Изследователи от лабораторията за реактивно задвижване на НАСА в Пасадена, Калифорния, "готвят" извънземна атмосфера точно тук, на Земята. В ново проучване изследователите на JPL използваха високотемпературна "фурна", за да загреят смес от водород и въглероден окис до повече от 1 ° C (100 ° F), което е равно на температурата на разтопената лава. Целта беше да се симулират условия, които могат да бъдат намерени в атмосферата на специален вид екзопланета (планети извън нашата Слънчева система), наречена „горещи Юпитери“.

Юпитер = космически гиганти

Горещите Юпитори са газови гиганти, които обикалят, за разлика от планетите на нашата слънчева система, много близо до родителската си звезда. Докато Земята обикаля около Слънцето 365 дни, горещите Юпитори циркулират около звездите си за по-малко от 10 дни. Това кратко разстояние от звездите означава, че техните температури могат да достигнат 530 до 2 800 ° C (1 000 до 5 000 ° F) или дори повече. За сравнение, горещ ден на повърхността на Меркурий (който обикаля около Слънцето в 88 дни) достига температура около 430 ° C (800 ° F).

Главен учен JPL Murthy Gudipati, лидер на групата, провела ново проучване миналия месец в Astrophysical Journal, казва:

"Точна лабораторна симулация на суровата среда на тези екзопланети не е възможна, но можем да я подражаваме много внимателно."

Екипът започна с проста химическа смес от предимно водороден газ и газ от въглероден оксид 0,3. Тези молекули са много често срещани във вселената и ранните слънчеви системи и затова логично те биха могли да създадат атмосферата на горещ Юпитер. След това сместа се нагрява до 330 до 1 230 ° C (620 до 2 240 ° F).

Учените също са изложили тази лабораторна смес на високи дози ултравиолетова радиация - подобно на това, което може да повлияе на горещия Юпитер, обикалящ около родителската си звезда. Показано е, че UV светлината е активна съставка. Действията му до голяма степен са допринесли за изненадващите резултати от изследване на химични явления, които могат да се случат в гореща атмосфера.

Горещ Юпитер

Горещи юпитери се считат за големи планети и излъчват повече светлина от по-хладните планети. Тези фактори позволиха на астрономите да научат повече за атмосферата си, отколкото повечето други видове екзопланети. Наблюденията показват, че много атмосфери на Юпитер са непрозрачни на височина. Въпреки че непрозрачността може да бъде частично оправдана от облаците, тази теория губи място с намаляващ натиск. Наистина, непрозрачността е наблюдавана, когато атмосферното налягане е много ниско.

Малкият сапфирен диск в дясната фигура показва органични аерозоли, образувани във високотемпературната пещ. Ляв диск не се използва. Източник: NASA / JPL-Caltech

Затова учените търсели друго възможно обяснение, а едно от тях можеше да бъде аерозоли - твърди частици, съдържащи се в атмосферата. Според учените от JPL обаче учените не са знаели как могат да се образуват аерозоли в горещите атмосфери на Юпитер. Само в нов експеримент горещата химическа смес беше изложена на ултравиолетова радиация.

Бенджамин Фльори, изследовател и водещ автор на JPL

„Този ​​резултат променя начина, по който интерпретираме мъгливата гореща атмосфера на Юпитер. В бъдеще искаме да проучим свойствата на тези аерозоли. Искаме да разберем по-добре как се формират, как поглъщат светлината и как реагират на промените в околната среда. Цялата тази информация може да помогне на астрономите да разберат какво виждат, докато наблюдават тези планети. "

Открити водни пари

Проучването донесе и друга изненада: химичните реакции произвеждат значителни количества въглероден диоксид и вода. Водните пари бяха открити в горещите атмосфери на Юпитер, докато учените очакваха, че тази рядка молекула ще бъде произведена само когато има повече кислород от въглерода. Ново проучване показва, че водата може да се образува дори когато въглеродът и кислородът присъстват в същото съотношение. (Въглероден моноксид съдържа един въглероден атом и един кислороден атом.) Докато въглеродният диоксид (един въглероден атом и два кислородни атома) се произвежда без допълнително ултравиолетово лъчение, реакциите се ускоряват с добавянето на симулирана звезда.

Марк Суейн, екзопланетен учен в JPL, и съавтор на изследването казва:

„Тези нови резултати са незабавно използваеми за интерпретация на онова, което виждаме в горещата атмосфера на Юпитер. Предположихме, че в тези атмосфери химичните реакции се влияят най-много от температурата, но сега се оказва, че трябва да разгледаме и ролята на радиацията. "

С устройства от следващо поколение, като например космическия телескоп Джеймс Уеб в NASA, стартирал за пускане на пазара в 2021, учените биха могли да създадат първите подробни химически профили на екзопланетарната атмосфера. И е възможно един от първите да е само тези около горещия Юпитер. Тези проучвания ще помогнат на учените да разберат как се формират други слънчеви системи и колко подобни или различни са за нашите.

За JPL изследователите са започнали работа. За разлика от типичната пещ, той е херметически затворен, за да предотврати изтичане на газ или замърсяване, като по този начин позволява на учените да контролират неговото налягане с увеличаване на температурата. С това оборудване сега те могат да симулират екзопланетна атмосфера при още по-високи температури, достигащи до 1600 ° C (3000 ° F).

Браяна Хендерсън, съавтор на проучване на JPL

„Постоянно предизвикателство е успешно да се проектира и управлява тази система. Това е така, защото повечето стандартни компоненти, като стъкло или алуминий, се топят при толкова високи температури. Непрекъснато се учим как да преместваме границите, като симулираме безопасно тези химични процеси в лабораторията. В крайна сметка обаче вълнуващите резултати, които експериментите носят, си струват цялата допълнителна работа и усилия. "