Wetenschappers hebben de eerste laboratoriumexperimenten uitgevoerd op nevelvorming in gesimuleerde exoplaneetatmosferen, een belangrijke stap voor het begrijpen van komende waarnemingen van planeten buiten het zonnestelsel met de James Webb Space Telescope.

De simulaties zijn nodig om modellen te maken van de atmosferen van verre werelden, modellen die kunnen worden gebruikt om te zoeken naar tekenen van leven buiten het zonnestelsel. Resultaten van de onderzoeken verschenen deze week in Natuurastronomie .

"Een van de redenen waarom we dit werk beginnen te doen, is om te begrijpen of het hebben van een nevellaag op deze planeten ze min of meer bewoonbaar zou maken, " zei de hoofdauteur van de krant, Sarah Horst, assistent-professor aard- en planetaire wetenschappen aan de Johns Hopkins University.

Met telescopen die vandaag beschikbaar zijn, planetaire wetenschappers en astronomen kunnen leren uit welke gassen de atmosfeer van exoplaneten bestaat. "Elk gas heeft een unieke vingerafdruk, " Hörst zei. "Als je een spectraal bereik meet dat groot genoeg is, je kunt zien hoe alle vingerafdrukken op elkaar worden gelegd."

huidige telescopen, echter, werken niet zo goed met elk type exoplaneet. Ze schieten tekort met exoplaneten met een wazige atmosfeer. Haze bestaat uit vaste deeltjes gesuspendeerd in gas, het veranderen van de manier waarop licht interageert met het gas. Deze demping van spectrale vingerafdrukken maakt het meten van de gassamenstelling uitdagender.

Hörst gelooft dat dit onderzoek de wetenschappelijke gemeenschap van exoplaneten kan helpen bepalen welke soorten atmosferen waarschijnlijk wazig zijn. Met nevel die het vermogen van een telescoop vertroebelt om wetenschappers te vertellen welke gassen de atmosfeer van een exoplaneet vormen - zo niet de hoeveelheden ervan - is ons vermogen om elders leven te detecteren een duisterder vooruitzicht.

Planeten groter dan de aarde en kleiner dan Neptunus, superaarde en mini-Neptunus genoemd, zijn de overheersende soorten exoplaneten, of planeten buiten ons zonnestelsel. Aangezien deze klasse van planeten niet in ons zonnestelsel voorkomt, onze beperkte kennis maakt ze moeilijker te bestuderen.

Met de komende lancering van de James Webb Space Telescope, wetenschappers hopen de atmosferen van deze exoplaneten nader te kunnen onderzoeken. JWST zal in staat zijn om nog verder terug te kijken in de tijd dan Hubble met een lichtverzamelgebied dat ongeveer 6,25 keer groter is. In een baan om de zon op een miljoen mijl van de aarde, JWST zal onderzoekers helpen de samenstelling van extrasolaire planeetatmosferen te meten en zelfs te zoeken naar de bouwstenen van het leven.

"Een deel van wat we mensen proberen te helpen erachter te komen, is eigenlijk waar je zou willen kijken, " zei Hörst over toekomstig gebruik van de James Webb Space Telescope.

Aangezien ons zonnestelsel ter vergelijking geen superaarde of mini-Neptunus heeft, wetenschappers hebben geen "grondwaarheden" voor de atmosferen van deze exoplaneten. Met behulp van computermodellen, Het team van Hörst was in staat om een ​​reeks atmosferische composities samen te stellen die superaarde of mini-Neptunus modelleren. Door de niveaus van drie dominante gassen (kooldioxide, waterstof, gasvormig water), vier andere gassen (helium, koolmonoxide, methaan, stikstof) en drie reeksen temperaturen, ze verzamelden negen verschillende 'planeten'.

De computermodellering stelde verschillende percentages gassen voor, die de wetenschappers in een kamer mengden en verwarmden. Gedurende drie dagen, het verwarmde mengsel stroomde door een plasmaontlading, een opstelling die chemische reacties in de kamer op gang bracht.

"De energie verbreekt de gasmoleculen waarmee we beginnen. Ze reageren met elkaar en maken nieuwe dingen en soms maken ze een vast deeltje [waardoor een waas ontstaat] en soms niet, ' zei Horst.

"De fundamentele vraag voor dit artikel was:welke van deze gasmengsels - welke van deze atmosferen - zullen we verwachten wazig te zijn?" zei Horst.

De onderzoekers ontdekten dat alle negen varianten in verschillende hoeveelheden waas maakten. De verrassing lag in welke combinaties meer maakten. Het team vond de meeste neveldeeltjes in twee van de waterdominante atmosferen. "We hadden lang het idee dat methaanchemie het enige echte pad was om een ​​waas te maken, en we weten dat dat nu niet waar is, " zei Horst, verwijzend naar verbindingen die overvloedig aanwezig zijn in zowel waterstof als koolstof.

Verder, vonden de wetenschappers verschillen in de kleuren van de deeltjes, wat van invloed kan zijn op de hoeveelheid warmte die wordt vastgehouden door de nevel. "Het hebben van een waaslaag kan de temperatuurstructuur van een atmosfeer veranderen, "Zei Hörst. "Het kan voorkomen dat echt energetische fotonen een oppervlak bereiken."

Zoals de ozonlaag die nu het leven op aarde beschermt tegen schadelijke straling, wetenschappers hebben gespeculeerd dat een primitieve waaslaag in het begin het leven heeft afgeschermd. Dit kan zinvol zijn in onze zoektocht naar het externe leven.

Voor de groep van Hörst, de volgende stappen omvatten het analyseren van de verschillende nevels om te zien hoe de kleur en grootte van de deeltjes de interactie van de deeltjes met licht beïnvloeden. Ze zijn ook van plan om andere composities te proberen, temperaturen, energiebronnen en onderzoek de samenstelling van de geproduceerde nevel.

"De productiesnelheden waren de zeer, allereerste stap van wat een lang proces gaat worden om erachter te komen welke atmosferen wazig zijn en wat de impact van de neveldeeltjes is, ' zei Horst.