นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA ในเมือง Pasadena รัฐ California กำลัง "ทำอาหาร" บรรยากาศนอกโลกที่นี่บนโลก ในการศึกษาใหม่นักวิจัยของ JPL ได้ใช้ "เตาอบ" ที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อให้ความร้อนกับส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ที่มากกว่า 1 ° C (100 ° F) ซึ่งเท่ากับอุณหภูมิของลาวาหลอมเหลว เป้าหมายคือการจำลองสภาพที่สามารถพบได้ในบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบพิเศษ (ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเรา) ที่เรียกว่า "ดาวพฤหัสบดีร้อน"

จูปิเตอร์ = ยักษ์ใหญ่ด้านอวกาศ

จูปิเตอร์ร้อนแรงเป็นดาวก๊าซยักษ์ที่โคจรรอบซึ่งไม่เหมือนกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราใกล้กับดาวฤกษ์แม่มาก ในขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ 365 วันนั้นดาวพฤหัสร้อนจะโคจรรอบดาวฤกษ์ของพวกมันเป็นเวลาน้อยกว่า 10 วัน ระยะทางสั้น ๆ จากดาวฤกษ์นี้หมายความว่าอุณหภูมิของพวกมันสามารถเข้าถึง 530 ถึง 2 800 ° C (1 000 ถึง 5 000 ° F) หรือมากกว่านั้น โดยการเปรียบเทียบวันที่ร้อนบนพื้นผิวของดาวพุธ (ซึ่งโคจรรอบดวงอาทิตย์ใน 88 วัน) ถึงอุณหภูมิประมาณ 430 ° C (800 ° F)

หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ JPL Murthy Gudipati ผู้นำกลุ่มที่ได้ทำการศึกษาใหม่เมื่อเดือนที่แล้วในวารสาร Astrophysical Journal กล่าวว่า:

"การจำลองสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ในห้องปฏิบัติการที่แม่นยำ แต่เราสามารถเลียนแบบได้อย่างใกล้ชิด"

ทีมเริ่มต้นด้วยการผสมผสานทางเคมีอย่างง่ายของก๊าซไฮโดรเจนส่วนใหญ่และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ 0,3 โมเลกุลเหล่านี้พบได้ทั่วไปในเอกภพและระบบสุริยจักรวาลในยุคแรกดังนั้นพวกมันจึงสามารถสร้างบรรยากาศของดาวพฤหัสร้อนได้ ส่วนผสมถูกทำให้ร้อนถึง 330 ถึง 1 230 ° C (620 ถึง 2 240 ° F)

นักวิทยาศาสตร์ได้สัมผัสกับห้องแล็บนี้ผสมผสานกับรังสีอุลตร้าไวโอเลตในปริมาณสูงเช่นเดียวกับสิ่งที่อาจส่งผลต่อดาวพฤหัสร้อนที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของมัน แสง UV ได้แสดงให้เห็นว่าเป็นสารออกฤทธิ์ การกระทำของเขาส่วนใหญ่มีส่วนทำให้ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจของการศึกษาปรากฏการณ์ทางเคมีที่สามารถเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศร้อน

ดาวพฤหัสบดีร้อน

จูปิเตอร์ร้อนถือเป็นดาวเคราะห์ที่ดีและเปล่งแสงมากกว่าดาวเคราะห์ที่เย็นกว่า ปัจจัยเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับชั้นบรรยากาศมากกว่าดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่ การสังเกตได้แสดงให้เห็นว่าบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีหลายแห่งมีความทึบแสงในระดับสูง ถึงแม้ว่าความทึบแสงสามารถอ้างเหตุผลบางส่วนได้ด้วยเมฆทฤษฏีนี้ก็สูญเสียความดันลดลง แท้จริงแล้วความทึบแสงได้รับการสังเกตที่ความดันบรรยากาศต่ำมาก

แผ่นแซฟไฟร์ขนาดเล็กในรูปด้านขวาแสดงละอองของสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นภายในเตาเผาอุณหภูมิสูง ไม่ได้ใช้ดิสก์ด้านซ้าย แหล่งที่มาของรูปภาพ: NASA / JPL-Caltech

