NASA Jet Propulsion Laboratory Pasadenoje, Kalifornijoje, mokslininkai čia, Žemėje, „kuria“ nežemišką atmosferą. Naujajame tyrime JPL mokslininkai naudojo aukštos temperatūros „krosnį“, kad pašildytų vandenilio ir anglies monoksido mišinį iki daugiau nei 1 °C (100 °F), atitinkančios išlydytos lavos temperatūrą. Tikslas buvo imituoti sąlygas, kurias galima rasti ypatingos rūšies egzoplanetų (planetų, esančių už mūsų Saulės sistemos ribų), vadinamų „karštaisiais Jupiteriais“, atmosferoje.

Jupiters = kosmoso milžinai

Karštieji Jupiteriai yra dujų milžinai, kurie, skirtingai nei mūsų Saulės sistemos planetos, skrieja labai arti savo pagrindinės žvaigždės. Kol Žemė aplink Saulę apskrieja per 365 dienas, karštieji Jupiteriai savo žvaigždes apskrieja greičiau nei per 10 dienų. Šis mažas atstumas nuo žvaigždžių reiškia, kad jų temperatūra gali siekti 530–2 °C (800–1 °F) ar net daugiau. Palyginimui, karštą dieną Merkurijaus paviršiuje (kuris apskrieja Saulę per 000 dienas) temperatūra pasiekia apie 5 °C (000 °F).

JPL pagrindinis mokslininkas Murthy Gudipati, vadovavęs grupei, kuri atliko naują tyrimą, paskelbtą praėjusį mėnesį Astrophysical Journal, sako:

„Tikslus laboratorinis atšiaurios šių egzoplanetų aplinkos modeliavimas neįmanomas, tačiau galime tai labai artimai imituoti.

Komanda pradėjo nuo paprasto cheminio mišinio, kurį sudaro daugiausia vandenilio dujos ir 0,3% anglies monoksido dujų. Šios molekulės yra labai paplitusios erdvėje ir ankstyvosiose saulės sistemose, todėl logiškai gali sudaryti karšto Jupiterio atmosferą. Tada jie pakaitino mišinį iki 330–1 °C (230–620 °F).

Tyrėjai taip pat paveikė šį laboratorinį mišinį didelėmis ultravioletinės spinduliuotės dozėmis – panašiai, kaip gali paveikti karštą Jupiterį, skriejantį netoli savo pagrindinės žvaigždės. UV šviesa pasirodė esanti veiksminga sudedamoji dalis. Jo darbas daugiausia buvo susijęs su stebinančiais tyrimo rezultatais, susijusiais su cheminiais reiškiniais, kurie gali vykti karštoje atmosferoje.

Karšti Jupiters

Karštieji Jupiteriai laikomi didelėmis planetomis ir skleidžia daugiau šviesos nei vėsesnės planetos. Šie veiksniai leido astronomams gauti daugiau informacijos apie savo atmosferą nei dauguma kitų egzoplanetų tipų. Stebėjimai parodė, kad daugelis karštųjų Jupiterių atmosferų dideliame aukštyje yra nepermatomos. Nors neskaidrumą iš dalies galima paaiškinti debesimis, mažėjant slėgiui ši teorija praranda galiojimą. Neskaidrumas buvo pastebėtas net ten, kur atmosferos slėgis yra labai žemas.

Dešiniajame paveikslėlyje esantis mažas safyro diskas rodo organinius aerozolius, sukurtus aukštos temperatūros krosnyje. Kairėje esantis diskas nenaudotas. Vaizdo šaltinis: NASA / JPL-Caltech

Taigi mokslininkai ieškojo kitų galimų paaiškinimų, ir vienas iš jų galėtų būti aerozoliai – atmosferoje esančios kietosios dalelės. Tačiau, pasak JPL tyrėjų, mokslininkai nežinojo, kaip karštoje Jupiterio atmosferoje gali susidaryti aerozoliai. Ją imituoti pavyko tik naujame eksperimente, kai karštas cheminis mišinys buvo veikiamas UV spindulių.

Benjaminas Fleury, mokslininkas ir pagrindinis JPL tyrimo autorius

„Šis rezultatas keičia tai, kaip interpretuojame Jupiterio miglotą karštą atmosferą. Ateityje norime ištirti šių aerozolių savybes. Norime geriau suprasti, kaip jie susidaro, kaip sugeria šviesą ir kaip reaguoja į supančios aplinkos pokyčius. Visa ši informacija gali padėti astronomams suprasti, ką jie mato stebėdami šias planetas. “

Rasta vandens garų

Tyrimas pateikė dar vieną staigmeną: cheminių reakcijų metu susidarė didelis kiekis anglies dioksido ir vandens. Vandens garų buvo rasta karštoje Jupiterio atmosferoje, o mokslininkai tikėjosi, kad ši reta molekulė susidarys tik tada, kai yra daugiau deguonies nei anglies. Naujas tyrimas parodė, kad vanduo gali susidaryti net tada, kai anglies ir deguonies yra lygiomis dalimis. (Anglies monokside yra vienas anglies atomas ir vienas deguonies atomas.) Nors anglies dioksidas (vienas anglies atomas ir du deguonies atomai) buvo gaminamas net ir be papildomos UV spinduliuotės, reakcijos paspartėjo pridedant imituojamą žvaigždžių šviesą.

Markas Swainas, JPL egzoplanetų mokslininkas ir tyrimo bendraautoris, sako:

„Šie nauji rezultatai iš karto praverčia interpretuojant tai, ką matome Jupiterio karštoje atmosferoje. Darėme prielaidą, kad šiose atmosferose chemines reakcijas labiausiai veikia temperatūra, bet dabar paaiškėjo, kad reikia pažvelgti ir į radiacijos vaidmenį.

Naudodami naujos kartos prietaisus, tokius kaip NASA James Webb kosminis teleskopas, kuris turėtų būti paleistas 2021 m., mokslininkai galėtų sukurti pirmuosius išsamius cheminius egzoplanetinės atmosferos profilius. Ir gali būti, kad vieni pirmųjų bus būtent aplink karštuosius Jupiterius. Šie tyrimai padės mokslininkams suprasti, kaip formuojasi kitos saulės sistemos ir kuo jos panašios ar skiriasi nuo mūsų pačių.

JPL tyrinėtojams darbas tik prasidėjo. Skirtingai nuo įprastos krosnies, jos yra hermetiškai uždarytos, kad būtų išvengta dujų nuotėkio ar užteršimo, todėl mokslininkai gali kontroliuoti jos slėgį kylant temperatūrai. Naudodami šią įrangą, jie dabar gali imituoti egzoplanetinę atmosferą dar aukštesnėje temperatūroje, siekiančioje iki 1600 °C (3000 °F).

Bryana Henderson, tyrimo bendraautorė iš JPL

„Sėkmingai suprojektuoti ir eksploatuoti šią sistemą yra nuolatinis iššūkis. Dauguma standartinių komponentų, tokių kaip stiklas ar aliuminis, išsilydys tokioje aukštoje temperatūroje. Mes nuolat mokomės, kaip peržengti ribas saugiai imituodami šiuos cheminius procesus laboratorijoje. Tačiau galų gale įdomūs rezultatai, kuriuos mums atneša eksperimentai, yra verti viso papildomo darbo ir pastangų.