X-shooter is the first 2nd generation instrument of the ESO Very Large Telescope(VLT). It is a very efficient, single-target, intermediate-resolution spectrograph that was installed at the Cassegrain focus of UT2 in 2009. The instrument covers, in a single exposure, the spectral range from 300 to 2500 nm. It is designed to maximize the sensitivity in this spectral range through dichroic splitting in three arms with optimized optics, coatings, dispersive elements and detectors. It operates at intermediate spectral resolution (R~4,000 - 17,000, depending on wavelength and slit width) with fixed echelle spectral format (prism cross-dispersers) in the three arms. It includes a 1.8"x4" Integral Field Unit as an alternative to the 11" long slits. A dedicated data reduction package delivers fully calibrated two-dimensional and extracted spectra over the full wavelength range. We describe the main characteristics of the instrument and present its performance as measured during commissioning, science verification and the first months of science operations.

Context: The interaction of the light from astronomical objects with the constituents of the Earth's atmosphere leads to the formation of telluric absorption lines in ground-based collected spectra. Correcting for these lines, mostly affecting the red and infrared region of the spectrum, usually relies on observations of specific stars obtained close in time and airmass to the science targets, therefore using precious observing time. Aims: We present molecfit, a tool for correcting for telluric absorption lines based on synthetic modelling of the Earth's atmospheric transmission. Molecfit is versatile and can be used with data obtained with various ground-based telescopes and instruments. Methods: Molecfit combines a publicly available radiative transfer code, a molecular line database, atmospheric profiles, and various kernels to model the instrument line spread function. The atmospheric profiles are created by merging a standard atmospheric profile representative of a given observatory's climate, of local meteorological data, and of dynamically retrieved altitude profiles for temperature, pressure, and humidity. We discuss the various ingredients of the method, its applicability, and its limitations. We also show examples of telluric line correction on spectra obtained with a suite of ESO Very Large Telescope (VLT) instruments. Results: Compared to previous similar tools, molecfit takes the best results for temperature, pressure, and humidity in the atmosphere above the observatory into account. As a result, the standard deviation of the residuals after correction of unsaturated telluric lines is frequently better than 2% of the continuum. Conclusion: Molecfit is able to accurately model and correct for telluric lines over a broad range of wavelengths and spectral resolutions. (Abridged)

The Earth's atmosphere affects ground-based astronomical observations. Scattering, absorption, and radiation processes deteriorate the signal-to-noise ratio of the data received. For scheduling astronomical observations it is, therefore, important to accurately estimate the wavelength-dependent effect of the Earth's atmosphere on the observed flux. In order to increase the accuracy of the exposure time calculator of the European Southern Observatory's (ESO) Very Large Telescope (VLT) at Cerro Paranal, an atmospheric model was developed as part of the Austrian ESO In-Kind contribution. It includes all relevant components, such as scattered moonlight, scattered starlight, zodiacal light, atmospheric thermal radiation and absorption, and non-thermal airglow emission. This paper focuses on atmospheric scattering processes that mostly affect the blue (< 0.55 mum) wavelength regime, and airglow emission lines and continuum that dominate the red (> 0.55 mum) wavelength regime. While the former is mainly investigated by means of radiative transfer models, the intensity and variability of the latter is studied with a sample of 1186 VLT FORS1 spectra. For a set of parameters such as the object altitude angle, Moon-object angular distance, ecliptic latitude, bimonthly period, and solar radio flux, our model predicts atmospheric radiation and transmission at a requested resolution. A comparison of our model with the FORS1 spectra and photometric data for the night-sky brightness from the literature, suggest a model accuracy of about 20%. This is a significant improvement with respect to existing predictive atmospheric models for astronomical exposure time calculators.