A spectroscopic comparison of ten hot-Jupiter exoplanets reveals that the difference between the planetary radius measured at optical and infrared wavelengths allows atmosphere types ranging from clear to cloudy to be distinguished; the difference in radius at a given wavelength correlates with the spectral strength of water at that wavelength, suggesting that haze obscures the signal from water. David Sing et al. present a set of ten broadband exoplanet spectra from Hubble Space Telescope and Spitzer observations that resolve both the optical scattering and infrared molecular absorption spectroscopically. They find that the difference between the planetary radius measured at optical and infrared wavelengths provides a metric that can distinguish between different atmospheric types. Significantly, strong water absorption lines are seen in clear-atmosphere planets, while the weakest features are associated with clouds and hazes, strongly arguing against primordial water depletion during formation, and indicating that clouds and hazes are the cause of weaker spectral signatures. These results clarify the diversity seen in hot Jupiters and illustrate the interplay of clouds, hazes and metallicity in exoplanet atmospheres. Thousands of transiting exoplanets have been discovered, but spectral analysis of their atmospheres has so far been dominated by a small number of exoplanets and data spanning relatively narrow wavelength ranges (such as 1.1–1.7 micrometres). Recent studies show that some hot-Jupiter exoplanets have much weaker water absorption features in their near-infrared spectra than predicted1,2,3,4,5. The low amplitude of water signatures could be explained by very low water abundances6,7,8, which may be a sign that water was depleted in the protoplanetary disk at the planet’s formation location9, but it is unclear whether this level of depletion can actually occur. Alternatively, these weak signals could be the result of obscuration by clouds or hazes1,2,3,4, as found in some optical spectra3,4,10,11. Here we report results from a comparative study of ten hot Jupiters covering the wavelength range 0.3–5 micrometres, which allows us to resolve both the optical scattering and infrared molecular absorption spectroscopically. Our results reveal a diverse group of hot Jupiters that exhibit a continuum from clear to cloudy atmospheres. We find that the difference between the planetary radius measured at optical and infrared wavelengths is an effective metric for distinguishing different atmosphere types. The difference correlates with the spectral strength of water, so that strong water absorption lines are seen in clear-atmosphere planets and the weakest features are associated with clouds and hazes. This result strongly suggests that primordial water depletion during formation is unlikely and that clouds and hazes are the cause of weaker spectral signatures.

The water abundance in a planetary atmosphere provides a key constraint on the planet's primordial origins because water ice is expected to play an important role in the core accretion model of planet formation. However, the water content of the Solar System giant planets is not well known because water is sequestered in clouds deep in their atmospheres. By contrast, short-period exoplanets have such high temperatures that their atmospheres have water in the gas phase, making it possible to measure the water abundance for these objects. We present a precise determination of the water abundance in the atmosphere of the 2 $M_\mathrm{Jup}$ short-period exoplanet WASP-43b based on thermal emission and transmission spectroscopy measurements obtained with the Hubble Space Telescope. We find the water content is consistent with the value expected in a solar composition gas at planetary temperatures (0.4-3.5x solar at 1 $\sigma$ confidence). The metallicity of WASP-43b's atmosphere suggested by this result extends the trend observed in the Solar System of lower metal enrichment for higher planet masses.

Exoplanets that orbit close to their host stars are much more highly irradiated than their Solar System counterparts. Understanding the thermal structures and appearances of these planets requires investigating how their atmospheres respond to such extreme stellar forcing. We present spectroscopic thermal emission measurements as a function of orbital phase ("phase-curve observations") for the highly-irradiated exoplanet WASP-43b spanning three full planet rotations using the Hubble Space Telescope. With these data, we construct a map of the planet's atmospheric thermal structure, from which we find large day-night temperature variations at all measured altitudes and a monotonically decreasing temperature with pressure at all longitudes. We also derive a Bond albedo of 0.18 +0.07,-0.12 and an altitude dependence in the hot-spot offset relative to the substellar point.

We present a primary transit observation for the ultra hot (Teq~2400K) gas giant expolanet WASP-121b, made using the Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3 in spectroscopic mode across the 1.12-1.64 micron wavelength range. The 1.4 micron water absorption band is detected at high confidence (5.4 sigma) in the planetary atmosphere. We also reanalyze ground-based photometric lightcurves taken in the B, r', and z' filters. Significantly deeper transits are measured in these optical bandpasses relative to the near-infrared wavelengths. We conclude that scattering by high-altitude haze alone is unlikely to account for this difference, and instead interpret it as evidence for titanium oxide and vanadium oxide absorption. Enhanced opacity is also inferred across the 1.12-1.3 micron wavelength range, possibly due to iron hydride absorption. If confirmed, WASP-121b will be the first exoplanet with titanium oxide, vanadium oxide, and iron hydride detected in transmission. The latter are important species in M/L dwarfs, and their presence is likely to have a significant effect on the overall physics and chemistry of the atmosphere, including the production of a strong thermal inversion.

