Μια νέα μελέτη χρησιμοποιώντας το αρχείο παρατηρήσεων του -εκτός λειτουργίας πλέον- διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer ανακάλυψε ένα κοινό χαρακτηριστικό των μακρινών κόσμων στους οποίους σχηματίζονται τα εξωτικά νέφη.
Τα περισσότερα σύννεφα στη Γη είναι φτιαγμένα από νερό, αλλά πέρα από τον πλανήτη μας τα βρίσκουμε σε μεγάλη ποικιλία χημικών συνθέσεων. Η άνω ατμόσφαιρα του Δία, για παράδειγμα, καλύπτεται από κίτρινα σύννεφα αμμωνίας και υδροθειούχου αμμώνιου. Και ακόμη πιο πέρα, σε κόσμους έξω από το ηλιακό μας σύστημα, υπάρχουν σύννεφα τα οποία αποτελούνται από πυριτικά ορυκτά, την οικογένεια των ορυκτών που δημιουργεί τα πετρώματα που αποτελούν πάνω από το 90% του φλοιού της Γης. Όμως οι ερευνητές δεν έχουν καταφέρει να παρατηρήσουν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες σχηματίζονται αυτά τα μικρών κόκκων σκόνης σύννεφα.
Μια νέα μελέτη δημοσιευμένη στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society παρέχει κάποιες πληροφορίες: Η έρευνα αποκαλύπτει το εύρος θερμοκρασιών στο οποίο μπορούν να σχηματιστούν σύννεφα πυριτικών ορυκτών και αυτά να είναι ορατά στο άνω τμήμα της ατμόσφαιρας ενός μακρινού πλανήτη. Το εύρημα προέκυψε από παρατηρήσεις φαιών νάνων (ουράνια σώματα που κατατάσσονται ανάμεσα σε πλανήτες και αστέρες) του μή λειτουργικού πλέον διαστημικού τηλεσκόπιου Spitzer της NASA, αλλά εμπίπτει στο πλαίσιο της γενικότερης κατανόησης για το πώς λειτουργούν οι πλανητικές ατμόσφαιρες.
«Η κατανόηση της ατμόσφαιρας των φαιών νάνων και των πλανητών στους οποίους δύνανται να σχηματιστούν σύννεφα πυριτικών ορυκτών μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε, επίσης, τι θα βλέπαμε στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη που είναι πιο κοντά στο μέγεθος και στη θερμοκρασία της Γης», δήλωνει ο Stanimir Metchev, καθηγητής μελέτης εξωπλανητών του Western University στο Λονδίνο του Οντάριο, και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Νεφελώδης Χημεία
Τα βήματα για να δημιουργηθεί οποιουδήποτε είδους νέφος είναι τα ίδια. Αρχικά, ζεσταίνουμε το βασικό συστατικό μέχρι να γίνει ατμός. Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, πολλά διαφορετικά υλικά δύνανται να αποτελέσουν αυτό το συσυτατικό. Υλικά όπως νερό, αμμωνία, αλάτι ή θείο. Παγιδέψτε το, ψύξτε το τόσο όσο χρειάζεται για να συμπυκνωθεί και αυτό ήταν: σύννεφα! Τα πετρώματα, φυσικά, εξατμίζονται σε αρκετά υψηλότερη θερμοκρασία από το νερό, επομένως τα πυριτικά νέφη είναι ορατά μόνο σε θερμούς κόσμους, όπως είναι οι φαιοί νάνοι -οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν για αυτή τη μελέτη- όπως επίσης και ορισμένοι πλανήτες που βρίσκονται εκτός του ηλιακού μας συστήματος.
Οι φαιοί νάνοι παρά το ότι σχηματίζονται όπως οι αστέρες, δεν είναι αρκετά μεγάλοι ώστε να μπορεί να εκκινήσει η σύντηξη, η διαδικασία που κάνει τα αστέρια να λάμπουν. Αρκετοί από τους φαιούς νάνους διαθέτουν ατμόσφαιρες που σχεδόν δεν ξεχωρίζουν από αυτές των αέριων πλανητών, όπως ο Δίας, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντιπροσωπευτικά δείγματα για αυτούς τους πλανήτες.
