Forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, kokar upp en främmande atmosfär här på jorden. I en ny studie, JPL-forskare använde en högtemperaturugn för att värma en blandning av väte och kolmonoxid till mer än 2, 000 grader Fahrenheit (1, 100 Celsius), om temperaturen på smält lava. Syftet var att simulera förhållanden som kan finnas i atmosfären hos en speciell klass av exoplaneter (planeter utanför vårt solsystem) som kallas "heta Jupiters".

Heta Jupiters är gasjättar som kretsar mycket nära sin moderstjärna, till skillnad från någon av planeterna i vårt solsystem. Medan jorden tar 365 dagar att kretsa runt solen, heta Jupiters kretsar runt sina stjärnor på mindre än 10 dagar. Deras närhet till en stjärna betyder att deras temperaturer kan variera från 1, 000 till 5, 000 grader Fahrenheit (530 till 2, 800 grader Celsius) eller ännu varmare. Som jämförelse, en varm dag på Merkurius yta (som tar 88 dagar att kretsa runt solen) når cirka 800 grader Fahrenheit (430 grader Celsius).

"Även om det är omöjligt att exakt simulera i laboratoriet dessa hårda exoplanetmiljöer, vi kan komma väldigt nära, " sa JPL:s huvudforskare Murthy Gudipati, som leder gruppen som genomförde den nya studien, publicerades förra månaden i Astrofysisk tidskrift .

Teamet började med en enkel kemisk blandning av mestadels vätgas och 0,3 procent kolmonoxidgas. Dessa molekyler är extremt vanliga i universum och i tidiga solsystem, och de kunde rimligen komponera atmosfären av en het Jupiter. Sedan värmde teamet upp blandningen till mellan 620 och 2, 240 grader Fahrenheit (330 och 1, 230 Celsius).

Teamet exponerade också laboratoriebryggan för en hög dos av ultraviolett strålning - liknande vad en het Jupiter skulle uppleva att kretsa så nära sin moderstjärna. UV-ljuset visade sig vara en potent ingrediens. Det var till stor del ansvarig för några av studiens mer överraskande resultat om kemin som kan pågå i dessa toastiga atmosfärer.

Heta Jupiters är stora med planetstandarder, och de utstrålar mer ljus än kallare planeter. Sådana faktorer har gjort det möjligt för astronomer att samla in mer information om sina atmosfärer än de flesta andra typer av exoplaneter. Dessa observationer avslöjar att många heta Jupiteratmosfärer är ogenomskinliga på höga höjder. Även om moln kan förklara opaciteten, de blir mindre och mindre hållbara när trycket minskar, och opaciteten har observerats där atmosfärstrycket är mycket lågt.

Forskare har letat efter andra möjliga förklaringar än moln, och aerosoler - fasta partiklar suspenderade i atmosfären - kan vara en. Dock, enligt JPL-forskarna, forskare var tidigare omedvetna om hur aerosoler kan utvecklas i heta Jupiteratmosfärer. I det nya experimentet, att lägga till UV-ljus till den heta kemikalieblandningen gjorde susen.

"Det här resultatet förändrar sättet vi tolkar dessa disiga heta Jupiter-atmosfärer, sa Benjamin Fleury, en JPL-forskare och huvudförfattare till studien. "Går framåt, vi vill studera egenskaperna hos dessa aerosoler. Vi vill bättre förstå hur de bildas, hur de absorberar ljus och hur de reagerar på förändringar i miljön. All den informationen kan hjälpa astronomer att förstå vad de ser när de observerar dessa planeter."

Studien gav en annan överraskning:De kemiska reaktionerna producerade betydande mängder koldioxid och vatten. Medan vattenånga har hittats i heta Jupiteratmosfärer, forskare förväntar sig för det mesta att denna värdefulla molekyl endast bildas när det finns mer syre än kol. Den nya studien visar att vatten kan bildas när kol och syre finns i lika stora mängder. (Kolmonoxid innehåller en kolatom och en syreatom.) Och medan en del koldioxid (en kol- och två syreatomer) bildades utan tillsats av UV-strålning, reaktionerna accelererade med tillsats av simulerat stjärnljus.

"Dessa nya resultat är omedelbart användbara för att tolka vad vi ser i heta Jupiteratmosfärer, " sa JPL exoplanetforskaren Mark Swain, en studiemedförfattare. "Vi har antagit att temperaturen dominerar kemin i dessa atmosfärer, men detta visar att vi måste titta på hur strålning spelar en roll."

Med nästa generations verktyg som NASA:s James Webb rymdteleskop, planeras att lanseras 2021, forskare kan producera de första detaljerade kemiska profilerna av exoplanetatmosfärer, och det är möjligt att några av de första motiven kommer att vara heta Jupiters. Dessa studier kommer att hjälpa forskare att lära sig hur andra solsystem bildas och hur lika eller olika de är våra egna.

För JPL-forskarna, arbetet har precis börjat. Till skillnad från en vanlig ugn, deras förseglar gasen tätt för att förhindra läckor eller kontaminering, och det gör det möjligt för forskarna att kontrollera gasens tryck när temperaturen stiger. Med denna hårdvara, de kan nu simulera exoplanetatmosfärer vid ännu högre temperaturer:nära 3, 000 grader Fahrenheit (1, 600 grader Celsius).

"Det har varit en ständig utmaning att ta reda på hur man kan designa och driva detta system framgångsrikt, eftersom de flesta standardkomponenter som glas eller aluminium smälter vid dessa temperaturer, " sa JPL-forskaren Bryana Henderson, en medförfattare till studien. "Vi lär oss fortfarande att tänja på dessa gränser samtidigt som vi hanterar dessa kemiska processer på ett säkert sätt i labbet. Men i slutet av dagen, de spännande resultaten som kommer ut av dessa experiment är värt all extra ansträngning."