Forskere ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, California, "lager" en utenomjordisk atmosfære akkurat her på jorden. I en ny studie brukte JPL-forskere en "ovn" med høy temperatur for å varme opp en blanding av hydrogen og karbonmonoksid til mer enn 1 ° C, som er lik temperaturen på smeltet lava. Målet var å simulere forhold som kunne bli funnet i atmosfæren til en spesiell type eksoplanet (en planet utenfor solsystemet vårt) kalt "hot Jupiters."

Jupitery = romkjemper

Hot Jupiters er gassgiganter som kretser i motsetning til planetene i vårt solsystem veldig nær deres mors stjerne. Mens jorden kretser rundt solen i 365 dager, kretser de varme Jupiters stjernene sine på mindre enn 10 dager. Denne korte avstanden fra stjernene betyr at temperaturene deres kan nå 530 til 2 ° C (800 til 1 ° F) eller enda mer. Til sammenligning når en varm dag på overflaten av kvikksølv (som kretser rundt solen på 000 dager) en temperatur på rundt 5 ° C (000 ° F).

JPL-sjefforsker Murthy Gudipati, leder for gruppen som gjennomførte en ny studie publisert forrige måned i Astrophysical Journal, sier:

"Nøyaktig laboratoriesimulering av det harde miljøet til disse eksoplanetene er ikke mulig, men vi kan etterligne det veldig nøye."

Teamet startet med en enkel kjemisk blanding av mest hydrogengass og 0,3% karbonmonoksydgass. Disse molekylene er veldig vanlige i rommet og i de tidlige solsystemene og kan derfor logisk danne atmosfæren til varm Jupiter. Blandingen ble deretter oppvarmet til 330 til 1 ° C (230 til 620 ° F).

Forskerne utsatte også denne laboratorieblandingen for høye doser ultrafiolett stråling - i likhet med den som kan påvirke varm Jupiter som kretser i nærheten av morsstjernen. UV-lys har vist seg å være en aktiv ingrediens. Hans arbeid bidro i stor grad til de overraskende resultatene av studien om kjemiske fenomener som kan finne sted i varme atmosfærer.

Hot Jupiters

Hot Jupiters regnes som store planeter og avgir mer lys enn kaldere planeter. Disse faktorene har gjort det mulig for astronomer å få mer informasjon om atmosfæren enn de fleste andre typer eksoplaneter. Observasjoner har vist at mange atmosfærer av varme Jupiters er ugjennomsiktige i høye høyder. Selv om opasitet delvis kan rettferdiggjøres av skyer, mister denne teorien sin gyldighet med avtagende trykk. Opasitet har blitt observert selv der atmosfæretrykket er veldig lavt.

Den lille safirskiven i høyre bilde viser organiske aerosoler generert inne i ovnen med høy temperatur. Platen til venstre har ikke blitt brukt. Bildekilde: NASA / JPL-Caltech

Så forskere har sett etter andre mulige forklaringer, og en av dem kan være aerosoler - faste partikler som finnes i atmosfæren. Ifølge JPL-forskere visste forskerne imidlertid ikke hvordan aerosoler kan dannes i de varme atmosfærene til Jupiter. Det var bare mulig å etterligne dette i et nytt eksperiment, da den varme kjemiske blandingen ble utsatt for UV-stråling.

Benjamin Fleury, forsker og hovedforfatter av JPL-studien

"Dette resultatet endrer måten vi tolker Jupiters tåkevarme atmosfære på. I fremtiden vil vi studere egenskapene til disse aerosolene. Vi vil bedre forstå hvordan de dannes, hvordan de absorberer lys og hvordan de reagerer på endringer i miljøet. All denne informasjonen kan hjelpe astronomer til å forstå hva de ser når de observerer disse planetene. "

Vanndamp funnet

Studien brakte også en annen overraskelse: kjemiske reaksjoner ga betydelige mengder karbondioksid og vann. Vanndamp ble funnet i de varme atmosfærene til Jupiter, mens forskere heller forventet at dette sjeldne molekylet bare skulle dannes når mer oksygen enn karbon var til stede. En ny studie har vist at vann kan dannes selv om karbon og oksygen er tilstede i like store proporsjoner. (Karbonmonoksid inneholder ett karbonatom og ett oksygenatom.) Mens karbondioksid (ett karbonatom og to oksygenatomer) ble produsert uten ytterligere UV-stråling, akselererte reaksjonene med tillegg av simulert stjernelys.

Mark Swain, JPLs eksoplanetforsker og medforfatter av studien, sier:

"Disse nye resultatene er umiddelbart brukbare for å tolke det vi ser i Jupiters varme atmosfærer. Vi antok at i disse atmosfærene påvirkes kjemiske reaksjoner mest av temperaturen, men nå viser det seg at vi også må se på rollen som stråling. "

Med neste generasjons instrumenter, som NASAs James Webb Space Telescope, som ble forberedt for lansering i 2021, kunne forskere lage de første detaljerte kjemiske profilene til eksoplanetære atmosfærer. Og det er mulig at en av de første vil være de rundt de hete Jupiters. Disse studiene vil hjelpe forskere til å forstå hvordan andre solsystemer dannes og hvor like eller forskjellige de er fra våre.

Arbeidet har nettopp startet for JPL-forskere. I motsetning til en typisk ovn er den hermetisk forseglet for å forhindre gasslekkasje eller forurensning, slik at forskere kan kontrollere trykket når temperaturen stiger. Med dette utstyret kan de nå simulere eksoplanetære atmosfærer ved enda høyere temperaturer opp til 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, medforfatter av studien fra JPL

"Det er en konstant utfordring å lykkes med å designe og betjene dette systemet. Dette er fordi de fleste standardkomponenter, som glass eller aluminium, smelter ved så høye temperaturer. Vi lærer hele tiden hvordan vi kan skyve grensene mens vi trygt simulerer disse kjemiske prosessene i laboratoriet. Til slutt er imidlertid de spennende resultatene eksperimentene gir oss verdt alt ekstra arbeid og krefter. ”