Comment "cuisiner" l'atmosphère cosmique sur Terre

4604x 12. 04. 2019 1 Reader

Les chercheurs du laboratoire de propulsion par réaction de la NASA à Pasadena, en Californie, "cuisinent" l'atmosphère extraterrestre ici même sur Terre. Dans une nouvelle étude, les scientifiques du JPL ont utilisé un "four" à haute température pour chauffer un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone à une température supérieure à 1 100 ° C (2000 ° F), égale à la température de lave fondue. L'objectif était de simuler les conditions susceptibles d'être rencontrées dans l'atmosphère d'un type particulier d'exoplanète (les planètes situées en dehors de notre système solaire), appelée "Jupiters chauds".

Jupiter = géants de l'espace

Les Hot Jupitors sont des géantes gazeuses en orbite, contrairement aux planètes de notre système solaire, très proches de leur étoile parente. Alors que la Terre gravite autour des jours 365 du Soleil, les Jupitors chauds circulent autour de leurs étoiles moins de 10 jours. Cette courte distance des étoiles signifie que leurs températures peuvent atteindre 530 à 2 800 ° C (1 000 à 5 000 ° F) ou même davantage. En comparaison, une journée chaude à la surface de Mercure (qui tourne autour du Soleil en jours 88) atteint une température d’environ 430 ° C (800 ° F).

Murthy Gudipati, responsable scientifique du groupe qui a mené une nouvelle étude le mois dernier dans le journal Astrophysical Journal, a déclaré:

"Une simulation exacte en laboratoire de l'environnement hostile de ces exoplanètes n'est pas possible, mais nous pouvons l'imiter de très près."

L’équipe a commencé avec un simple mélange chimique composé essentiellement d’hydrogène et de monoxyde de carbone 0,3. Ces molécules sont très courantes dans l’univers et dans les premiers systèmes solaires, et pourraient donc logiquement créer l’atmosphère de Jupiter chaud. Le mélange a ensuite été chauffé à 330 jusqu'à 1 230 ° C (620 à 2 240 ° F).

Les scientifiques ont également exposé ce mélange de laboratoire à de fortes doses de rayons ultraviolets - similaires à celles susceptibles d’affecter le Jupiter chaud en orbite autour de son étoile parente. La lumière UV s'est avérée être un ingrédient actif. Ses actions ont largement contribué aux résultats surprenants d'une étude sur les phénomènes chimiques pouvant se produire dans des atmosphères chaudes.

Jupiter Chaud

Les Jupiters chauds sont considérés comme de grandes planètes et émettent plus de lumière que les planètes les plus froides. Ces facteurs ont permis aux astronomes d’en apprendre davantage sur leur atmosphère que la plupart des autres types d’exoplanètes. Les observations ont montré que de nombreuses atmosphères de Jupiter sont opaques à haute altitude. Bien que l'opacité puisse être partiellement justifiée par les nuages, cette théorie est en train de perdre du terrain avec une pression décroissante. En effet, une opacité a été observée lorsque la pression atmosphérique est très basse.

Le petit disque en saphir sur la figure de droite montre des aérosols organiques formés à l'intérieur du four à haute température. Le disque de gauche n'est pas utilisé. Source de l'image: NASA / JPL-Caltech

Les scientifiques ont donc recherché une autre explication possible, et l'une d'entre elles pourrait être les aérosols: des particules solides contenues dans l'atmosphère. Cependant, selon les chercheurs du JPL, les scientifiques ne savaient pas comment des aérosols pourraient se former dans les atmosphères chaudes de Jupiter. Ce n'est que dans une nouvelle expérience que le mélange chimique chaud a été exposé aux rayons UV.

Benjamin Fleury, chercheur et auteur principal du JPL

«Ce résultat change la façon dont nous interprétons l’atmosphère brumeuse de Jupiter. À l’avenir, nous souhaitons étudier les propriétés de ces aérosols. Nous voulons mieux comprendre comment ils façonnent, absorbent la lumière et réagissent aux changements environnementaux. Toutes ces informations peuvent aider les astronomes à comprendre ce qu’ils voient en observant ces planètes. "

Vapeur d'eau trouvée

L'étude a également apporté une autre surprise: les réactions chimiques ont produit des quantités considérables de dioxyde de carbone et d'eau. La vapeur d'eau était présente dans les atmosphères chaudes de Jupiter, alors que les scientifiques s'attendaient à ce que cette molécule rare ne soit produite que si plus d'oxygène que de carbone était présent. Une nouvelle étude a montré que de l’eau pouvait se former même lorsque le carbone et l’oxygène étaient présents dans le même rapport. (Le monoxyde de carbone contient un atome de carbone et un atome d'oxygène.) Alors que le dioxyde de carbone (un atome de carbone et deux atomes d'oxygène) était produit sans rayonnement UV supplémentaire, les réactions s'accéléraient avec l'ajout de lumière étoilée simulée.

Mark Swain, scientifique exoplanète au JPL et co-auteur de l'étude, déclare:

«Ces nouveaux résultats sont instantanément utiles pour interpréter ce que nous voyons dans l’atmosphère chaude de Jupiter. Nous avons supposé que dans ces atmosphères, les réactions chimiques étaient le plus influencées par la température, mais nous devons maintenant examiner le rôle des radiations. ”

Avec des dispositifs de nouvelle génération tels que le télescope spatial James Webb de la NASA, lancé pour le lancement sur 2021, les scientifiques pourraient créer les premiers profils chimiques détaillés des atmosphères exoplanétaires. Et il est possible que certains des premiers ne soient que ceux autour de Jupiter. Ces études aideront les scientifiques à comprendre comment se forment les autres systèmes solaires et en quoi ils sont similaires ou différents des nôtres.

Pour les chercheurs du JPL, le travail ne fait que commencer. Contrairement à un four classique, il est hermétiquement fermé pour éviter les fuites de gaz ou la contamination, permettant ainsi aux scientifiques de contrôler sa pression lorsque la température augmente. Avec cet équipement, ils peuvent désormais simuler des atmosphères exoplanétaires à des températures encore plus élevées pouvant atteindre jusqu'à 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, co-auteur d'une étude du JPL

«Concevoir et utiliser ce système avec succès est un défi constant. La plupart des composants standard, tels que le verre ou l'aluminium, fondront à des températures aussi élevées. Nous apprenons constamment à repousser les limites tout en simulant ces processus chimiques en toute sécurité en laboratoire. Mais au bout du compte, les résultats intéressants obtenus grâce aux expériences valent le travail et les efforts supplémentaires qui en résultent. »

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