In een nieuw laboratoriumonderzoek naar de oorspronkelijke atmosferen van aardachtige rotsplaneten, onderzoekers van UC Santa Cruz verhitten ongerepte meteorietmonsters in een hoge-temperatuuroven en analyseerden de vrijgekomen gassen.

hun resultaten, gepubliceerd op 15 april in Natuurastronomie , suggereren dat de aanvankelijke atmosferen van terrestrische planeten aanzienlijk kunnen verschillen van veel van de algemene veronderstellingen die worden gebruikt in theoretische modellen van planetaire atmosferen.

"Deze informatie zal belangrijk zijn wanneer we de atmosfeer van exoplaneten kunnen observeren met nieuwe telescopen en geavanceerde instrumenten, " zei eerste auteur Maggie Thompson, een afgestudeerde student astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz.

Men denkt dat de vroege atmosferen van rotsachtige planeten voornamelijk gevormd zijn door gassen die vrijkomen van het oppervlak van de planeet als gevolg van de intense verwarming tijdens de aanwas van planetaire bouwstenen en later vulkanische activiteit in het begin van de ontwikkeling van de planeet.

"Als de bouwstenen van een planeet samenkomen, het materiaal wordt verwarmd en er ontstaan ​​gassen, en als de planeet groot genoeg is, zullen de gassen worden vastgehouden als een atmosfeer, " legde co-auteur Myriam Telus uit, assistent-professor aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz. "We proberen in het laboratorium dit zeer vroege proces te simuleren wanneer de atmosfeer van een planeet zich vormt, zodat we wat experimentele beperkingen aan dat verhaal kunnen stellen."

De onderzoekers analyseerden drie meteorieten van een type dat bekend staat als koolstofhoudende chondrieten van het CM-type, die een samenstelling hebben die als representatief wordt beschouwd voor het materiaal waaruit de zon en planeten zijn gevormd.

"Deze meteorieten zijn overgebleven materialen van de bouwstenen die de planeten in ons zonnestelsel hebben gevormd, Thompson zei. "Chondrieten verschillen van andere soorten meteorieten doordat ze niet heet genoeg werden om te smelten, dus ze hebben vastgehouden aan enkele van de meer primitieve componenten die ons kunnen vertellen over de samenstelling van het zonnestelsel rond de tijd van planeetvorming."

Werken met materiaalwetenschappers op de afdeling natuurkunde, de onderzoekers zetten een oven op die is aangesloten op een massaspectrometer en een vacuümsysteem. Toen de meteorietmonsters werden verwarmd tot 1200 graden Celsius, het systeem analyseerde de vluchtige gassen geproduceerd uit de mineralen in het monster. Waterdamp was het dominante gas, met aanzienlijke hoeveelheden koolmonoxide en kooldioxide, en kleinere hoeveelheden waterstof en waterstofsulfidegassen komen ook vrij.

Volgens Telus, modellen van planetaire atmosferen gaan vaak uit van zonne-abundanties - dat wil zeggen, een samenstelling vergelijkbaar met de zon en daarom gedomineerd door waterstof en helium.

"Op basis van uitgassen van meteorieten, echter, je zou verwachten dat waterdamp het dominante gas is, gevolgd door koolmonoxide en kooldioxide, "zei ze. "Het gebruik van zonne-abundanties is prima voor grote, Planeten ter grootte van Jupiter die hun atmosfeer verkrijgen van de zonnenevel, maar van kleinere planeten wordt gedacht dat ze hun atmosfeer meer halen uit ontgassing."

De onderzoekers vergeleken hun resultaten met de voorspellingen van chemische evenwichtsmodellen op basis van de samenstelling van de meteorieten. "Kwalitatief, we krijgen vrij gelijkaardige resultaten als de chemische evenwichtsmodellen voorspellen dat het ontgast zou moeten zijn, maar er zijn ook enkele verschillen, Thompson zei. "Je hebt experimenten nodig om te zien wat er in de praktijk gebeurt. We willen dit doen voor een breed scala aan meteorieten om betere beperkingen te bieden voor de theoretische modellen van exoplanetaire atmosferen."

Andere onderzoekers hebben verhittingsexperimenten gedaan met meteorieten, maar die studies waren voor andere doeleinden en gebruikten andere methoden. "Veel mensen zijn geïnteresseerd in wat er gebeurt als meteorieten de atmosfeer van de aarde binnendringen, dus dat soort studies zijn niet gedaan met dit raamwerk in gedachten om ontgassing te begrijpen, ' zei Thompson.

De drie meteorieten die voor dit onderzoek werden geanalyseerd, waren de Murchison-chondriet, die in 1969 in Australië viel; Jbilet Winselwan, verzameld in de Westelijke Sahara in 2013; en Aguas Zarcas, die in 2019 in Costa Rica viel.

"Het lijkt misschien willekeurig om meteorieten uit ons zonnestelsel te gebruiken om exoplaneten rond andere sterren te begrijpen, maar studies van andere sterren ontdekken dat dit soort materiaal eigenlijk vrij algemeen is rond andere sterren, ’ merkte Telus op.