Jak „ugotować” kosmiczną atmosferę na Ziemi

6598x 12. 04. 2019 Czytnik 1

Naukowcy z NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii „gotują” pozaziemską atmosferę na Ziemi. W nowym badaniu naukowcy z JPL wykorzystali wysokotemperaturowy „piec” do ogrzewania mieszaniny wodoru i tlenku węgla do ponad 1 100 ° C (2000 ° F), równej temperaturze stopionej lawy. Celem było zasymulowanie warunków, które można znaleźć w atmosferze szczególnego rodzaju egzoplanet (planet poza naszym Układem Słonecznym), zwanych „gorącymi Jowiszami”.

Jowisz = kosmiczni olbrzymy

Gorące Jupitory są gigantami gazowymi orbitującymi, w przeciwieństwie do planet naszego Układu Słonecznego, bardzo blisko swojej macierzystej gwiazdy. Podczas gdy Ziemia krąży wokół dni Sun 365, gorące Jupitory krążą wokół swoich gwiazd przez mniej niż 10 dni. Ta niewielka odległość od gwiazd oznacza, że ​​ich temperatury mogą osiągnąć 530 do 2 800 ° C (1 000 do 5 000 ° F) lub nawet więcej. Dla porównania, gorący dzień na powierzchni Merkurego (który okrąża Słońce w dniach 88) osiąga temperaturę około 430 ° C (800 ° F).

Główny naukowiec JPL Murthy Gudipati, lider grupy, która przeprowadziła w zeszłym miesiącu nowe badanie w Astrophysical Journal, mówi:

„Dokładna symulacja laboratoryjna surowego środowiska tych egzoplanet nie jest możliwa, ale możemy ją bardzo dokładnie naśladować”.

Zespół rozpoczął od prostej mieszanki chemicznej zawierającej głównie wodór i gazowy tlenek węgla 0,3. Cząsteczki te są bardzo powszechne we wszechświecie i we wczesnych układach słonecznych, a zatem logicznie mogą stworzyć atmosferę gorącego Jowisza. Mieszaninę następnie ogrzewano do 330 do 1 230 ° C (620 do 2 240 ° F).

Naukowcy ujawnili również tę mieszankę laboratoryjną na wysokie dawki promieniowania ultrafioletowego - podobnego do tego, co może wpływać na gorący Jowisz krążący wokół jej macierzystej gwiazdy. Wykazano, że światło UV jest składnikiem aktywnym. Jego działania w dużej mierze przyczyniły się do zaskakujących wyników badań nad zjawiskami chemicznymi, które mogą mieć miejsce w gorących atmosferach.

Gorący Jowisz

Gorące Jowisze są uważane za wielkie planety i emitują więcej światła niż chłodniejsze planety. Te czynniki pozwoliły astronomom dowiedzieć się więcej o ich atmosferze niż w większości innych rodzajów egzoplanet. Obserwacje wykazały, że wiele atmosfer Jowisza jest nieprzezroczystych na dużych wysokościach. Chociaż nieprzezroczystość może być częściowo uzasadniona chmurami, ta teoria traci grunt z malejącą presją. Rzeczywiście zaobserwowano nieprzezroczystość, gdy ciśnienie atmosferyczne jest bardzo niskie.

Mały dysk szafirowy na prawym rysunku pokazuje organiczne aerozole utworzone w piecu wysokotemperaturowym. Lewy dysk nie jest używany. Źródło obrazu: NASA / JPL-Caltech

Zatem naukowcy szukali innego możliwego wyjaśnienia, a jednym z nich mogą być aerozole - cząstki stałe zawarte w atmosferze. Jednak według naukowców JPL naukowcy nie wiedzieli, jak aerozole mogą tworzyć się w gorącej atmosferze Jowisza. Dopiero w nowym eksperymencie gorąca mieszanina chemiczna została wystawiona na promieniowanie UV.

Benjamin Fleury, badacz i główny autor JPL

„Ten wynik zmienia sposób, w jaki interpretujemy mglistą gorącą atmosferę Jowisza. W przyszłości chcemy badać właściwości tych aerozoli. Chcemy lepiej zrozumieć, jak się kształtują, pochłaniają światło i reagują na zmiany środowiskowe. Wszystkie te informacje mogą pomóc astronomom zrozumieć, co widzą obserwując te planety. „

Znaleziono parę wodną

Badanie przyniosło również kolejną niespodziankę: reakcje chemiczne wytwarzały znaczne ilości dwutlenku węgla i wody. Para wodna została znaleziona w gorącej atmosferze Jowisza, podczas gdy naukowcy spodziewali się, że ta rzadka cząsteczka będzie produkowana tylko wtedy, gdy będzie więcej tlenu niż węgla. Nowe badania wykazały, że woda może powstawać nawet wtedy, gdy węgiel i tlen są obecne w tym samym stosunku. (Tlenek węgla zawiera jeden atom węgla i jeden atom tlenu.) Podczas gdy dwutlenek węgla (jeden atom węgla i dwa atomy tlenu) został wytworzony bez dodatkowego promieniowania UV, reakcje przyspieszyły dzięki dodaniu symulowanego światła gwiazdowego.

Mark Swain, naukowiec egzoplanet w JPL i współautor badania, mówi:

„Te nowe wyniki są natychmiast przydatne do interpretacji tego, co widzimy w gorącej atmosferze Jowisza. Założyliśmy, że w tych atmosferach na reakcje chemiczne największy wpływ ma temperatura, ale teraz musimy przyjrzeć się roli promieniowania. ”

Dzięki urządzeniom nowej generacji, takim jak James Webb Space Telescope w NASA, wprowadzonym na rynek w 2021, naukowcy mogli stworzyć pierwsze szczegółowe profile chemiczne atmosfery egzoplanetarnej. I możliwe, że jednym z pierwszych będą tylko te wokół gorącego Jowisza. Badania te pomogą naukowcom zrozumieć, jak kształtują się inne układy słoneczne i jak podobne lub różne są one do naszych.

Prace badaczy JPL właśnie się rozpoczęły. W przeciwieństwie do typowego pieca, jest hermetycznie uszczelniony, aby zapobiec wyciekowi gazu lub zanieczyszczeniu, umożliwiając naukowcom kontrolowanie jego ciśnienia wraz ze wzrostem temperatury. Dzięki temu urządzeniu mogą teraz symulować atmosferę egzoplanetarną przy jeszcze wyższych temperaturach sięgających 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, współautorka badania JPL

„Projektowanie i obsługa tego systemu jest stałym wyzwaniem. Większość standardowych komponentów, takich jak szkło lub aluminium, topi się w tak wysokich temperaturach. Nieustannie uczymy się, jak przesuwać granice, symulując bezpiecznie te procesy chemiczne w laboratorium. Ale w końcu ekscytujące wyniki, które przynoszą nam eksperymenty, są warte dodatkowej pracy i wysiłku. ”

Podobne artykuły

Dodaj komentarz