Syntetisk lava i laboratoriet hjælper exoplanetudforskning

Udforskningsæraen for det nye James Webb Space Telescope (JWST) bliver varm - vulkansk varm.

En tværfaglig gruppe af Cornell-forskere har modelleret og syntetiseret lava i laboratoriet som den slags sten, der kan dannes på fjerntliggende exoplaneter. De udviklede 16 typer overfladesammensætninger som et startkatalog til at finde vulkanske verdener, der byder på brændende landskaber og oceaner af magma.

Deres forskning, "Volcanic Exoplanet Surfaces," blev offentliggjort i den kommende november 2022-udgave af Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"Vi har syntetiserede sammensætninger, der er repræsentative for mulige exoplanetoverflader, der kombinerer stjernemetallicitetsdata, termodynamisk modellering og laboratorieeksperimenter," sagde hovedforfatter Esteban Gazel, professor i ingeniørvidenskab ved Charles N. Mellowes ved Institut for Jord- og Atmosfæriske Videnskaber (EAS). ), på Ingeniørhøjskolen. Han er også medlem af Cornells tværfaglige Carl Sagan Institute (CSI).

"De nye observationer af lavaverdener af JWST låser op for hemmelighederne for, hvilke slags steder der er på vores kosmiske kyst," sagde medforfatter Lisa Kaltenegger, CSI-direktør og lektor i astronomi ved College of Arts and Sciences. "Vores katalog over vulkanske exoplanetoverflader giver et værktøj til at tyde, hvad disse verdener består af."

Marc-Antoine Fortin, en tidligere associeret medarbejder i Gazels og Kalteneggers forskningsgrupper, skabte og målte mulige fysiske exoplanetoverflader, styret af tidligere modeller af, hvad der udgør planeter omkring kendte værtsstjerner.

"Som jord- og planetforskere leder vi efter spor til den tidlige planetariske evolution," sagde Fortin. "Her på Jorden har vi nogle naturlige relikvier - meget gamle klipper - som giver os en idé om vores egen planet for milliarder af år siden.

"Disse lavaverdener er som en tidsmaskine, fordi Jorden også engang var lava," sagde Fortin. "Men med exoplaneter, i det mindste for de planeter fyldt med magma, kan vi se planeter i forskellige stadier af deres udvikling."

Lava-verdener giver stærke spor til exoplanetkonfiguration, sagde Fortin. "Vi ser på exoplaneter i andre kosmiske kvarterer," sagde han, "at lære alt, hvad vi kan om disse fjerne planeter, som vi i det mindste i vores levetid ikke vil være i stand til at besøge."

Med den vellykkede lancering af Webb-teleskopet og frugtbare tidlige genfindinger af data og billeder har videnskaben mulighed for at udforske exoplaneter mere detaljeret end nogensinde før, sagde Gazel. "Vores tidlige katalog bliver et vigtigt værktøj til at forstå den kemiske sammensætning af vulkanske exoplaneter, som ikke beskrives bedst af solsystemanaloger," sagde han.

Megan Holycross, assisterende professor i EAS, samarbejder med Fortin, Gazel og Kaltenegger om forskningen.

For at samle kataloget valgte Fortin og Gazel sammensætningen af ​​mulige klippeplanetkapper, der er repræsentative for planeter, der kunne dannes omkring forskellige stjerner. Derefter, ved hjælp af termodynamisk modellering, beregnede de overfladesammensætninger ved forskellige smeltepunkter.

I samarbejde med Holycross skabte gruppen syntetisk lava i laboratorieovne, der matchede disse sammensætninger, og afkølede dem derefter for at kopiere mulige exoplanetoverflader.

Bagefter målte Fortin det mulige infrarøde reflektionsspektrum ved hjælp af det nye spektroskopiudstyr i Gazels laboratorium. Han knyttede deres kemiske sammensætning til en stærk spektral egenskab – kendt som Christiansen-trækket, en top fundet ved næsten 8 mikrometer – der korrelerer med indhold af silica og andre vigtige kemiske komponenter.

Ifølge Fortin er der et endnu større billede:"Vi forsøger at forstå ikke kun exoplaneter, men alle stenplaneter - inklusive vores egen." + Udforsk yderligere

Exoplanet klima-'dekoder' hjælper med at søge efter liv