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.

Four transits of the planet orbiting the star HD209458 were observed with the STIS spectrograph on board HST. The wavelength domain (1180-1710A) includes HI as well as CI, CII, CIV, NV, OI, SI, SiII, SiIII and SiIV lines. During the transits, absorptions are detected in HI, OI and CII (5+/-2%, 13+/-4.5% and 7.5+/-3.5%, respectively). No absorptions are detected for other lines. The 5% mean absorption over the whole HI Lyman alpha line is consistent with the previous detection at higher resolution (Vidal-Madjar et al. 2003). The absorption depths in OI and CII show that oxygen and carbon are present in the extended upper atmosphere of HD209458b. These species must be carried out up to the Roche lobe and beyond, most likely in a state of hydrodynamic escape.

Water is predicted to be among the most abundant (if not the most abundant) molecular species after hydrogen in the atmospheres of close-in extrasolar giant planets ('hot Jupiters'). Several attempts have been made to detect water on such planets, but have either failed to find compelling evidence for it or led to claims that should be taken with caution. Here we report an analysis of recent observations of the hot Jupiter HD 189733b (ref. 6) taken during the transit, when the planet passed in front of its parent star. We find that absorption by water vapour is the most likely cause of the wavelength-dependent variations in the effective radius of the planet at the infrared wavelengths 3.6 mum, 5.8 mum (both ref. 7) and 8 mum (ref. 8). The larger effective radius observed at visible wavelengths may arise from either stellar variability or the presence of clouds/hazes. We explain the report of a non-detection of water on HD 189733b (ref. 4) as being a consequence of the nearly isothermal vertical profile of the planet's atmosphere.

The WFPC2 was installed in the Hubble Space Telesocpe (HST) in December 1993. Since then, the instrument has been providing high quality images. A significant amount of calibration data has been collected to aid in the understanding of the on-orbit performance of the instrument. Generally, the behavior of the camera is similar to its performance during the system-level thermal vacuum test at JPL in May 1993. Surprises were a significant charge transfer efficiency (CTE) problem and a significant growth rate in hot pixels at the original operating temperature of the CCDs (-76 C). The operating temperature of the WFPC2 CCDs was changed to -88 C on 23 April 1994, and significant improvements in CTE and hot pixels are seen at this temperature. In this paper we describe the on-orbit performance of the WFPC2. We discuss the optical and thermal history, the instrument throughput and stability, the PSF, the effects of undersampling on photometry, and properties of cosmic rays observed on-orbit, and the geometric distortion in the camera. We present the best techniques for the reduction of WFPC2 data, and describe the construction of calibration products including superbiases, superdarks, and flat fields.

HH 30 in Taurus has been imaged with the Hubble Space Telescope WFPC2. The images show in reflected light a flared disk with a radius of about 250 AU that obscures the protostar. The disk resembles detailed accretion disk models that constrain its density distribution and show that its inclination is less than 10°. There are bipolar emission-line jets perpendicular to the disk, a very clear demonstration of the standard paradigm for accretion disk and jet systems. However, asymmetries in the light distribution show that the disk has not completely settled into a quasi-equilibrium accretion state, or that some of the observed scattering is from an asymmetric envelope. The emission-line jet itself is resolved into a number of knots with typical lengths and separations of 04, much smaller and more numerous than indicated by lower resolution ground-based studies. There are indications of still finer structures in the jet all the way to the resolution limit of 01. The knots have proper motions ranging from 100 to 300 km s–1 and are therefore generated at the surprisingly high rate of about 0.4 knots per jet per year. The jet appears to be collimated within a cone of opening angle 3° and can be seen to within 30 AU of the star.Both single- and multiple-scattering disk models have a range of possible solutions, but by requiring pressure support and temperature equilibrium, a self-consistent model emerges. There is evidence for pressure support because the disk appears to have a Gaussian height profile. The temperature at each point in the disk is determined by the disk geometry, which in turn fixes the temperature in a self-consistent manner. The extinction to the protostar is unknown but constrained to be greater than 24 mag. The optical properties of the scattering grains in the disk are determined and found to imply a large scattering asymmetry, but they seem to follow the interstellar reddening law. The absolute magnitude and colors of the unseen protostar, which has a brightness in the I bandpass of about 0.16 times solar and is very red, are obtained. The disk mass is about 0.006 times solar and has an expected lifetime of about 105 yr.

We observed three transits of the extrasolar planet HD189733b in HI Lyman-alpha and in a few other lines in the ultraviolet with HST/ACS, in the search for atmospheric signatures. We detect a transit signature in the Lyman-alpha light curve with a transit depth of 5.05 +/- 0.75 %. This depth exceeds the occultation depth produced by the planetary disk alone at the 3.5-sigma level (statistical). Other stellar emission lines are less bright, and, taken individually, they do not show the transit signature, while the whole spectra redward of the Lyman-alpha line has enough photons to show a transit signature consistent with the absorption by the planetary disk alone. The transit depth's upper limits in the emission lines are 11.1% for OI at 1305A and 5.5% for CII at 1335A. The presence of an extended exosphere of atomic hydrogen around HD189733b producing 5% absorption of the full unresolved Lyman-alpha line flux shows that the planet is losing gas. The Lyman-alpha light curve is well-fitted by a numerical simulation of escaping hydrogen in which the planetary atoms are pushed by the stellar radiation pressure. We constrain the escape rate of atomic hydrogen to be between 10^9 and 10^{11} g/s and the ionizing extreme UV flux between 2 and 40 times the solar value (1-sigma), with larger escape rates corresponding to larger EUV flux. The best fit is obtained for dM/dt=10^{10} g/s and an EUV flux F_{EUV}=20 times the solar value. HD189733b is the second extrasolar planet for which atmospheric evaporation has been detected.

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.

We present Hubble Space Telescope optical and near-IR transmission spectra of the transiting hot-Jupiter WASP-31b. The spectrum covers 0.3-1.7 $\mu$m at a resolution $R\sim$70, which we combine with Spitzer photometry to cover the full-optical to IR. The spectrum is dominated by a cloud-deck with a flat transmission spectrum which is apparent at wavelengths $>0.52\mu$m. The cloud deck is present at high altitudes and low pressures, as it covers the majority of the expected optical Na line and near-IR H$_2$O features. While Na I absorption is not clearly identified, the resulting spectrum does show a very strong potassium feature detected at the 4.2-$\sigma$ confidence level. Broadened alkali wings are not detected, indicating pressures below $\sim$10 mbar. The lack of Na and strong K is the first indication of a sub-solar Na/K abundance ratio in a planetary atmosphere (ln[Na/K]$=-3.3\pm2.8$), which could potentially be explained by Na condensation on the planet's night side, or primordial abundance variations. A strong Rayleigh scattering signature is detected at short wavelengths, with a 4-$\sigma$ significant slope. Two distinct aerosol size populations can explain the spectra, with a smaller sub-micron size grain population reaching high altitudes producing a blue Rayleigh scattering signature on top of a larger, lower-lying population responsible for the flat cloud deck at longer wavelengths. We estimate that the atmospheric circulation is sufficiently strong to mix micron size particles upward to the required 1-10 mbar pressures, necessary to explain the cloud deck. These results further confirm the importance of clouds in hot-Jupiters, which can potentially dominate the overall spectra and may alter the abundances of key gaseous species.