Credits: NASA/JPL-Caltech
Τα δεδομένα από το Spitzer είχαν ήδη -πριν από αυτή την πρόσφατη μελέτη- υποδείξει παρουσία πυριτικών νεφών στις ατμόσφαιρες ενός μικρού αριθμού φαιών νάνων. (Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA θα είναι σε θέση να επιβεβαιώσει την ύπαρξη τέτοιου τύπου νεφων σε μακρινούς κόσμους.) Αυτή η εργασία έλαβε χώρα κατά τα έξι πρώτα χρόνια της αποστολής του Spitzer (το οποίο εκτοξεύτηκε το 2003), όταν στο τηλεσκόπιο λειτουργούσαν τρία ψυχόμενα -σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες- όργανα. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις φαιών νάνων που παρατηρήθηκαν από το Spitzer, τα στοιχεία για την ύπαρξη πυριτικών νεφών ήταν πολύ ασθενή για να σταθούν από μόνα τους.
Για την πρόσφατη αυτή έρευνα, οι αστρονόμοι συγκέντρωσαν περισσότερες από 100 από αυτές τις περιπτώσεις οριακής ανίχνευσης και τις ομαδοποίησαν ανάλογα με την θερμοκρασία των φαιών νάνων. Όλες οι περιπτώσεις βρέθηκαν να είναι εντός του προβλεπόμενου εύρους θερμοκρασιών στις οποίες δημιουργούνται νέφη πυριτικών ορυκτών: περίπου μεταξύ 1.000 και 1.700 βαθμών Κελσίου. Ενώ οι ανιχνεύσεις των μεμονωμένων παρατηρήσεων είναι οριακές, συγκεντρωμενες αποκαλύπτουν ένα ξεκάθαρο χαρακτηριστικό των πυριτικών νεφών.
Έπρεπε να σκάψουμε βαθιά στα δεδομένα του Spitzer για να βρούμε αυτούς τους φαιούς νάνους· αυτούς για τους οποίους υπήρχαν κάποιες ενδείξεις πυριτικών νεφών και πραγματικά δεν ξέραμε τι θα βρίσκαμε», είπε ο Genaro Suárez, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Western University και κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Μας εξέπληξε το πόσο ισχυρό ήταν το συμπέρασμα που προέκυψε όταν πια είχαμε τα σωστά δεδομένα για ανάλυση».
Σε ατμόσφαιρες που είναι θερμότερες από το άνω όριο του εύρους που προσδιορίστηκε στη μελέτη, τα πυριτικά θα παραμείνουν σε κατάσταση ατμού. Χαμηλότερα από το κάτω όριο, τα νέφη θα μετατραπούν σε βροχή ή θα βυθιστούν χαμηλότερα στην ατμόσφαιρα, όπου η θερμοκρασία είναι υψηλότερη.
Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τέτοια πυριτικά νέφη υπάρχουν βαθιά μέσα στην ατμόσφαιρα του Δία, εκεί όπου λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι στην κορυφή. Τα πυριτικά σύννεφα δεν μπορούν να ανέβουν ψηλότερα, γιατί στις χαμηλότερες θερμοκρασίες τα πυριτικά θα στερεοποιηθούν και δεν θα μπορέσουν να παραμείνουν σε μορφή νέφους. Εάν η κορυφή της ατμόσφαιρας ήταν κατά χιλιάδες βαθμούς θερμότερη, τα νέφη αμμωνίας και υδροθειούχου αμμώνιου του πλανήτη θα εξατμίζονταν και έτσι τα πυριτικά σύννεφα θα μπορούσαν ενδεχομένως να ανέβουν στην κορυφή.
Οι επιστήμονες βρίσκουν ολοένα μεγαλύτερη ποικιλία πλανητικών περιβαλλόντων στον γαλαξία μας. Για παράδειγμα, έχουν βρει πλανήτες των οποίων η μία πλευρά είναι στραμμένη μόνιμα προς το αστέρι τους ενώ η άλλη βρίσκεται μόνιμα στη σκιά – πλανήτες όπου μπορεί να παρατηρούμε νέφη διαφορετικής σύνθεσης ανάλογως του ποιά πλευρά τους κοιτάμε. Για να κατανοήσουν αυτούς τους κόσμους, οι αστρονόμοι θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουν τους κοινούς μηχανισμούς που τους διαμορφώνουν.
Πηγή: https://www.nasa.gov/
