原创 在地球上制造外星大气

原标题:在地球上制造外星大气

这位艺术家的概念图展示了行星 KELT-9b,它是“热木星”的一个例子,或者是一颗非常靠近其母星的气体巨行星。KELT-9b 是热木星的一个极端例子,日侧温度达到 7,800 华氏度(4,300 摄氏度)。

JPL 科学家使用“烤箱”(中心)加热氢气和一氧化碳的混合物,并将其置于由氢气放电灯产生的紫外线辐射下。灯会发出可见光(粉红色光)和紫外线,紫外线通过右侧的窗口进入烤箱内的气体容器。

右侧的小蓝宝石圆盘显示在高温烤箱内形成的有机气溶胶。左侧的磁盘尚未使用。

美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室的研究人员正在地球上制造一种外星大气层。在一项新研究中,喷气推进实验室的科学家们使用高温“烤箱”将氢气和一氧化碳的混合物加热到 2000 多华氏度(1100 摄氏度),大约是熔岩的温度。目的是模拟可能在称为“热木星”的一类特殊系外行星(太阳系外的行星)的大气中发现的条件。

热木星是气态巨行星,它们的轨道非常靠近母星,不像我们太阳系中的任何行星。地球绕太阳公转一周需要 365 天,而热木星在不到 10 天的时间内绕它们的恒星公转。它们靠近恒星意味着它们的温度可以在 1,000 到 5,000 华氏度(530 到 2,800 摄氏度)之间,甚至更高。相比之下,水星表面的炎热天气(绕太阳运行需要 88 天)达到大约 800 华氏度(430 摄氏度)。

“虽然不可能在实验室中精确模拟这些恶劣的系外行星环境,但我们可以非常接近,”JPL 首席科学家 Murthy Gudipati 说,他领导了上个月发表在《天体物理学杂志》上的新研究。

该团队从主要是氢气和 0.3% 一氧化碳气体的简单化学混合物开始。这些分子在宇宙和早期太阳系中极为常见,它们可以合理地构成热木星的大气层。然后团队将混合物加热到 620 到 2,240 华氏度(330 到 1,230 摄氏度)之间。

该团队还将实验室酿造的啤酒暴露在高剂量的紫外线辐射下——类似于热木星在离母星如此近的轨道上运行时所经历的情况。事实证明,紫外线是一种有效的成分。该研究的一些更令人惊讶的结果是在这些烤面包的大气中可能发生的化学反应的主要原因。

按照行星的标准,热木星很大,它们比冷行星辐射更多的光。与大多数其他类型的系外行星相比,这些因素使天文学家能够收集更多有关其大气的信息。这些观察表明,许多热木星大气在高海拔地区是不透明的。虽然云可能解释了不透明度,但随着压力的降低,它们变得越来越不可持续,并且在大气压力非常低的情况下观察到不透明度。

科学家们一直在寻找云以外的潜在解释,而气溶胶——悬浮在大气中的固体颗粒——可能就是其中之一。然而,据喷气推进实验室的研究人员称,科学家们之前并不知道气溶胶是如何在热木星大气中形成的。在新实验中,将紫外线添加到热的化学混合物中起到了作用。

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