NASA: n jet propulsiolaboratorion tutkijat Pasadenassa, Kalifornia, "keittävät" maan ulkopuolista ilmapiiriä täällä maan päällä. Uudessa tutkimuksessa JPL-tutkijat käyttivät korkean lämpötilan "uunia" kuumentamaan vedyn ja hiilimonoksidin seosta yli 1 ° C: seen (100 ° F), mikä vastaa sulan laavan lämpötilaa. Tavoitteena oli simuloida olosuhteita, jotka löytyvät erityisestä eksoplaneetasta (aurinkokunnan ulkopuolella olevista planeetoista), nimeltään "kuuma Jupiter".

Jupiter = avaruuden jättiläiset

Hot Jupitors ovat kaasun jättiläisiä, jotka kiertävät päinvastoin kuin aurinkokuntamme planeetat, hyvin lähellä vanhemman tähden. Vaikka maa kiertää aurinkoa 365 päivää, kuuma Jupitors kiertää tähtiensä alle alle 10-päivien. Tämä lyhyt etäisyys tähdistä tarkoittaa, että niiden lämpötilat voivat saavuttaa 530 2 800 ° C: een (1 000 5 000 ° F) tai jopa enemmän. Vertailun vuoksi, kuuma päivä Mercuryn pinnalla (joka kiertää auringon 88-päivinä) saavuttaa noin 430 ° C: n (800 ° F) lämpötilan.

Viime kuussa Astrophysical Journal -lehdessä uuden tutkimuksen johtaja JPL Murthy Gudipati sanoo:

"Näiden eksoplaneettojen ankaran ympäristön tarkka laboratoriosimulointi ei ole mahdollista, mutta voimme jäljitellä sitä hyvin tarkasti."

Joukkue alkoi yksinkertaisesti kemiallisesti sekoittamalla pääasiassa vetykaasua ja 0,3-hiilimonoksidikaasua. Nämä molekyylit ovat hyvin yleisiä maailmankaikkeudessa ja varhaisessa aurinkokunnassa, ja siksi ne voisivat loogisesti luoda kuuman Jupiterin tunnelman. Sitten seosta kuumennettiin 330: ksi 1 230 ° C: een (620 - 2 240 ° F).

Tutkijat ovat myös paljastaneet tämän laboratorion sekoituksen suurille ultraviolettisäteilyn annoksille - samanlainen kuin se, joka voisi vaikuttaa kuumaan Jupiteriin, joka kiertää sen vanhemman tähden. UV-valon on osoitettu olevan vaikuttava aine. Hänen tekonsa ovat pitkälti vaikuttaneet yllättäviin tuloksiin kemiallisia ilmiöitä koskevassa tutkimuksessa, joka voi tapahtua kuumissa ilmapiirissä.

Hot Jupiter

Hot Jupitersia pidetään suurina planeetoina ja säteilevät enemmän valoa kuin viileämmät planeetat. Nämä tekijät ovat antaneet tähtitieteilijöille enemmän tietoa ilmapiiristään kuin useimmat muutkin eksoplanetit. Huomautukset ovat osoittaneet, että monet Jupiter-ilmakehät ovat läpinäkymättömiä suurissa korkeuksissa. Vaikka opasiteetti voidaan osittain perustella pilvillä, tämä teoria on menettämässä paineen alenemisen myötä. Itse asiassa opasiteettia on havaittu, kun ilmakehän paine on hyvin alhainen.

Oikeassa kuvassa oleva pieni safiirilevy esittää orgaanisen aerosolin, joka on muodostunut korkean lämpötilan uuniin. Vasen levy ei ole käytössä. Kuvan lähde: NASA / JPL-Caltech

Joten tutkijat etsivät toista mahdollista selitystä, ja yksi niistä voisi olla aerosoleja - ilmakehässä olevia kiinteitä hiukkasia. JPL-tutkijoiden mukaan tiedemiehet eivät kuitenkaan tienneet, miten aerosolit voisivat muodostaa Jupiterin kuumissa ilmakehissä. Kuuma kemiallinen seos altistettiin UV-säteilylle vain uudessa kokeessa.

Benjamin Fleury, JPL: n tutkija ja johtaja

”Tämä tulos muuttaa tapaa tulkita Jupiterin sumuista, kuumaa ilmapiiriä. Tulevaisuudessa haluamme tutkia näiden aerosolien ominaisuuksia. Haluamme ymmärtää paremmin, kuinka ne muodostuvat, kuinka ne absorboivat valoa ja miten reagoivat ympäristön muutoksiin. Kaikki nämä tiedot voivat auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään mitä he näkevät näitä planeettoja katsellen. "

Löytyi vesihöyryä

Tutkimus toi myös toisen yllätyksen: kemialliset reaktiot tuottivat huomattavia määriä hiilidioksidia ja vettä. Vesihöyryä havaittiin Jupiterin kuumissa ilmakehissä, kun taas tiedemiehet odottivat, että tämä harvinainen molekyyli tuotettaisiin vain, kun läsnä oli enemmän happea kuin hiili. Uusi tutkimus on osoittanut, että vesi voidaan muodostaa myös silloin, kun hiili ja happi ovat samassa suhteessa. (Hiilimonoksidi sisältää yhden hiiliatomin ja yhden happiatomin.) Vaikka hiilidioksidia (yksi hiiliatomi ja kaksi happiatomia) tuotettiin ilman UV-säteilyä, reaktiot kiihtyivät lisäämällä simuloitua tähtivaloa.

Mark Swain, JPL: n eksoplanetitutkija ja tutkimuksen tekijä sanoo:

”Nämä uudet tulokset ovat heti sovellettavissa tulkitsemiseen siitä, mitä näemme Jupiterin kuumissa ilmapiireissä. Oletetaan, että lämpötila vaikutti näissä ilmakehissä kemiallisiin reaktioihin eniten, mutta näyttää siltä, ​​että säteilyn roolia on tarkasteltava. ”

Seuraavan sukupolven laitteiden, kuten NASA: n James Webb Space Telescope -palvelun, joka käynnistettiin 2021issa, tiedemiehet voisivat luoda ensimmäiset yksityiskohtaiset kemialliset profiilit exoplanetary-atmosfääreistä. Ja on mahdollista, että yksi ensimmäisistä on vain kuumien Jupiterin ympärillä. Nämä tutkimukset auttavat tiedemiehiä ymmärtämään, miten muut aurinkokunnat ovat muotoiltuja ja kuinka samankaltaisia ​​tai erilaisia ​​ne ovat meille.

JPL-tutkijoiden työ on juuri alkanut. Toisin kuin tyypillinen uuni, se suljetaan hermeettisesti kaasuvuodon tai kontaminaation estämiseksi, jolloin tutkijat voivat hallita painetta kasvavalla lämpötilalla. Tällä laitteella ne voivat nyt simuloida eksoplanetaarisia ilmakehiä jopa korkeammissa lämpötiloissa, jotka saavuttavat jopa 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, JPL-tutkimustyö

”Järjestelmän onnistunut suunnittelu ja käyttö on jatkuva haaste. Useimmat standardikomponentit, kuten lasi tai alumiini, sulavat niin korkeissa lämpötiloissa. Opimme jatkuvasti rajojen siirtämistä ja simuloimme samalla turvallisesti näitä kemiallisia prosesseja laboratoriossa. Mutta viime kädessä kokeelliset jännittävät tulokset ovat kaiken ylimääräisen työn ja vaivan arvoisia. ”