Para peneliti di Jet Propulsion Laboratory NASA di Pasadena, California, sedang "memasak" atmosfer luar angkasa di Bumi. Dalam studi baru, peneliti JPL menggunakan "oven" bersuhu tinggi untuk memanaskan campuran hidrogen dan karbon monoksida hingga lebih dari 1 ° C (100 ° F), yang sama dengan suhu lava cair. Tujuannya adalah untuk mensimulasikan kondisi yang dapat ditemukan di atmosfer exoplanet khusus (planet di luar tata surya kita) yang disebut "Jupiter panas".

Jupiter = raksasa ruang

Hot Jupitors adalah raksasa gas yang mengorbit, tidak seperti planet-planet tata surya kita, sangat dekat dengan bintang induknya. Sementara Bumi mengorbit hari-hari Matahari 365, para Jupitor yang panas beredar di sekitar bintang-bintang mereka selama kurang dari 10 hari. Jarak pendek dari bintang ini berarti bahwa suhunya dapat mencapai 530 hingga 2 800 ° C (1 000 ke 5 000 ° F) atau bahkan lebih. Sebagai perbandingan, hari yang panas di permukaan Merkurius (yang mengorbit Matahari pada hari-hari 88) mencapai suhu sekitar 430 ° C (800 ° F).

Kepala Ilmuwan JPL Murthy Gudipati, pemimpin kelompok yang melakukan penelitian baru bulan lalu di Jurnal Astrofisika, mengatakan:

"Simulasi laboratorium yang akurat tentang lingkungan keras dari planet ekstrasurya ini tidak mungkin, tetapi kita dapat meniru itu dengan sangat cermat."

Tim mulai dengan campuran kimia sederhana sebagian besar gas hidrogen dan gas karbon monoksida 0,3. Molekul-molekul ini sangat umum di alam semesta dan tata surya awal, dan karenanya secara logis mereka dapat menciptakan atmosfer Jupiter yang panas. Campuran kemudian dipanaskan sampai 330 ke 1 230 ° C (620 ke 2 240 ° F).

Para ilmuwan juga telah mengekspos campuran lab ini dengan radiasi ultraviolet dosis tinggi - mirip dengan apa yang mungkin memengaruhi Jupiter yang mengorbit bintang induknya. Sinar UV telah terbukti sebagai bahan aktif. Tindakannya sebagian besar berkontribusi pada hasil mengejutkan dari studi tentang fenomena kimia yang dapat terjadi di atmosfer yang panas.

Jupiter panas

Jupiters panas dianggap sebagai planet yang hebat dan memancarkan lebih banyak cahaya daripada planet yang lebih dingin. Faktor-faktor ini telah memungkinkan para astronom untuk belajar lebih banyak tentang atmosfer mereka daripada kebanyakan jenis exoplanet lainnya. Pengamatan telah menunjukkan bahwa banyak atmosfer Jupiter buram di ketinggian. Meskipun opacity sebagian dapat dibenarkan oleh awan, teori ini kehilangan kekuatan dengan penurunan tekanan. Memang, opacity telah diamati di mana tekanan atmosfer sangat rendah.

Piringan safir kecil di gambar kanan menunjukkan aerosol organik yang terbentuk di dalam tungku suhu tinggi. Disk kiri tidak digunakan. Sumber Gambar: NASA / JPL-Caltech

Jadi para ilmuwan mencari penjelasan lain yang mungkin, dan salah satunya adalah aerosol - partikel padat yang terkandung di atmosfer. Namun, menurut para peneliti JPL, para ilmuwan tidak tahu bagaimana aerosol dapat terbentuk di atmosfer panas Jupiter. Itu hanya dalam percobaan baru bahwa campuran kimia panas terkena radiasi UV.

Benjamin Fleury, peneliti dan penulis utama JPL

"Hasil ini mengubah cara kita menafsirkan suasana panas Jupiter yang berkabut. Di masa depan kami ingin mempelajari sifat-sifat aerosol ini. Kami ingin lebih memahami bagaimana mereka terbentuk, bagaimana mereka menyerap cahaya dan bagaimana mereka bereaksi terhadap perubahan di lingkungan. Semua informasi ini dapat membantu para astronom memahami apa yang mereka lihat ketika mereka mengamati planet-planet ini. "

Uap air ditemukan

Studi ini juga membawa kejutan lain: reaksi kimia menghasilkan sejumlah besar karbon dioksida dan air. Uap air ditemukan di atmosfer panas Jupiter, sementara para ilmuwan berharap bahwa molekul langka ini hanya akan diproduksi ketika ada lebih banyak oksigen daripada karbon. Sebuah studi baru menunjukkan bahwa air dapat terbentuk bahkan ketika karbon dan oksigen hadir dalam rasio yang sama. (Karbon monoksida mengandung satu atom karbon dan satu atom oksigen.) Sementara karbon dioksida (satu atom karbon dan dua atom oksigen) diproduksi tanpa radiasi UV tambahan, reaksi dipercepat dengan penambahan cahaya bintang yang disimulasikan.

Mark Swain, seorang ilmuwan planet ekstrasurya di JPL, dan rekan penulis penelitian mengatakan:

"Hasil-hasil baru ini segera dapat digunakan untuk menafsirkan apa yang kita lihat di atmosfer panas Jupiter. Kami berasumsi bahwa di atmosfer ini, reaksi kimia paling dipengaruhi oleh suhu, tetapi sekarang ternyata kita juga perlu melihat peran radiasi. "

Dengan perangkat generasi baru seperti James Webb Space Telescope di NASA, diluncurkan untuk diluncurkan di 2021, para ilmuwan dapat membuat profil kimia rinci pertama dari atmosfer planet ekstrasurya. Dan mungkin saja salah satu yang pertama adalah yang ada di sekitar Jupiter yang panas. Studi-studi ini akan membantu para ilmuwan memahami bagaimana sistem tata surya lain dibentuk dan seberapa mirip atau berbeda mereka dengan kita.

Bagi para peneliti JPL, pekerjaan baru saja dimulai. Tidak seperti tungku yang khas, tungku tertutup rapat untuk mencegah kebocoran atau kontaminasi gas, sehingga memungkinkan para ilmuwan untuk mengontrol tekanannya dengan meningkatnya suhu. Dengan peralatan ini mereka sekarang dapat mensimulasikan atmosfer eksoplanet pada suhu yang lebih tinggi mencapai hingga 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, penulis pendamping studi JPL

"Ini adalah tantangan konstan untuk berhasil merancang dan mengoperasikan sistem ini. Ini karena sebagian besar komponen standar, seperti kaca atau aluminium, meleleh pada suhu tinggi. Kami terus-menerus belajar cara mendorong batas sambil mensimulasikan proses kimia ini dengan aman di laboratorium. Namun, pada akhirnya, hasil menarik yang diberikan eksperimen ini layak untuk semua kerja keras dan upaya ekstra. ”