Cum să "gătiți" atmosfera cosmică de pe Pământ

12. 04. 2019
A 6-a conferință internațională de exopolitică, istorie și spiritualitate

Cercetătorii de la Laboratorul de propulsie cu jet al NASA din Pasadena, California, „gătesc” o atmosferă extraterestră chiar aici, pe Pământ. Într-un nou studiu, cercetătorii JPL au folosit un „cuptor” la temperaturi ridicate pentru a încălzi un amestec de hidrogen și monoxid de carbon la peste 1 ° C (100 ° F), care este egal cu temperatura lavei topite. Scopul a fost să simuleze condițiile care ar putea fi găsite în atmosfera unui tip special de exoplanetă (o planetă din afara sistemului nostru solar) numită „Jupiteri fierbinți”.

Jupitery = giganți spațiali

Jupiterii fierbinți sunt giganți gazoși care orbitează spre deosebire de planetele sistemului nostru solar foarte aproape de steaua lor mamă. În timp ce Pământul orbitează Soarele timp de 365 de zile, Jupiterii fierbinți orbitează stelele lor în mai puțin de 10 zile. Această mică distanță de stele înseamnă că temperaturile lor pot ajunge la 530 până la 2 ° C (800 până la 1 ° F) sau chiar mai mult. Prin comparație, o zi fierbinte la suprafața lui Mercur (care orbitează Soarele în 000 de zile) atinge o temperatură de aproximativ 5 ° C (000 ° F).

Omul de știință JPL Murthy Gudipati, șeful grupului care a realizat un nou studiu publicat luna trecută în Astrophysical Journal, spune:

"Simularea exactă de laborator a mediului dur al acestor exoplanete nu este posibilă, dar o putem emula foarte atent."

Echipa a început cu un amestec chimic simplu de hidrogen gazos și 0,3% gaz monoxid de carbon. Aceste molecule sunt foarte frecvente în spațiu și în primele sisteme solare și, prin urmare, ar putea forma în mod logic atmosfera Jupiterului fierbinte. Amestecul a fost apoi încălzit la 330 - 1 ° C (230 - 620 ° F).

Oamenii de știință au expus, de asemenea, acest amestec de laborator la doze mari de radiații ultraviolete - similară cu cea care ar putea afecta Jupiter fierbinte care orbitează în apropierea stelei sale părinte. S-a dovedit că lumina UV este un ingredient activ. Munca sa a contribuit în mare măsură la rezultatele surprinzătoare ale studiului privind fenomenele chimice care pot avea loc în atmosfere calde.

Jupiteri fierbinți

Jupiterele fierbinți sunt considerate planete mari și emit mai multă lumină decât planetele mai reci. Acești factori au permis astronomilor să obțină mai multe informații despre atmosfera lor decât majoritatea celorlalte tipuri de exoplanete. Observațiile au arătat că multe atmosfere de Jupiter fierbinți sunt opace la înălțimi mari. Deși opacitatea poate fi parțial justificată de nori, această teorie își pierde valabilitatea odată cu scăderea presiunii. Opacitatea a fost observată chiar și atunci când presiunea atmosferică este foarte scăzută.

Micul disc de safir din imaginea din dreapta arată aerosoli organici generați în interiorul cuptorului cu temperatură înaltă. Discul din stânga nu a fost folosit. Sursa imaginii: NASA / JPL-Caltech

Deci oamenii de știință au căutat alte explicații posibile, iar unul dintre aceștia ar putea fi aerosoli - particule solide conținute în atmosferă. Cu toate acestea, potrivit cercetătorilor JPL, oamenii de știință nu știau cum se pot forma aerosoli în atmosferele fierbinți din Jupiter. A fost posibil să se imite acest lucru doar într-un nou experiment, când amestecul chimic fierbinte a fost expus la radiații UV.

Benjamin Fleury, cercetător și autor principal al studiului JPL

„Acest rezultat schimbă modul în care interpretăm atmosfera fierbinte ceață a lui Jupiter. În viitor, dorim să studiem proprietățile acestor aerosoli. Vrem să înțelegem mai bine cum sunt formate, cum absorb lumina și cum reacționează la schimbările din mediu. Toate aceste informații îi pot ajuta pe astronomi să înțeleagă ceea ce văd atunci când observă aceste planete. "

Vapor de apă găsit

Studiul a mai adus o altă surpriză: reacțiile chimice au produs cantități semnificative de dioxid de carbon și apă. Vaporii de apă s-au găsit în atmosferele fierbinți ale lui Jupiter, în timp ce oamenii de știință se așteptau ca această moleculă rară să se formeze numai dacă ar fi prezent mai mult oxigen decât carbon. Un nou studiu a arătat că apa se poate forma chiar dacă carbonul și oxigenul sunt prezenți în proporții egale. (Monoxidul de carbon conține un atom de carbon și un atom de oxigen.) În timp ce dioxidul de carbon (un atom de carbon și doi atomi de oxigen) a fost produs fără radiații UV suplimentare, reacțiile s-au accelerat cu adăugarea luminii stelare simulate.

Mark Swain, cercetătorul exoplanetei JPL și coautor al studiului, spune:

„Aceste noi rezultate sunt utilizate imediat pentru interpretarea a ceea ce vedem în atmosferele fierbinți ale lui Jupiter. Am presupus că în aceste atmosfere, reacțiile chimice sunt cel mai afectate de temperatură, dar acum se dovedește că trebuie să ne uităm și la rolul radiațiilor. "

Cu instrumente de generație următoare, precum Telescopul spațial James Webb al NASA, pregătite pentru lansare în 2021, oamenii de știință ar putea crea primele profiluri chimice detaliate ale atmosferelor exoplanetare. Și este posibil ca unul dintre primii să fie cei din jurul Jupiterilor fierbinți. Aceste studii vor ajuta oamenii de știință să înțeleagă cum se formează alte sisteme solare și cât de asemănătoare sau diferite sunt de ale noastre.

Tocmai au început lucrările pentru cercetătorii JPL. Spre deosebire de un cuptor tipic, acesta este sigilat ermetic pentru a preveni scurgerea sau contaminarea gazelor, permițând oamenilor de știință să-și controleze presiunea pe măsură ce temperatura crește. Cu acest echipament, acum pot simula atmosfere exoplanetare la temperaturi și mai ridicate până la 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, coautor al studiului de la JPL

„Este o provocare constantă să proiectezi și să operezi cu succes acest sistem. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea componentelor standard, cum ar fi sticla sau aluminiul, se topesc la temperaturi atât de ridicate. Învățăm în mod constant cum să depășim limitele în timp ce simulăm în siguranță aceste procese chimice în laborator. La final, însă, rezultatele interesante pe care le aduc experimentele merită toată munca și efortul suplimentar. ”

Articole similare