Bruna dvärgar – himmelska objekt som faller mellan stjärnor och planeter – visas i den här illustrationen med ett temperaturintervall, från varmast (vänster) till kallast (höger). De två i mitten representerar de i rätt temperaturintervall för att moln gjorda av silikater ska bildas. Kredit:NASA/JPL-Caltech
De flesta moln på jorden är gjorda av vatten, men utanför vår planet finns de i många kemiska varianter. Toppen av Jupiters atmosfär, till exempel, är täckt av gulfärgade moln gjorda av ammoniak och ammoniumhydrosulfid. Och i världar utanför vårt solsystem finns det moln som består av silikater, familjen stenbildande mineraler som utgör över 90 % av jordskorpan. Men forskare har inte kunnat observera under vilka förhållanden dessa moln av små dammkorn bildas.
En ny studie som visas i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ger en viss insikt:Forskningen avslöjar temperaturintervallet vid vilket silikatmoln kan bildas och är synliga på toppen av en avlägsen planets atmosfär. Fyndet härrörde från observationer av NASA:s pensionerade Spitzer Space Telescope av bruna dvärgar – himlakroppar som faller mellan planeter och stjärnor – men det passar in i en mer allmän förståelse av hur planetariska atmosfärer fungerar.
"Att förstå atmosfärerna hos bruna dvärgar och planeter där silikatmoln kan bildas kan också hjälpa oss att förstå vad vi skulle se i atmosfären på en planet som är närmare jorden i storlek och temperatur", säger Stanimir Metchev, professor i exoplanetstudier vid Western. University i London, Ontario, och medförfattare till studien.
molnig kemi
Stegen för att göra alla typer av moln är desamma. Värm först nyckelingrediensen tills den blir en ånga. Under de rätta förhållandena kan den ingrediensen vara en mängd olika saker, inklusive vatten, ammoniak, salt eller svavel. Fånga den, kyl den precis tillräckligt för att den ska kondensera, och voilà—moln! Naturligtvis förångas sten vid en mycket högre temperatur än vatten, så silikatmoln är bara synliga på heta världar, som de bruna dvärgarna som används för denna studie och vissa planeter utanför vårt solsystem.
Även om de bildas som stjärnor, är bruna dvärgar inte tillräckligt stora för att kickstarta fusion, processen som får stjärnor att lysa. Många bruna dvärgar har atmosfärer som nästan inte går att skilja från gasdominerade planeter, som Jupiter, så de kan användas som en proxy för dessa planeter.
Silikatmoln kan vara synliga i bruna dvärgatmosfärer, men bara när den bruna dvärgen är kallare än cirka 3 100 grader Fahrenheit (cirka 1 700 grader Celsius) och varmare än 1 900 F (1 000 C). För varmt, och molnen förångas; för kallt, och de övergår i regn eller sjunker lägre i atmosfären. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Innan denna studie antydde data från Spitzer redan närvaron av silikatmoln i en handfull bruna dvärgatmosfärer. (NASA:s rymdteleskop James Webb kommer att kunna bekräfta dessa typer av moln på avlägsna världar.) Detta arbete utfördes under de första sex åren av Spitzer-uppdraget (som lanserades 2003), när teleskopet drev tre kryogeniskt kylda instrument. I många fall var dock bevisen för silikatmoln på bruna dvärgar som Spitzer observerade för svaga för att stå på egen hand.
För denna senaste forskning samlade astronomer mer än 100 av dessa marginella upptäckter och grupperade dem efter temperaturen på den bruna dvärgen. Alla föll inom det förutsagda temperaturintervallet för var silikatmoln skulle bildas:mellan cirka 1 900 grader Fahrenheit (cirka 1 000 grader Celsius) och 3 100 F (1 700 C). Även om de individuella upptäckterna är marginella, avslöjar de tillsammans ett definitivt drag av silikatmoln.
"Vi var tvungna att gräva igenom Spitzer-data för att hitta dessa bruna dvärgar där det fanns en indikation på silikatmoln, och vi visste verkligen inte vad vi skulle hitta", säger Genaro Suárez, postdoktor vid Western University och huvudförfattare till den nya studien. "Vi blev mycket förvånade över hur stark slutsatsen var när vi väl hade rätt data att analysera."
I atmosfärer som är varmare än den övre delen av intervallet som identifierats i studien förblir silikater en ånga. Under den nedre änden kommer molnen att förvandlas till regn eller sjunka lägre i atmosfären, där temperaturen är högre.
Faktum är att forskare tror att silikatmoln finns djupt i Jupiters atmosfär, där temperaturen är mycket högre än den är på toppen, på grund av atmosfärstrycket. Silikatmolnen kan inte stiga högre, för vid lägre temperaturer kommer silikaterna att stelna och förblir inte i molnform. Om toppen av atmosfären var tusentals grader varmare, skulle planetens ammoniak- och ammoniumhydrosulfidmoln förångas och silikatmolnen skulle potentiellt kunna stiga till toppen.
Forskare hittar ett allt mer varierat menageri av planetariska miljöer i vår galax. Till exempel har de hittat planeter med en sida permanent vänd mot sin stjärna och den andra permanent i skugga - en planet där moln av olika sammansättning kan vara synliga, beroende på vilken sida som observeras. För att förstå dessa världar måste astronomer först förstå de vanliga mekanismerna som formar dem. + Utforska vidare
