NASA reaktīvo dzinēju laboratorijas pētnieki Pasadenā, Kalifornijā, "gatavo" ārpuszemes atmosfēru tepat uz Zemes. Jaunā pētījumā JPL pētnieki izmantoja augstas temperatūras "krāsni", lai ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījumu sasildītu līdz vairāk nekā 1 ° C (100 ° F), kas ir vienāds ar izkausētas lavas temperatūru. Mērķis bija simulēt apstākļus, kurus var atrast īpaša veida eksoplanētas atmosfērā (planētas ārpus mūsu Saules sistēmas), ko sauc par “karstajiem Jupiteriem”.

Jupiters = kosmosa milži

Hot Jupitors ir gāzes giganti, kas riņķo, atšķirībā no mūsu Saules sistēmas planētām, kas ir ļoti tuvu viņu vecākajai zvaigznei. Kamēr Zeme orbītā ap Saules 365 dienām, karstie Jupiteri cirkulē ap zvaigznēm mazāk par 10 dienām. Šis īss attālums no zvaigznēm nozīmē, ka to temperatūra var sasniegt 530 uz 2 800 ° C (1 000 uz 5 000 ° F) vai pat vairāk. Salīdzinājumam, karstā diena uz dzīvsudraba virsmas (kas orbītā saulē 88 dienās) sasniedz temperatūru aptuveni 430 ° C (800 ° F).

Galvenais zinātnieks JPL Murthy Gudipati, grupas vadītājs, kurš pagājušajā mēnesī veica jaunu pētījumu Astrophysical Journal, saka:

"Precīza šo eksoplanētu skarbās vides laboratorijas simulācija nav iespējama, taču mēs to varam ļoti līdzināties."

Komanda sāka ar vienkāršu ķīmisko maisījumu, galvenokārt ar ūdeņraža gāzi un 0,3 oglekļa monoksīda gāzi. Šīs molekulas ir ļoti izplatītas Visuma un agrīnās saules sistēmās, un tāpēc loģiski tās varētu radīt karstā Jupitera atmosfēru. Pēc tam maisījumu karsēja līdz 330 uz 1 230 ° C (620 līdz 2 240 ° F).

Zinātnieki ir arī atklājuši šo laboratorijas maisījumu ar lielām ultravioletā starojuma devām - līdzīgi tam, kas varētu ietekmēt karsto Jupitru, kas orbitē tās vecāko zvaigzni. Ir pierādīts, ka UV gaisma ir aktīvā sastāvdaļa. Viņa rīcība lielā mērā ir veicinājusi pārsteidzošus rezultātus pētījumā par ķīmiskām parādībām, kas var notikt karstā vidē.

Hot Jupiter

Karstie Jupiteri tiek uzskatīti par lielām planētām un izstaro vairāk gaismas nekā vēsākas planētas. Šie faktori ir ļāvuši astronomiem uzzināt vairāk par savu atmosfēru nekā vairums citu eksoplanetu veidu. Novērojumi ir parādījuši, ka daudzas Jupitera atmosfēras lielā augstumā ir necaurspīdīgas. Lai gan dūmainību var daļēji attaisnot ar mākoņiem, šī teorija zaudē spiedienu. Patiešām, ir novērota dūmainība, kad atmosfēras spiediens ir ļoti zems.

Mazajā safīra diskā labajā attēlā redzami organiskās aerosoli, kas veidojas augstas temperatūras krāsnī. Kreisais disks netiek izmantots. Attēla avots: NASA / JPL-Caltech

Tāpēc zinātnieki meklēja citu iespējamo skaidrojumu, un viens no tiem varētu būt aerosoli - atmosfērā esošās cietās daļiņas. Tomēr, pēc JPL pētnieku domām, zinātnieki nezināja, kā aerosoli var veidoties Jupitera karstā atmosfērā. Tikai jaunā eksperimentā karstais ķīmiskais maisījums tika pakļauts UV starojumam.

Benjamin Fleury, JPL pētnieks un vadošais autors

"Šis rezultāts maina to, kā mēs interpretējam Jupitera miglaini karsto atmosfēru. Nākotnē mēs vēlamies izpētīt šo aerosolu īpašības. Mēs vēlamies labāk izprast, kā tie veidojas, kā absorbē gaismu un kā reaģē uz izmaiņām vidē. Visa šī informācija var palīdzēt astronomiem saprast, ko viņi redz, novērojot šīs planētas. "

Atrasti ūdens tvaiki

Pētījums arī radīja vēl vienu pārsteigumu: ķīmiskās reakcijas radīja ievērojamu daudzumu oglekļa dioksīda un ūdens. Ūdens tvaiki tika atrasti Jupitera karstā atmosfērā, bet zinātnieki sagaida, ka šī retā molekula tiks ražota tikai tad, ja tajā atradīsies vairāk skābekļa nekā ogleklis. Jauns pētījums ir parādījis, ka ūdeni var veidot pat tad, ja oglekļa un skābekļa daudzums ir tāds pats. (Oglekļa monoksīds satur vienu oglekļa atomu un vienu skābekļa atomu.) Kaut arī oglekļa dioksīds (viens oglekļa atoms un divi skābekļa atomi) tika ražoti bez papildu UV starojuma, reakcijas paātrinājās, pievienojot simulēto staru gaismu.

Marks Swains, JPL eksoplanēta zinātnieks un pētījuma līdzautors:

"Šie jaunie rezultāti ir uzreiz izmantojami, lai interpretētu to, ko mēs redzam Jupitera karstajā atmosfērā. Mēs pieņēmām, ka šajās atmosfērās ķīmiskās reakcijas visvairāk ietekmē temperatūra, taču tagad izrādās, ka mums jāaplūko arī radiācijas loma. "

Ar nākamās paaudzes ierīcēm, piemēram, NASA James Webb kosmosa teleskopu, kas uzsākta uzsākšanai 2021, zinātnieki varēja izveidot pirmās detalizētās ķīmiskās īpašības eksoplanēta atmosfērā. Un ir iespējams, ka viens no pirmajiem būs tikai tie, kas ap karsto Jupitru. Šie pētījumi palīdzēs zinātniekiem saprast, kā tiek veidotas citas saules sistēmas un cik līdzīgas vai atšķirīgas tās ir mūsu.

JPL pētnieki ir tikko sākuši darbu. Atšķirībā no tipiskas krāsns, tas ir hermētiski noslēgts, lai novērstu gāzes noplūdi vai piesārņojumu, tādējādi ļaujot zinātniekiem kontrolēt spiedienu ar paaugstinātu temperatūru. Ar šo aprīkojumu viņi tagad var modelēt eksoplanetārās atmosfēras pat augstākās temperatūrās, sasniedzot 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Hendersona, JPL pētījuma līdzautore

"Tas ir pastāvīgs izaicinājums, lai veiksmīgi izstrādātu un darbinātu šo sistēmu. Tas ir tāpēc, ka lielākā daļa standarta sastāvdaļu, piemēram, stikls vai alumīnijs, izkausē tik augstā temperatūrā. Mēs nepārtraukti mācāmies pārkāpt robežas, vienlaikus laboratorijā droši simulējot šos ķīmiskos procesus. Tomēr beigās eksperimentu radītie aizraujošie rezultāti ir visu papildu darbu un pūļu vērti. ”