Atmospheric retrievals (AR) of exoplanets typically rely on a combination of a Bayesian inference technique and a forward simulator to estimate atmospheric properties from an observed spectrum. A key component in simulating spectra is the pressure-temperature (PT) profile, which describes the thermal structure of the atmosphere. Current AR pipelines commonly use ad hoc fitting functions here that limit the retrieved PT profiles to simple approximations, but still use a relatively large number of parameters. In this work, we introduce a conceptually new, data-driven parameterization scheme for physically consistent PT profiles that does not require explicit assumptions about the functional form of the PT profiles and uses fewer parameters than existing methods. Our approach consists of a latent variable model (based on a neural network) that learns a distribution over functions (PT profiles). Each profile is represented by a low-dimensional vector that can be used to condition a decoder network that maps $P$ to $T$. When training and evaluating our method on two publicly available datasets of self-consistent PT profiles, we find that our method achieves, on average, better fit quality than existing baseline methods, despite using fewer parameters. In an AR based on existing literature, our model (using two parameters) produces a tighter, more accurate posterior for the PT profile than the five-parameter polynomial baseline, while also speeding up the retrieval by more than a factor of three. By providing parametric access to physically consistent PT profiles, and by reducing the number of parameters required to describe a PT profile (thereby reducing computational cost or freeing resources for additional parameters of interest), our method can help improve AR and thus our understanding of exoplanet atmospheres and their habitability.


翻译:系外行星大气反演通常依赖于贝叶斯推断技术与正向模拟器的组合,通过观测光谱推断大气特性。模拟光谱的关键组成部分是压力-温度(PT)廓线,它描述了大气的热结构。当前的大气反演流程普遍使用特定拟合函数来参数化PT廓线,这不仅将检索限制在简单近似,还需要相对较多的参数。本研究提出一种概念新颖的数据驱动参数化方案,能够生成物理自洽的PT廓线,无需对PT廓线函数形式作出显式假设,且参数数量少于现有方法。该方法构建基于神经网络的潜变量模型来学习PT廓线(函数)的分布,每个廓线由低维向量表示,用于条件化将气压$P$映射至温度$T$的解码器网络。在两个公开的自洽PT廓线数据集上训练和评估后,我们发现该方法在平均拟合质量上优于现有基线方法,同时使用更少参数。基于现有文献的反演实验中,我们的模型(使用两个参数)相较五参数多项式基线,能够生成更紧凑、更精确的PT廓线后验分布,并将反演速度提升三倍以上。该方法通过提供物理自洽PT廓线的参数化访问,并减少描述PT廓线所需的参数数量(从而降低计算成本或释放资源用于其他重要参数),可有效改进大气反演,加深我们对系外行星大气及其宜居性的理解。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月23日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员