Jak se „vaří“ vesmírné atmosféry na Zemi

4100x 12. 04. 2019 1 čtenář

Výzkumníci z Jet Propulsion Laboratory NASA v kalifornské Pasadeně „vaří“ mimozemskou atmosféru právě zde na Zemi. V nové studii vědci JPL použili vysokoteplotní „troubu“ k ohřevu směsi vodíku a oxidu uhelnatého na více než 1 100 ° C (2000 °F), což se rovná teplotě roztavené lávy. Cílem bylo simulovat podmínky, které by mohly být nalezeny v atmosféře zvláštního druhu exoplanet (planet mimo naši sluneční soustavu), zvaných „horké Jupitery“.

Jupitery = vesmírní giganti

Horké Jupitery jsou plynoví giganti obíhající na rozdíl od planet naší sluneční soustavy velmi blízko své mateřské hvězdy. Zatímco Země obíhá kolem Slunce 365 dní, horké Jupitery oběhnou kolem svých hvězd za méně než 10 dní. Tato krátká vzdálenost od hvězd znamená, že jejich teploty mohou dosahovat 530 až 2 800 °C (1 000 až 5 000 °F) nebo dokonce více. Pro srovnání, horký den na povrchu Merkuru (který oběhne Slunce za 88 dní) dosahuje teploty asi 430°C (800°F).

Hlavní vědec JPL Murthy Gudipati, vedoucí skupiny, která provedla novou studii publikovanou minulý měsíc v Astrophysical Journal říká:

„Přesná laboratorní simulace drsného prostředí těchto exoplanet není možná, ale můžeme ho velmi blízce napodobit.“

Tým začal s jednoduchou chemickou směsí převážně plynného vodíku a 0,3% plynného oxidu uhelnatého. Tyto molekuly jsou ve vesmíru a v raných slunečních soustavách velmi běžné a proto by logicky mohly tvořit atmosféru horkého Jupiteru. Směs následně zahřáli na 330 až 1 230 ° C (620 až 2 240°F).

Vědci tuto laboratorní směs také vystavili vysokým dávkám ultrafialového záření – podobným tomu, které by mohlo působit na horký Jupiter obíhající v blízkosti své mateřské hvězdy. UV světlo se ukázalo jako účinná složka. Jeho působení se do značné míry podílelo na překvapivých výsledcích studie, týkající se chemických jevů, které se mohou odehrávat v horoucích atmosférách.

Horké Jupitery

Horké Jupitery jsou považovány za velké planety a vyzařují více světla než chladnější planety. Tyto faktory umožnily astronomům získat více informací o jejich atmosféře, než u většiny dalších typů exoplanet. Pozorování ukázala, že mnoho atmosfér horkých Jupiterů je ve velkých výškách neprůhledných. Ačkoliv opacitu lze částečně odůvodnit mračny, tato teorie se ztrácí opodstatnění s klesajícím tlakem. Opacita byla totiž pozorována i tam, kde je atmosférický tlak velmi nízký.

Malý safírový disk na pravém obrázku ukazuje organické aerosoly vytvořené uvnitř vysokoteplotní pece. Disk vlevo nebyl použit. Image Zdroj: NASA / JPL-Caltech

Vědci tedy hledali jiné možné vysvětlení a jedním z nich by mohly být aerosoly – pevné částice obsažené v atmosféře. Podle výzkumníků JPL však vědci nevěděli, jak mohou aerosoly v horkých atmosférách Jupiteru vznikat. Podařilo se to imitovat až v novém pokusu, kdy byla horká chemická směs vystavena UV záření.

Benjamin Fleury, vědecký pracovník a vedoucí autor studie JPL

„Tento výsledek mění způsob, jakým interpretujeme mlhavé horké atmosféry Jupiteru. V budoucnu chceme studovat vlastnosti těchto aerosolů. Chceme lépe pochopit, jak se utvářejí, jak absorbují světlo a jak reagují na změny okolního prostředí. Všechny tyto informace mohou astronomům pomoci pochopit, co vidí při pozorování těchto planet. „

Nalezena vodní pára

Studie přinesla i další překvapení: chemické reakce produkovaly značné množství oxidu uhličitého a vody. V horkých atmosférách Jupiteru byla nalezena vodní pára, zatímco vědci spíše očekávali, že se tato vzácná molekula vytváří pouze tehdy, je-li přítomno více kyslíku než uhlíku. Nová studie ukázala, že voda se může tvořit, i když jsou uhlík a kyslík přítomny ve stejném poměru. (Oxid uhelnatý obsahuje jeden atom uhlíku a jeden atom kyslíku.) Zatímco oxid uhličitý (jeden atom uhlíku a dva atomy kyslíku) byl vyprodukován i bez dodatečného UV záření, reakce se s přidáním simulovaného hvězdného světla zrychlily.

Mark Swain, vědecký pracovník JPL, věnující se exoplanetám, a spoluautor studie říká:

„Tyto nové výsledky jsou okamžitě využitelné pro interpretaci toho, co vidíme v horkých atmosférách Jupiteru. Předpokládali jsme, že v těchto atmosférách jsou chemické reakce nejvíce ovlivňovány teplotou, ale nyní se ukazuje, že je třeba se podívat i na roli radiace.“

S přístroji nové generace, jako je vesmírný teleskop Jamese Webba v NASA, připravovaný na vypuštění v roce 2021, by vědci mohli vytvořit první detailní chemické profily exoplanetárních atmosfér. A je možné, že jedněmi z prvních budou právě ty kolem horkých Jupiterů. Tyto studie pomohou vědcům pochopit, jak se utvářejí jiné sluneční soustavy a jak podobné či odlišné jsou od té naší.

Pro výzkumníky z JPL práce právě začala. Na rozdíl od typické pece se ta jejich hermeticky uzavře, aby se zabránilo úniku nebo kontaminaci plynem, a tím umožňuje vědcům kontrolovat jeho tlak se stoupající teplotou. S tímto vybavením mohou nyní simulovat exoplanetární atmosféry při ještě vyšších teplotách sahajících až k 1600 °C (3000°F).

Bryana Henderson, spoluautorka studie z JPL

„Je to neustálá výzva, jak tento systém úspěšně navrhnout a provozovat. Většina standardních komponentů, jako je sklo nebo hliník, se totiž při tak vysokých teplotách roztaví. Neustále se učíme, jak posouvat hranice a zároveň bezpečně simulovat tyto chemické procesy v laboratoři. Nakonec nám ale vzrušující výsledky, které experimenty přinášejí, stojí za všechnu tu práci a námahu navíc.“

Podobné články

Napsat komentář