Como "cozinhar" a atmosfera cósmica na Terra

12. 04. 2019
6ª Conferência Internacional de Exopolítica, História e Espiritualidade

Pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, estão "cozinhando" uma atmosfera extraterrestre bem aqui na Terra. Em um novo estudo, os pesquisadores do JPL usaram um "forno" de alta temperatura para aquecer uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono a mais de 1 ° C (100 ° F), que é igual à temperatura da lava derretida. O objetivo era simular as condições que poderiam ser encontradas na atmosfera de um tipo especial de exoplaneta (um planeta fora do nosso sistema solar) chamado "Júpiteres quentes".

Jupitery = gigantes do espaço

Júpiteres quentes são gigantes gasosos orbitando ao contrário dos planetas do nosso sistema solar, muito perto de sua estrela-mãe. Enquanto a Terra orbita o Sol por 365 dias, os Júpiteres quentes orbitam suas estrelas em menos de 10 dias. Essa curta distância das estrelas significa que suas temperaturas podem atingir 530 a 2 ° C (800 a 1 ° F) ou até mais. Em comparação, um dia quente na superfície de Mercúrio (que orbita o Sol em 000 dias) atinge uma temperatura de cerca de 5 ° C (000 ° F).

O cientista chefe do JPL Murthy Gudipati, chefe do grupo que conduziu um novo estudo publicado no mês passado no Astrophysical Journal, diz:

"A simulação de laboratório precisa do ambiente hostil desses exoplanetas não é possível, mas podemos emulá-la de perto."

A equipe começou com uma simples mistura química composta principalmente de gás hidrogênio e 0,3% de monóxido de carbono gasoso. Essas moléculas são muito comuns no espaço e nos primeiros sistemas solares e, portanto, poderiam logicamente formar a atmosfera do quente Júpiter. A mistura foi então aquecida a 330 a 1 ° C (230 a 620 ° F).

Os cientistas também expuseram essa mistura de laboratório a altas doses de radiação ultravioleta - semelhante à que poderia afetar Júpiter quente orbitando perto de sua estrela-mãe. A luz ultravioleta demonstrou ser um ingrediente ativo. Seu trabalho contribuiu amplamente para os resultados surpreendentes do estudo sobre fenômenos químicos que podem ocorrer em atmosferas quentes.

Júpiteres quentes

Júpiteres quentes são considerados planetas grandes e emitem mais luz do que planetas mais frios. Esses fatores permitiram aos astrônomos obter mais informações sobre sua atmosfera do que a maioria dos outros tipos de exoplanetas. As observações mostraram que muitas atmosferas quentes de Júpiter são opacas em grandes altitudes. Embora a opacidade possa ser parcialmente justificada por nuvens, essa teoria perde sua validade com a diminuição da pressão. A opacidade foi observada mesmo onde a pressão atmosférica é muito baixa.

O pequeno disco de safira na imagem da direita mostra aerossóis orgânicos gerados dentro do forno de alta temperatura. O disco à esquerda não foi usado. Fonte da imagem: NASA / JPL-Caltech

Portanto, os cientistas estão procurando outras explicações possíveis, e uma delas poderia ser os aerossóis - partículas sólidas contidas na atmosfera. No entanto, de acordo com os pesquisadores do JPL, os cientistas não sabiam como os aerossóis podem ser formados nas atmosferas quentes de Júpiter. Isso só foi possível imitar em um novo experimento, quando a mistura química quente foi exposta à radiação ultravioleta.

Benjamin Fleury, pesquisador e autor principal do estudo JPL

"Este resultado muda a maneira como interpretamos a atmosfera quente e enevoada de Júpiter. No futuro, queremos estudar as propriedades desses aerossóis. Queremos entender melhor como eles são formados, como absorvem a luz e como reagem às mudanças no ambiente. Todas essas informações podem ajudar os astrônomos a entender o que veem ao observar esses planetas. "

Vapor de água encontrado

O estudo também trouxe outra surpresa: as reações químicas produziram quantidades significativas de dióxido de carbono e água. O vapor de água foi encontrado nas atmosferas quentes de Júpiter, enquanto os cientistas esperavam que esta molécula rara só seria formada se mais oxigênio do que carbono estivesse presente. Um novo estudo mostrou que a água pode se formar mesmo se o carbono e o oxigênio estiverem presentes em proporções iguais. (O monóxido de carbono contém um átomo de carbono e um átomo de oxigênio.) Enquanto o dióxido de carbono (um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio) era produzido sem radiação UV adicional, as reações se aceleraram com a adição de luz estelar simulada.

Mark Swain, cientista de exoplanetas do JPL e co-autor do estudo, diz:

"Esses novos resultados são imediatamente utilizáveis ​​para interpretar o que vemos nas atmosferas quentes de Júpiter. Presumimos que, nessas atmosferas, as reações químicas são mais afetadas pela temperatura, mas agora descobrimos que também precisamos examinar o papel da radiação. "

Com instrumentos de próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb da NASA, sendo preparado para lançamento em 2021, os cientistas puderam criar os primeiros perfis químicos detalhados de atmosferas exoplanetárias. E é possível que um dos primeiros seja aquele em torno dos quentes Júpiteres. Esses estudos ajudarão os cientistas a entender como outros sistemas solares são formados e como eles são semelhantes ou diferentes dos nossos.

O trabalho apenas começou para os pesquisadores do JPL. Ao contrário de um forno típico, é hermeticamente selado para evitar vazamento de gás ou contaminação, permitindo que os cientistas controlem sua pressão conforme a temperatura aumenta. Com esse equipamento, eles agora podem simular atmosferas exoplanetárias em temperaturas ainda mais altas de até 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, co-autora do estudo do JPL

“É um desafio constante projetar e operar este sistema com sucesso. Isso ocorre porque a maioria dos componentes padrão, como vidro ou alumínio, derrete nessas altas temperaturas. Estamos constantemente aprendendo como ultrapassar os limites enquanto simulamos com segurança esses processos químicos no laboratório. No final, entretanto, os resultados empolgantes que os experimentos trazem valem todo o trabalho e esforço extra. ”

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