HELIOS-K：用于辐射传输的超速开源不透明度计算器

我们提出了一个我们命名为HELIOS-K的超速不透明度计算器。它以谱线列表作为输入，计算每条谱线的形状，并提供一种将海量谱线分组到可管理数量的箱中的选项。我们结合Algorithm 916与高斯-埃尔米特求积来计算伏格特轮廓，用CUDA编写代码并为图形处理单元（GPUs）优化计算。我们重述k分布方法的理论，并用它将$\sim 10^5$到$10^8$条谱线缩减到$\sim 10$到$10^4$个波数箱，这些箱随后可用于辐射传输、大气反演和大气环流模型。伏格特轮廓的线翼截断选择是一个显著的误差来源，并使计算的通量值偏差$\sim 10\%$。这是一个突出的物理（而非计算）问题，原因在于我们对远线翼中谱线压力展宽的认识不完整。我们强调，无论执行逐线计算还是使用k分布方法，该问题都存在，并且影响所有需要使用波长相关不透明度的系外行星大气计算。我们阐明了相关k近似，并证明它同样适用于具有单一原子/分子种类的非均匀大气或具有多种种类的均匀大气。使用NVIDIA K20 GPU，HELIOS-K能够在$\sim 1$秒内计算具有$\sim 10^5$条谱线的不透明度函数，并且作为Exoclimes Simulation Platform (ESP; www.exoclime.org)的一部分公开可用。