Kuidas kosmiline atmosfäär Maal "keeb"

12. 04. 2019
6. rahvusvaheline eksopoliitika, ajaloo ja vaimsuse konverents

NASA Californias Pasadenas asuva Jet Propulsion Laboratory teadlased "küpsetavad" maavälist atmosfääri siin Maal. Uues uuringus kasutasid JPL-i teadlased kõrgel temperatuuril töötavat "ahju" vesiniku ja süsinikmonooksiidi segu kuumutamiseks rohkem kui 1 ° C-ni (100 ° F), mis on võrdne sula laava temperatuuriga. Eesmärgiks oli simuleerida tingimusi, mida leidub spetsiaalse eksoplaneedi (väljaspool meie päikesesüsteemi asuva planeedi) atmosfääris, mida nimetatakse "kuumadeks Jupiteriteks".

Jupitery = kosmose hiiglased

Kuumad jupiterid on orbiidil tiirlevad gaasigigandid, erinevalt meie päikesesüsteemi planeetidest, mis on nende vanematähe lähedal. Kui Maa tiirleb ümber Päikese 365 päeva, siis kuumad Jupiterid tiirlevad oma tähtede ümber vähem kui 10 päevaga. See lühike kaugus tähtedest tähendab, et nende temperatuur võib ulatuda 530 kuni 2 ° C (800 kuni 1 ° F) või isegi rohkem. Võrdluseks võib öelda, et kuum päev Merkuuri pinnal (mis tiirleb ümber Päikese 000 päevaga) jõuab temperatuurini umbes 5 ° C (000 ° F).

JPLi juhtivteadur Murthy Gudipati, eelmisel kuul Astrophysical Journalis avaldatud uue uuringu teinud grupi juht, ütleb:

"Nende eksoplaneetide karmi keskkonna täpne laborisimulatsioon ei ole võimalik, kuid me võime seda väga täpselt jäljendada."

Meeskond alustas lihtsa keemilise seguga, mis sisaldas peamiselt gaasilist vesinikku ja 0,3% gaasilist süsinikoksiidi. Need molekulid on kosmoses ja varases päikesesüsteemis väga levinud ning võivad seetõttu loogiliselt moodustada kuuma Jupiteri atmosfääri. Seejärel kuumutati segu temperatuurini 330 kuni 1 ° C (230 kuni 620 ° F).

Teadlased mõjutasid seda laborisegu ka ultraviolettkiirguse suurtes annustes - sarnaselt sellele, mis võib mõjutada tema vanematähe lähedal tiirlevat kuuma Jupiteri. On näidatud, et UV-valgus on toimeaine. Tema töö aitas suuresti kaasa kuumas atmosfääris aset leidvate keemiliste nähtuste uurimise üllatavatele tulemustele.

Kuumad Jupiterid

Kuumi Jupiterit peetakse suurteks planeetideks ja nad eraldavad rohkem valgust kui külmemad. Need tegurid on võimaldanud astronoomidel saada rohkem teavet oma atmosfääri kohta kui enamik teisi eksoplaneete. Vaatlused on näidanud, et paljud kuumade Jupiterite atmosfäärid on suurtel kõrgustel läbipaistmatud. Ehkki hägusust saab osaliselt põhjendada pilvedega, kaotab see teooria langeva rõhu korral kehtivuse. Läbipaistmatust on täheldatud ka seal, kus atmosfäärirõhk on väga madal.

Paremal pildil olev väike safiiriketas näitab kõrgel temperatuuril töötava ahju sees tekkinud orgaanilisi aerosoole. Vasakpoolset plaati pole kasutatud. Pildi allikas: NASA / JPL-Caltech

Nii on teadlased otsinud muid võimalikke seletusi ja üks neist võiks olla aerosoolid - tahked osakesed, mis sisalduvad atmosfääris. Kuid JPL-i teadlaste sõnul ei teadnud teadlased, kuidas saab Jupiteri kuumas atmosfääris aerosoole moodustada. Seda oli võimalik järele teha ainult uues katses, kui kuum keemiline segu puutus kokku UV-kiirgusega.

Benjamin Fleury, teadlane ja JPL-uuringu juhtiv autor

"See tulemus muudab viisi, kuidas tõlgendame Jupiteri udust kuumust atmosfääri. Tulevikus tahame uurida nende aerosoolide omadusi. Soovime paremini mõista, kuidas need moodustuvad, kuidas neelavad valgust ja kuidas reageerivad keskkonna muutustele. Kogu see teave aitab astronoomidel mõista, mida nad näevad neid planeete jälgides. "

Leitud veeaur

Uuring tõi ka teise üllatuse: keemilised reaktsioonid tekitasid märkimisväärses koguses süsinikdioksiidi ja vett. Jupiteri kuumas atmosfääris leiti veeauru, samas kui teadlased eeldasid, et see haruldane molekul moodustub ainult siis, kui hapnikku on rohkem kui süsinikku. Uus uuring on näidanud, et vesi võib tekkida ka siis, kui süsinik ja hapnik on võrdses vahekorras. (Süsinikmonooksiid sisaldab ühte süsinikuaatomit ja ühte hapnikuaatomit.) Kui süsinikdioksiidi (üks süsinikuaatom ja kaks hapnikuaatomit) toodeti ilma täiendava UV-kiirguseta, kiirenesid reaktsioonid simuleeritud tähevalguse lisamisega.

JPL eksoplaneedi uurija ja uuringu kaasautor Mark Swain ütleb:

"Need uued tulemused on kohe kasutatavad Jupiteri kuumas atmosfääris nähtu tõlgendamiseks. Eeldasime, et nendes atmosfäärides mõjutab keemilisi reaktsioone kõige rohkem temperatuur, kuid nüüd selgub, et peame vaatama ka kiirguse rolli. "

Järgmise põlvkonna instrumentide, näiteks NASA kosmoseteleskoobi James Webbi abil, mis on ette valmistatud 2021. aastal käivitamiseks, võiksid teadlased luua esimesed üksikasjalikud eksoblanetaarsete atmosfääride keemilised profiilid. Ja on võimalik, et ühed esimestest on kuumade Jupiterite ümber. Need uuringud aitavad teadlastel mõista, kuidas teised päikesesüsteemid moodustuvad ja kui sarnased või erinevad nad meie omast.

JPL-i teadlaste töö on just alanud. Erinevalt tavalisest ahjust on see hermeetiliselt suletud, et vältida gaasi lekkimist või saastumist, võimaldades teadlastel temperatuuri tõustes kontrollida selle rõhku. Selle seadmega saavad nad nüüd simuleerida eksoplaneedi atmosfääri veelgi kõrgematel temperatuuridel kuni 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, JPLi uuringu kaasautor

"Selle süsteemi edukaks kujundamiseks ja kasutamiseks on pidev väljakutse. Seda seetõttu, et enamik tavalisi komponente, näiteks klaas või alumiinium, sulavad nii kõrgel temperatuuril. Me õpime pidevalt, kuidas piire nihutada, samal ajal neid keemilisi protsesse laboris ohutult simuleerides. Lõpuks on katsetega kaasnevad põnevad tulemused aga väärt kogu lisatööd ja vaeva. ”

Sarnased artiklid