Kako kozmička atmosfera na Zemlji "ključa"

12. 04. 2019
6. međunarodna konferencija egzopolitike, istorije i duhovnosti

Istraživači iz NASA-inog laboratorija za mlazni pogon u Pasadeni, u Kaliforniji, "kuhaju" vanzemaljsku atmosferu upravo ovdje na Zemlji. U novoj studiji, istraživači JPL-a koristili su "peć" na visokoj temperaturi za zagrevanje smeše vodonika i ugljen-monoksida na više od 1 ° C (100 ° F), što je jednako temperaturi rastopljene lave. Cilj je bio simulirati uslove koji se mogu naći u atmosferi posebne vrste egzoplanete (planete izvan našeg Sunčevog sistema) koja se naziva "vrući Jupiteri".

Jupitery = svemirski divovi

Vrući Jupiteri su plinski divovi koji orbitiraju za razliku od planeta našeg Sunčevog sistema vrlo blizu njihove matične zvijezde. Dok Zemlja kruži oko Sunca 365 dana, vrući Jupiteri kruže oko svojih zvijezda za manje od 10 dana. Ova kratka udaljenost od zvijezda znači da njihove temperature mogu doseći 530 do 2 ° C (800 do 1 ° F) ili čak i više. Za usporedbu, vrući dan na površini Merkura (koji kruži oko Sunca za 000 dana) dostiže temperaturu od oko 5 ° C (000 ° F).

Glavni naučnik JPL-a Murthy Gudipati, šef grupe koja je provela novo istraživanje objavljeno prošlog mjeseca u Astrophysical Journal, kaže:

"Precizna laboratorijska simulacija surovog okruženja ovih egzoplaneta nije moguća, ali možemo je vrlo ugledati."

Tim je započeo jednostavnom kemijskom smjesom uglavnom plinovitog vodika i 0,3% ugljičnog monoksida. Ovi molekuli su vrlo česti u svemiru i u ranim solarnim sistemima i stoga logično mogu formirati atmosferu vrućeg Jupitera. Smjesa je zatim zagrijana na 330 do 1 ° C (230 do 620 ° F).

Naučnici su ovu laboratorijsku smešu takođe izložili visokim dozama ultraljubičastog zračenja - slično onoj koja bi mogla uticati na vrući Jupiter koji kruži u blizini svoje matične zvezde. Pokazalo se da je UV svjetlo aktivni sastojak. Njegov je rad u velikoj mjeri pridonio iznenađujućim rezultatima studije o hemijskim pojavama koje se mogu dogoditi u vrućim atmosferama.

Vrući Jupiteri

Vrući Jupiteri smatraju se velikim planetima i emitiraju više svjetlosti od hladnijih planeta. Ovi faktori omogućili su astronomima da dobiju više informacija o svojoj atmosferi od većine drugih vrsta egzoplaneta. Promatranja su pokazala da su mnoge atmosfere vrućih Jupitera neprozirne na velikim nadmorskim visinama. Iako se neprozirnost djelomično može opravdati oblacima, ova teorija gubi na valjanosti sa smanjenjem pritiska. Neprozirnost je primijećena čak i tamo gdje je atmosferski pritisak vrlo nizak.

Mali safirni disk na desnoj slici prikazuje organske aerosole koji se generišu unutar visokotemperaturne peći. Disk s lijeve strane nije korišten. Izvor slike: NASA / JPL-Caltech

Dakle, naučnici su tražili druga moguća objašnjenja, a jedno od njih bi mogli biti aerosoli - čvrste čestice sadržane u atmosferi. Međutim, prema istraživačima JPL-a, naučnici nisu znali kako se aerosoli mogu stvarati u vrućim atmosferama Jupitera. To je bilo moguće oponašati samo u novom eksperimentu, kada je vruća hemijska smeša bila izložena UV zračenju.

Benjamin Fleury, istraživač i vodeći autor JPL studije

"Ovaj rezultat mijenja način na koji tumačimo Jupiterovu maglovitu vruću atmosferu. U budućnosti želimo proučiti svojstva ovih aerosola. Želimo bolje razumjeti kako nastaju, kako upijaju svjetlost i kako reagiraju na promjene u okolini. Sve ove informacije mogu pomoći astronomima da shvate šta vide dok promatraju ove planete. "

Pronađena vodena para

Studija je također donijela još jedno iznenađenje: hemijske reakcije proizvele su značajne količine ugljičnog dioksida i vode. Vodena para pronađena je u vrućim atmosferama Jupitera, dok su naučnici očekivali da će rijetki molekul nastati samo kada je prisutno više kiseonika nego ugljenika. Novo istraživanje pokazalo je da voda može nastati čak i ako su ugljik i kiseonik prisutni u jednakim omjerima. (Ugljenmonoksid sadrži jedan atom ugljenika i jedan atom kiseonika.) Dok je ugljen dioksid (jedan atom ugljenika i dva atoma kiseonika) proizveden bez dodatnog UV zračenja, reakcije su se ubrzale dodavanjem simulirane zvezdane svetlosti.

Mark Swain, JPL-ov istraživač egzoplanete i koautor studije, kaže:

"Ovi novi rezultati su odmah upotrebljivi za tumačenje onoga što vidimo u Jupiterovoj vrućoj atmosferi. Pretpostavili smo da u tim atmosferama na hemijske reakcije najviše utječe temperatura, ali sada se ispostavlja da moramo pogledati i ulogu zračenja. "

Pomoću instrumenata nove generacije, poput NASA-inog svemirskog teleskopa James Webb, koji se priprema za lansiranje 2021. godine, naučnici bi mogli stvoriti prve detaljne hemijske profile egzoplanetarne atmosfere. A moguće je da će jedan od prvih biti oni oko vrućih Jupitersa. Ova istraživanja pomoći će naučnicima da shvate kako se formiraju drugi solarni sistemi i koliko su slični ili drugačiji od našeg.

Za istraživače JPL-a posao je tek počeo. Za razliku od tipične peći, hermetički je zatvorena kako bi se spriječilo curenje ili kontaminacija plina, što omogućava naučnicima da kontrolišu njen pritisak kako temperatura raste. Pomoću ove opreme sada mogu simulirati egzoplanetarne atmosfere na još višim temperaturama do 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, koautorica studije iz JPL

"Stalni je izazov uspješno dizajnirati i upravljati ovim sistemom. To je zato što se većina standardnih komponenata, poput stakla ili aluminijuma, topi na tako visokim temperaturama. Neprestano učimo kako pomicati granice dok sigurno simuliramo ove hemijske procese u laboratoriju. Na kraju, uzbudljivi rezultati koje nam donose eksperimenti vrijede dodatnog rada i truda. "

Slični članci