ABSTRACT We report results from 8 h of JWST/MIRI low resolution spectroscopic (LRS) monitoring directly followed by 7 h of JWST/NIRSpec prism spectroscopic monitoring of the benchmark binary brown dwarf WISE 1049AB, the closest, brightest brown dwarfs known. We find water, methane, and CO absorption features in both components, including the 3.3 μm methane absorption feature and a tentative detection of small grain ($\lt $ 1μm) silicate absorption at $\gt $8.5 μm in WISE 1049A. Both components vary significantly ($\gt 1~{{\rm per\ cent}}$), with WISE 1049B displaying larger variations than WISE 1049A. Using K-means clustering, we find three main transition points in wavelength for both components of the binary: (1) change in behaviour at $\sim$2.3 μm coincident with a CO absorption bandhead, (2) change in behaviour at 4.2 μm, close to the CO fundamental band at $\lambda \gt $ 4.4 µm, and (3) change in behaviour at 8.3–8.5 µm, potentially corresponding to silicate absorption. We interpret the light curves observed with both NIRSpec and MIRI as likely stemming from (1) a deep pressure level driving the double-peaked variability seen in WISE 1049B at wavelengths $\lt $2.3 and $\gt $8.5 µm, (2) an intermediate pressure level shaping the light-curve morphology between 2.3 and 4.2 µm, and (3) a higher altitude pressure level producing single-peaked and plateaued light-curve behaviour between 4.2 and 8.5 µm.

Abstract We present a detailed reanalysis of the atmospheric properties of WASP-19b, an ultra-hot Jupiter (1.14 M Jup , 1.41 R Jup ) orbiting an active Sun-like star every 0.79 day. We reanalyze a transit and secondary eclipse of WASP-19b observed by the Hubble Space Telescope's Wide Field Camera 3 spectrograph (1.1–1.7 μ m). When combined with Spitzer photometry at longer wavelengths, our analyses indicate the presence of water absorption features in both the planet's transmission and emission spectra, consistent with results from previously published studies. We jointly fit WASP-19b’s dayside emission and transmission spectra with a retrieval model in order to constrain its atmospheric composition, and explore the effect of stellar activity on its transmission spectrum in greater depth. We also compare our dayside emission spectrum to predictions from a general circulation model, and conclude that magnetic drag appears to be relatively unimportant in shaping WASP-19b’s atmospheric circulation. Lastly, we compare the size of WASP-19b’s dayside water absorption feature to the population of hot Jupiters with similar measurements, and show that it is located in the transitional irradiation regime where temperature inversions first begin to emerge. As in previous studies, we find that the current observations provide relatively weak constraints on this planet’s atmospheric properties. These constraints could be significantly improved by the addition of spectroscopically resolved observations at longer wavelengths with JWST/NIRSpec PRISM.

PRIMA addresses questions about the origins and growth of planets, supermassive black holes, stars, and dust. Much of the radiant energy from these formation processes is obscured and only emerges in the far infrared (IR) where PRIMA observes (24–261 um). PRIMA's PI science program (25% of its 5-year mission) focuses on three questions and feeds a rich archival Guest Investigator program: How do exoplanets form and what are the origins of their atmospheres? How do galaxies' black holes and stellar masses co-evolve over cosmic time? How do interstellar dust and metals build up in galaxies over time? PRIMA provides access to atomic (C, N, O, Ne) and molecular lines (HD, H2O, OH), redshifted PAH emission bands, and far-IR dust emission. PRIMA's 1.8-m, 4.5-K telescope serves two instruments using sensitive KIDs: the Far-InfraRed Enhanced Survey Spectrometer (continuous, high-resolution spectral coverage with over an order of magnitude improvement in spectral line sensitivity and 3-5 orders of magnitude improvement in spectral survey speed) and the PRIMA Imager (hyperspectral imaging, broadband polarimetry). PRIMA opens new discovery space with 75% of the time for General Observers.

Abstract Examining reflected light from exoplanets aids in our understanding of the scattering properties of their atmospheres and will be a primary task of future flagship space- and ground-based telescopes. We introduce an enhanced capability of Planetary Intensity Code for Atmospheric Scattering Observations ( PICASO ), an open-source radiative transfer model used for exoplanet and brown dwarf atmospheres, to produce reflected light phase curves from three-dimensional atmospheric models. Since PICASO is coupled to the cloud code Virga , we produce phase curves for different cloud condensate species and varying sedimentation efficiencies ( f sed ) and apply this new functionality to Kepler-7b, a hot Jupiter with phase curve measurements dominated by reflected starlight. We model three different cloud scenarios for Kepler-7b: MgSiO 3 clouds only, Mg 2 SiO 4 clouds only, and Mg 2 SiO 4 , Al 2 O 3 , and TiO 2 clouds. All our Virga models reproduce the cloudy region west of the substellar point expected from previous studies, as well as clouds at high latitudes and near the eastern limb, which are primarily composed of magnesium silicates. Al 2 O 3 and TiO 2 clouds dominate near the substellar point. We then compare our modeled reflected light phase curves to Kepler observations and find that models with all three cloud condensate species and low sedimentation efficiencies (0.03–0.1) match best, though our reflected light phase curves show intensities approximately one-third of those observed by Kepler. We conclude that a better understanding of zonal transport, cloud radiative feedback, and particle scattering properties is needed to further explain the differences between the modeled and observed reflected light fluxes.