Истраживачи НАСА-ине Лабораторије за млазни погон у Пасадени, Калифорнија, „кувају“ ванземаљску атмосферу управо овде на Земљи. У новој студији, научници ЈПЛ-а су користили "пећ" на високој температури да загреју мешавину водоника и угљен-моноксида на више од 1°Ц (100°Ф), што је еквивалентно температури истопљене лаве. Циљ је био да се симулирају услови који се могу наћи у атмосфери посебне врсте егзопланета (планета ван нашег Сунчевог система), названих „врући Јупитери“.

Јупитери = свемирски гиганти

Врели Јупитери су гасовити дивови који, за разлику од планета нашег Сунчевог система, круже веома близу своје матичне звезде. Док Земља кружи око Сунца за 365 дана, врући Јупитери круже око својих звезда за мање од 10 дана. Ова кратка удаљеност од звезда значи да њихове температуре могу достићи 530 до 2 °Ц (800 до 1 °Ф) или чак и више. Поређења ради, врели дан на површини Меркура (који кружи око Сунца за 000 дана) достиже температуру од око 5°Ц (000°Ф).

Главни научник ЈПЛ Муртхи Гудипати, који је водио групу која је спровела нову студију објављену прошлог мјесеца у Астропхисицал Јоурнал, каже:

„Тачна лабораторијска симулација суровог окружења ових егзопланета није могућа, али можемо је врло блиско имитирати.

Тим је почео са једноставном хемијском мешавином углавном гасовитог водоника и 0,3% гаса угљен моноксида. Ови молекули су веома чести у свемиру и раним соларним системима, и стога би логично могли да формирају атмосферу врућег Јупитера. Затим су загрејали смешу на 330 до 1 °Ц (230 до 620 °Ф).

Истраживачи су такође изложили ову лабораторијску мешавину високим дозама ултраљубичастог зрачења - слично ономе што би могло да утиче на врући Јупитер који кружи близу своје матичне звезде. УВ светло се показало као ефикасан састојак. Његов рад је у великој мери био укључен у изненађујуће резултате студије, у вези са хемијским феноменима који се могу десити у врућим атмосферама.

Хот Јупитерс

Врући Јупитери се сматрају великим планетама и емитују више светлости од хладнијих планета. Ови фактори су омогућили астрономима да добију више информација о својој атмосфери него већина других типова егзопланета. Посматрања су показала да су многе атмосфере врелог Јупитера непрозирне на великим висинама. Иако се непрозирност може делимично објаснити облацима, ова теорија губи на важности са смањењем притиска. Опачност је примећена чак и тамо где је атмосферски притисак веома низак.

Мали сафирни диск на десној слици приказује органске аеросоле створене унутар високотемпературне пећи. Погон са леве стране није коришћен. Извор слике: НАСА / ЈПЛ-Цалтецх

Тако су научници тражили друга могућа објашњења, а једно од њих би могли бити аеросоли – чврсте честице садржане у атмосфери. Међутим, научници нису знали како се аеросоли могу формирати у Јупитеровој врућој атмосфери, према истраживачима ЈПЛ-а. То је било могуће имитирати само у новом експерименту, када је врућа хемијска смеша била изложена УВ зрачењу.

Бењамин Флеури, научник и водећи аутор ЈПЛ студије

„Овај резултат мења начин на који тумачимо Јупитерову магловиту врућу атмосферу. У будућности желимо да проучавамо својства ових аеросола. Желимо да боље разумемо како настају, како апсорбују светлост и како реагују на промене у окружењу. Све ове информације могу помоћи астрономима да схвате шта виде када посматрају ове планете. "

Пронађена водена пара

Студија је донела још једно изненађење: хемијске реакције су произвеле значајне количине угљен-диоксида и воде. Водена пара је пронађена у Јупитеровој врућој атмосфери, док су научници очекивали да ће се овај ретки молекул формирати само када је присутно више кисеоника него угљеника. Нова студија је показала да се вода може формирати чак и када су угљеник и кисеоник присутни у једнаким размерама. (Угљенмоноксид садржи један атом угљеника и један атом кисеоника.) Док је угљен-диоксид (један атом угљеника и два атома кисеоника) произведен чак и без додатног УВ зрачења, реакције су се убрзале додавањем симулиране светлости звезда.

Марк Сваин, научник ЈПЛ егзопланета и коаутор студије, каже:

„Ови нови резултати су одмах корисни за тумачење онога што видимо у Јупитеровој врућој атмосфери. Претпоставили смо да у овим атмосферама на хемијске реакције највише утиче температура, али сада се испоставило да треба сагледати и улогу радијације.'

Са инструментима следеће генерације као што је НАСА-ин свемирски телескоп Џејмс Веб, који би требало да буде лансиран 2021. године, научници би могли да направе прве детаљне хемијске профиле егзопланетарне атмосфере. А могуће је да ће једни од првих бити управо они око врућих Јупитера. Ове студије ће помоћи научницима да схвате како се формирају други соларни системи и колико су слични или различити од наших.

За ЈПЛ истраживаче, посао је тек почео. За разлику од типичне пећи, њихова је херметички затворена како би се спречило цурење гаса или контаминација, што омогућава научницима да контролишу њен притисак како температура расте. Са овом опремом, они сада могу да симулирају егзопланетарне атмосфере на још вишим температурама, достижући до 1600°Ц (3000°Ф).

Бриана Хендерсон, коаутор студије из ЈПЛ

„Успешно дизајнирање и управљање овим системом је стални изазов. Већина стандардних компоненти као што су стакло или алуминијум ће се истопити на тако високим температурама. Стално учимо како да померимо границе док безбедно симулирамо ове хемијске процесе у лабораторији. Али на крају, узбудљиви резултати које нам експерименти доносе вредни су додатног рада и труда."