V.; Tyuterev, Vladimir G.; Kochanov, Roman V.; Rothman, Laurence S. (2020). "Una lista de líneas de metano precisa, extensa y práctica para la base de datos HITEMP". Serie de suplementos de revistas astrofísicas . 247 (2): 55. arXiv : 2001.05037 . Código Bib : 2020ApJS..247...55H. doi : 10.3847/1538-4365/ab7a1a . S2CID  210718603.
  12. ^ Hargreaves, Robert J.; Gordon, Iouli E.; Rothman, Laurence S.; Tashkun, Sergey A.; Perevalov, Valery I.; Lukashevskaya, Anastasiya A.; Yurchenko, Sergey N.; Tennyson, Jonathan; Müller, Holger SP (2019). "Parámetros de línea espectroscópica de NO, NO 2 y N 2 O para la base de datos HITEMP". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 232 : 35–53. arXiv : 1904.02636 . Código Bib : 2019JQSRT.232...35H. doi :10.1016/j.jqsrt.2019.04.040. S2CID  102353423.
  13. ^ Pinkowski, Nicolás H.; Biswas, Puján; Shao, Jiankun; Strand, Christopher L.; Hanson, Ronald K. (2021). "Termometría y especiación para pirólisis de metano a alta temperatura y presión mediante tubos de choque y espectroscopia de doble peine". Ciencia y tecnología de la medición . 32 (12): 125502. Código bibliográfico : 2021MeScT..32l5502P. doi :10.1088/1361-6501/ac22ef. S2CID  238246785.
  14. ^ Lanzarin, RM; Goldenstein, CS; Jeffries, JB; Hanson, RK (2013). "Sensor de absorción láser de 2,7 µm acoplado por fibra para CO 2 en entornos de combustión hostiles". Ciencia y tecnología de la medición . 24 (5): 055107. Código bibliográfico : 2013MeScT..24e5107S. doi :10.1088/0957-0233/24/5/055107. S2CID  99625680.
  15. ^ Casa, R.; Kappel, D.; Arnold, G. (2013). "Recuperación autoconsistente de perfiles de temperatura y estructura de nubes en el hemisferio norte de Venus utilizando mediciones de radiación VIRTIS/VEX y PMV/VENERA-15". Ciencias planetarias y espaciales . 89 : 77-101. Código Bib : 2013P&SS...89...77H. doi :10.1016/j.pss.2013.09.020.
  16. ^ Giacobbe, Paolo; Brogi, Mateo; Gandhi, Siddharth; Cubillos, Patricio E.; Bonomo, Aldo S.; Sozzetti, Alessandro; Fossati, Luca; Guilluy, Gloria; Carleo, Ilaria; Rainer, Mónica; Harutyunyan, Avet; Borsa, Francesco; Pino, Lorenzo; Nascimbeni, Valerio; Benatti, Serena; Biazzo, Katia; Bignamini, Andrea; Chubb, Katy L.; Claudio, Ricardo; Cosentino, Rosario; Coviño, Elvira; Dámaso, Mario; Desidera, Silvano; Fiorenzano, Aldo F.~M.; Ghedina, Adriano; Lanza, Antonino F.; Leto, Giuseppe; Maggio, Antonio; Malavolta, Luca; et al. (2021). "Cinco especies portadoras de carbono y nitrógeno en la atmósfera de un planeta gigante caliente". Naturaleza . 592 (7853): 205–208. arXiv : 2104.03352 . Código Bib :2021Natur.592..205G. doi :10.1038/s41586-021-03381-x. PMID  33828321. S2CID  233181895.
  17. ^ Bailey, Jeremy; Kedziora-Chudczer, Lucyna (2012). "Modelado de espectros de planetas, enanas marrones y estrellas utilizando VSTAR". Avisos mensuales de la Real Sociedad Astronómica . 419 (3): 1913-1929. arXiv : 1109.3748 . Código bibliográfico : 2012MNRAS.419.1913B. doi :10.1111/j.1365-2966.2011.19845.x. S2CID  118601237.
  18. ^ Pavlenko, Yakiv V.; Yurchenko, Sergei N.; Tennyson, Jonathan (2020). "Análisis de las primeras bandas armónicas de isotopólogos de CO y SiO en espectros estelares". Astronomía y Astrofísica . 633 : A52. arXiv : 1911.12326 . Código Bib : 2020A&A...633A..52P. doi :10.1051/0004-6361/201936811. S2CID  208310051.
  19. ^ Wilzewski, Jonas S.; Gordon, Iouli E.; Kochanov, Roman V.; Colina, cristiano; Rothman, Laurence S. (2016). "Coeficientes de ampliación de líneas de H 2 , He y CO 2 , cambios de presión y exponentes de dependencia de la temperatura para la base de datos HITRAN. Parte 1: SO 2 , NH 3 , HF, HCL, OCS y C 2 H 2 ". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 168 : 193–206. Código Bib : 2016JQSRT.168..193W. doi :10.1016/j.jqsrt.2015.09.003.
  20. ^ ab Kochanov, RV; Gordon, es decir; Rothman, LS; Wcisło, P.; colina, C.; Wilzewski, JS (2016). "Interfaz de programación de aplicaciones HITRAN (HAPI): un enfoque integral para trabajar con datos espectroscópicos". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 177 : 15–30. Código Bib : 2016JQSRT.177...15K. doi :10.1016/j.jqsrt.2016.03.005.

Otras lecturas

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