I ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, stanno preparando un'atmosfera aliena proprio qui sulla Terra. In un nuovo studio, Gli scienziati del JPL hanno utilizzato un "forno" ad alta temperatura per riscaldare una miscela di idrogeno e monossido di carbonio a più di 2, 000 gradi Fahrenheit (1, 100 gradi Celsius), sulla temperatura della lava fusa. Lo scopo era simulare le condizioni che potrebbero essere trovate nelle atmosfere di una classe speciale di esopianeti (pianeti al di fuori del nostro sistema solare) chiamati "hot Jupiters".

I Giove caldi sono giganti gassosi che orbitano molto vicino alla loro stella madre, a differenza di tutti i pianeti del nostro sistema solare. Mentre la Terra impiega 365 giorni per orbitare attorno al Sole, i caldi Giove orbitano attorno alle loro stelle in meno di 10 giorni. La loro vicinanza a una stella significa che le loro temperature possono variare da 1, 000 a 5, 000 gradi Fahrenheit (530 a 2, 800 gradi Celsius) o anche più caldo. A confronto, una giornata calda sulla superficie di Mercurio (che impiega 88 giorni per orbitare intorno al Sole) raggiunge circa 800 gradi Fahrenheit (430 gradi Celsius).

"Anche se è impossibile simulare esattamente in laboratorio questi difficili ambienti di esopianeti, possiamo avvicinarci molto, " ha detto il principale scienziato del JPL Murthy Gudipati, che guida il gruppo che ha condotto il nuovo studio, pubblicato il mese scorso in Giornale Astrofisico .

Il team ha iniziato con una semplice miscela chimica composta principalmente da idrogeno e monossido di carbonio allo 0,3 percento. Queste molecole sono estremamente comuni nell'universo e nei primi sistemi solari, e potrebbero ragionevolmente comporre l'atmosfera di un caldo Giove. Quindi la squadra ha riscaldato la miscela tra 620 e 2, 240 gradi Fahrenheit (330 e 1, 230 gradi Celsius).

Il team ha anche esposto la miscela di laboratorio a un'alta dose di radiazioni ultraviolette, simile a quella che sperimenterebbe un Giove caldo in orbita così vicino alla sua stella madre. La luce UV si è rivelata un ingrediente potente. È stato in gran parte responsabile di alcuni dei risultati più sorprendenti dello studio sulla chimica che potrebbe aver luogo in queste atmosfere tostate.

I Giove caldi sono grandi per gli standard dei pianeti, e irradiano più luce dei pianeti più freddi. Tali fattori hanno permesso agli astronomi di raccogliere più informazioni sulle loro atmosfere rispetto alla maggior parte degli altri tipi di esopianeti. Queste osservazioni rivelano che molte atmosfere calde di Giove sono opache ad alta quota. Sebbene le nuvole possano spiegare l'opacità, diventano sempre meno sostenibili al diminuire della pressione, e l'opacità è stata osservata dove la pressione atmosferica è molto bassa.

Gli scienziati hanno cercato potenziali spiegazioni diverse dalle nuvole, e gli aerosol - particelle solide sospese nell'atmosfera - potrebbero esserlo. Però, secondo i ricercatori del JPL, gli scienziati in precedenza non erano a conoscenza di come gli aerosol potessero svilupparsi nelle calde atmosfere di Giove. Nel nuovo esperimento, l'aggiunta di luce UV alla miscela chimica calda ha funzionato.

"Questo risultato cambia il modo in cui interpretiamo quelle calde e nebbiose atmosfere di Giove, " disse Benjamin Fleury, uno scienziato ricercatore del JPL e autore principale dello studio. "Andando avanti, vogliamo studiare le proprietà di questi aerosol. Vogliamo capire meglio come si formano, come assorbono la luce e come rispondono ai cambiamenti dell'ambiente. Tutte queste informazioni possono aiutare gli astronomi a capire cosa vedono quando osservano questi pianeti".

Lo studio ha prodotto un'altra sorpresa:le reazioni chimiche hanno prodotto quantità significative di anidride carbonica e acqua. Mentre il vapore acqueo è stato trovato nelle calde atmosfere di Giove, gli scienziati per la maggior parte si aspettano che questa preziosa molecola si formi solo quando c'è più ossigeno che carbonio. Il nuovo studio mostra che l'acqua può formarsi quando carbonio e ossigeno sono presenti in quantità uguali. (Il monossido di carbonio contiene un atomo di carbonio e un atomo di ossigeno.) E mentre un po' di anidride carbonica (un atomo di carbonio e due di ossigeno) si è formato senza l'aggiunta di radiazioni UV, le reazioni accelerate con l'aggiunta di luce stellare simulata.

"Questi nuovi risultati sono immediatamente utili per interpretare ciò che vediamo nelle calde atmosfere di Giove, " ha detto lo scienziato degli esopianeti del JPL Mark Swain, un coautore dello studio. "Abbiamo ipotizzato che la temperatura domini la chimica in queste atmosfere, ma questo dimostra che dobbiamo guardare a come le radiazioni giocano un ruolo".

Con strumenti di nuova generazione come il telescopio spaziale James Webb della NASA, il lancio è previsto nel 2021, gli scienziati potrebbero produrre i primi profili chimici dettagliati delle atmosfere degli esopianeti, ed è possibile che alcuni di quei primi soggetti saranno Giove caldi. Questi studi aiuteranno gli scienziati a capire come si formano gli altri sistemi solari e quanto sono simili o diversi dal nostro.

Per i ricercatori del JPL, il lavoro è appena iniziato. A differenza di un tipico forno, il loro sigilla ermeticamente il gas per evitare perdite o contaminazioni, e consente ai ricercatori di controllare la pressione del gas all'aumentare della temperatura. Con questo hardware, ora possono simulare le atmosfere degli esopianeti a temperature ancora più elevate:vicino a 3, 000 gradi Fahrenheit (1, 600 gradi Celsius).

"È stata una sfida continua capire come progettare e far funzionare con successo questo sistema, poiché la maggior parte dei componenti standard come il vetro o l'alluminio fondono a queste temperature, " ha detto la ricercatrice del JPL Bryana Henderson, un coautore dello studio. "Stiamo ancora imparando come superare questi limiti mentre gestiamo in sicurezza questi processi chimici in laboratorio. Ma alla fine della giornata, gli entusiasmanti risultati che emergono da questi esperimenti valgono tutti gli sforzi extra".