科学家在地球上模拟外星人气氛

本艺术家的概念显示了行星Kelt-9b，一个例子是“热木星”的一个例子，或者非常靠近其父母的恒星的气体巨型行星。KELT-9B是热木星的极端例子，花液温度达到7,800华氏度（4,300 CELCIUS）。学分：NASA / JPL-加州理工学院

美国宇航局在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气机推进实验室的研究人员在地球上烹饪了一个外星氛围。在一项新的研究中，JPL科学家使用高温“烤箱”，将氢气和一氧化碳的混合物加热至超过2,000华氏度（1,100摄氏度），大约熔融熔岩的温度。目的是模拟可能在一类特殊的外产的大气中找到的条件（我们的太阳系之外的行星）称为“热门队员”。

热的木匠是天然气巨头，轨道非常靠近他们的父母恒星，不像我们太阳系中的任何行星。虽然地球需要365天到轨道轨道，但炎热的木匠轨道在不到10天的时间内轨道。他们对星空的靠近意味着它们的温度范围可以从1,000到5,000华氏度（530到2,800摄氏度）甚至更热。相比之下，汞表面的炎热日子（距离太阳轨道88天）达到约800华氏度（430摄氏度）。

“虽然在实验室里，但在这些恶劣的外延环境中无法精确模拟，但我们可以非常接近，”JPL首席科学家Murthy Gudipati说，该集团在上个月在天体物理学期刊上发表了新的研究。

该团队从大多数氢气和0.3％的一氧化碳气体开始的简单化学混合物。这些分子在宇宙和早期的太阳系中非常常见，它们可以合理地构成热木星的气氛。然后球队将混合物加热至620至2,240华氏度（330和1,230摄氏度）。

JPL科学家使用“烤箱”（中心）来加热氢气和一氧化碳的混合物，并通过氢气放电灯产生的UV辐射。灯辐射可见光（粉红色发光）和UV光，通过右侧的窗口进入烤箱内的气体容器。学分：NASA / JPL-加州理工学院

该团队还将实验室酿造成高剂量的紫外线辐射 - 类似于炎热的木星将在靠近其父母恒星的轨道体验。UV光被证明是一种有效的成分。对于一些研究对这些烤省大气中可能正在发生的化学成果更加令人惊讶的结果，这主要负责。

热的Jupiters是宽大的行星标准，它们辐射比冷却器行星更多的光线。这些因素使天文学家能够比大多数其他类型的外产上的大气收集更多信息。这些观察结果表明，许多热木星大气压在高海拔处是不透明的。虽然云可能解释不透明度，但由于压力降低，它们变得越来越少，并且已经观察到不透明度，其中大气压非常低。

科学家一直在寻找除云之外的潜在解释，气溶胶 - 悬浮在大气中的固体颗粒 - 可能是一个。然而，根据JPL的研究人员，科学家们以前没有意识到气溶胶在热木星大气中如何发展。在新的实验中，将UV光线添加到热化学混合物中的作用。

“这一结果改变了我们解释了那些朦胧的热木星大气中的方式，”杰杰琳·弗雷拉斯（Benjamin Farury）表示，JPL研究科学家和研究领先作者。“向前发展，我们希望研究这些气溶胶的性质。我们希望更好地了解它们的形式，如何吸收光线以及如何应对环境的变化。所有信息都可以帮助天文学家了解他们在观察这些行星时看到的是什么。“

这项研究产生了另一个意外：化学反应产生了大量的二氧化碳和水。虽然在热木星大气中发现了水蒸气，但大多数情况下，科学家们只有在比碳比氧气更多的氧气时才能形成这种珍贵的分子。新的研究表明，当碳和氧气以相等的量存在时，水可以形成。（一氧化碳含有一个碳原子和一个氧原子。）虽然在没有添加UV辐射的情况下形成的一些二氧化碳（一个碳和两个氧原子），但随着模拟星光灯加速了反应。

右侧的小蓝宝石盘显示出高温烤箱内部形成的有机气溶胶。左侧的磁盘尚未使用。学分：NASA / JPL-加州理工学院

“这些新结果立即用于解释我们在热木星大气中看到的内容，”JPL Exoplanet Sciens Mark Swain是一项研究共同构。“我们假设这种温度在这些大气中占据了化学，但这表明我们需要看辐射如何发挥作用。”

利用NASA的James Webb Space望远镜等下一代工具，在2021年开始推出，科学家们可能会产生首次详细的Exoplanet环境的化学配置，并且有些第一个受试者可能会成为热门困境。这些研究将帮助科学家学习其他太阳系如何形式以及它们对我们自己的方式或不同。

对于JPL的研究人员来说，这项工作刚刚开始。与典型的烤箱不同，它们紧紧地密封气体以防止泄漏或污染，并且允许研究人员在温度上升时控制气体的压力。通过这种硬件，他们现在可以在更高的温度下模拟Exoplanet气氛：接近3,000华氏度（1,600摄氏度）。

「这是一项持续的挑战，讨论了如何成功设计和操作该系统，因为大多数标准组件如玻璃或铝融化在这些温度下，“该研究的共同构公司JPL研究科学家Bryana Henderson表示。“我们仍在学习如何在安全处理实验室中的这些化学过程的同时推动这些边界。但在一天结束时，这些实验中出来的令人兴奋的结果值得所有额外的努力。“

出版物：Benjamin Fleury，等，“热H2主导的Exoplanet Atmoshes的”光化学，“APJ，2019，Doi：10.3847 / 1538-4357 / AAF79F