40 light years from Earth an Earth sized exoplanet called Trappist 1d orbits the M-dwarf star called Trappist 1. Trappist 1d is located in the habitable zone where liquid water could exist on the surface of the planet which raises the question: Could Trappist 1d be habitable? Since it is not known what the planet looks like, several simulations of potentially habitable climates were made including different water levels and atmospheric pressures with Earth-like atmospheres. Real observations with JWST and VLT are currently being made for the light passing through Trappist 1d’s potential atmosphere. In order to interpret the data and make any conclusions about the habitability of Trappist 1d, simulated spectra need to be made for the different scenarios. The goal of this project was to produce radiance spectrum of how observations viewed through different instruments would look like for the different planetary scenarios. The result of the project gave spectra that were quite similar, but differed specifically in the depths of the lines, meaning that in theory it could be possible to distinguish between the planetary scenarios via observations. In reality, because of uncertainties in the observations, it is probably not possible to distinguish between the different planetary models, but it might be enough to conclude if the planet has an Earth like atmosphere containing CO2 and H2O or not. / 40 ljusår bort från jorden kretsar en jordlik planet vid namn Trappist 1d runt en röd dvärgstjärna. Trappist 1d ligger i den så kallade beboeliga zonen där det är möjligt för flytande vatten att existera på planetens yta. Detta medför frågan: Finns det förutsättningar för liv på Trappist 1d? Eftersom det inte är känt hur det ser ut på planeten har flera potentiellt beboeliga klimat simulerats för olika vattennivåer och atmosfärstryck med en jordlik atmosfär. Olika instrument på teleskopen JWST och VLT samlar för tillfället in data för observationer genom Trappist 1d:s potentiella atmosfär. För att kunna tolka datan och dra slutsatser om förutsättningarna för liv på Trappist 1d behövs simulerade spektrum att jämföra med. Målet med det här projektet är att producera simulerade radians spektrum för hur observationer med de olika instrumenten hade sett ut för de olika scenarierna. Resultatet gav spektrum som främst skiljde sig i djupet av linjerna i graferna, vilket betyder att i teorin är det möjligt att skilja mellan de olika scenariona för en observation. På grund av osäkerheter i observationen, är det troligtvis inte möjligt i praktiken att se exakt vilket scenario det tillhör, men det kan vara tillräckligt för att säga ifall planeten har en jordlik atmosfär som innehåller vatten och koldioxid eller ej.

Le système TRAPPIST-1 offre une opportunité sans précédent de caractériser les premières planètes potentiellement habitables en dehors de notre système solaire. Dans ce mémoire est décrit le développement d’un pipeline de réduction de données personnalisé pour le mode WIRC+Spec de la caméra infrarouge à grand champ récemment mise à niveau à l’observatoire Palomar. Nous introduisons une nouvelle approche d’ajustement de la fonction d’étalement du point basée sur la transformation de Karhunen-Loève pour extraire des courbes de lumière photométrique et spectroscopique de sources de forme irrégulière, que nous appliquons aux observations de l’exoplanète TRAPPIST-1d pour mesurer ses spectres de transmission dans les bandes J (1.1 à 1.4 µm) et Ks (1.95 à 2.35 µm). Un guide détaillé est présenté pour l’implémentation d’un calcul de profils de température incluant l’équilibre radiatif et convectif pour une modélisation atmosphérique efficace et précise. En comparant une multitude de scénarios atmosphériques aux observations de TRAPPIST-1d, nous obtenons des contraintes sur la composition et la structure de son atmosphère, excluant les scénarios sans nuages avec des métallicités inférieures à 300 fois la valeur solaire à 3σ. / The TRAPPIST-1 system provides an unprecedented opportunity to characterize the first potentially habitable planets outside our solar system. In this work we describe the development of a custom data reduction pipeline for the WIRC+Spec mode of the recently upgraded Wide Field Infrared Camera instrument on Palomar Observatory. We introduce a novel, Karhunen-Loève transform based approach to extract photometric and spectroscopic light curves from irregularly shaped sources, which we apply to observations of the TRAPPIST-1d exoplanet to measure the J band (1.1 to 1.4 µm) and Ks band (1.95 to 2.35 µm) transmission spectra. We also present a detailed guide into the implementation of a self-consistent, radiative-convective temperature structure calculation for efficient and accurate atmospheric modelling. Comparing a host of atmospheric scenarios to the observations of TRAPPIST-1d to date, we constrain its atmosphere, ruling out cloud-free atmospheres with metallicities lower than 300 times the solar value at 3σ confidence.