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงมองหาคำอธิบายอื่น ๆ ที่เป็นไปได้และหนึ่งในนั้นอาจเป็นละอองลอย - อนุภาคของแข็งที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตามจากการวิจัยของ JPL นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่าละอองลอยสามารถก่อตัวในบรรยากาศร้อนของดาวพฤหัสได้อย่างไร มันเป็นเพียงการทดลองใหม่ที่ส่วนผสมทางเคมีร้อนได้รับรังสี UV

Benjamin Fleury นักวิจัยและนักเขียนนำของ JPL

“ ผลลัพธ์นี้เปลี่ยนวิธีที่เราตีความบรรยากาศอันร้อนระอุของดาวพฤหัสบดี ในอนาคตเราต้องการศึกษาคุณสมบัติของละอองลอยเหล่านี้ เราต้องการทำความเข้าใจให้ดีขึ้นว่าพวกมันเกิดขึ้นอย่างไรดูดซับแสงอย่างไรและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมอย่างไร ข้อมูลทั้งหมดนี้สามารถช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจสิ่งที่พวกเขาเห็นขณะสังเกตดาวเคราะห์เหล่านี้ "

พบไอน้ำ

การศึกษายังทำให้เกิดความประหลาดใจอีกครั้ง: ปฏิกิริยาทางเคมีทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นจำนวนมาก พบไอน้ำในชั้นบรรยากาศร้อนของดาวพฤหัสในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คาดว่าโมเลกุลที่หายากนี้จะเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนมากกว่าคาร์บอนเท่านั้น การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าน้ำสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าคาร์บอนและออกซิเจนจะอยู่ในอัตราส่วนเดียวกัน (คาร์บอนมอนอกไซด์มีอะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอมและออกซิเจนหนึ่งอะตอม) ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ (อะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอมและออกซิเจนสองอะตอม) ถูกสร้างขึ้นโดยไม่มีรังสี UV เพิ่มเติมปฏิกิริยาจะเร่งด้วยการเพิ่มแสงดาวจำลอง

Mark Swain นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบที่ JPL และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวว่า:

"ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้สามารถใช้ในการตีความสิ่งที่เราเห็นในชั้นบรรยากาศร้อนของดาวพฤหัสบดีได้ทันที เราสันนิษฐานว่าในบรรยากาศเหล่านี้ปฏิกิริยาเคมีได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิมากที่สุด แต่ตอนนี้ปรากฎว่าเราต้องดูบทบาทของรังสีด้วย "

ด้วยอุปกรณ์รุ่นต่อไปเช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ที่นาซ่าเปิดตัวสำหรับการเปิดตัวใน 2021 นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างโปรไฟล์ทางเคมีรายละเอียดครั้งแรกของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ และเป็นไปได้ว่าหนึ่งในคนแรกจะเป็นเพียงคนที่อยู่รอบ ๆ ดาวพฤหัสร้อน การศึกษาเหล่านี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าระบบสุริยะอื่น ๆ มีรูปร่างอย่างไรและมีความคล้ายคลึงหรือแตกต่างกันอย่างไรต่อระบบของเรา

สำหรับงานวิจัยของ JPL เพิ่งเริ่มขึ้น ซึ่งแตกต่างจากเตาทั่วไปมันถูกปิดผนึกอย่างผนึกแน่นเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซหรือการปนเปื้อนจึงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมความดันของมันกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ด้วยอุปกรณ์นี้พวกเขาสามารถจำลองบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบที่อุณหภูมิสูงขึ้นถึง 1600 ° C (3000 ° F)

Bryana Henderson ผู้เขียนร่วมของการศึกษา JPL

“ เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องในการออกแบบและดำเนินการระบบนี้ให้สำเร็จ เนื่องจากส่วนประกอบมาตรฐานส่วนใหญ่เช่นแก้วหรืออลูมิเนียมละลายที่อุณหภูมิสูงเช่นนี้ เราเรียนรู้วิธีผลักดันขอบเขตอยู่ตลอดเวลาในขณะที่จำลองกระบวนการทางเคมีเหล่านี้อย่างปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตามในท้ายที่สุดผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นที่ได้จากการทดลองนั้นคุ้มค่ากับการทำงานและความพยายามเพิ่มเติม”