वर्षों से, खगोलविदों का मानना है कि जल-समृद्ध ग्रह केवल सिस्टम की “बर्फ रेखा” से परे ही बन सकते हैं, वह क्षेत्र जहां ग्रह निर्माण के दौरान बर्फीले पदार्थ संघनित होते हैं। हालाँकि, एक हालिया प्रकृति अध्ययन इस आधार को चुनौती देता है, जिसमें दिखाया गया है कि हाइड्रोजन-समृद्ध उप-नेप्च्यून, आकार में पृथ्वी और नेप्च्यून के बीच के ग्रह, उच्च दबाव वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से आंतरिक रूप से बड़ी मात्रा में पानी उत्पन्न कर सकते हैं। ये निष्कर्ष वैज्ञानिकों द्वारा ग्रहों की संरचना, रहने की क्षमता और विकास की व्याख्या करने के तरीके को फिर से परिभाषित करते हैं। यदि हाइड्रोजन और पिघली हुई चट्टानें मिलकर पानी बना सकती हैं, तो अपने तारों के करीब परिक्रमा करने वाले नजदीकी ग्रह भी घने वायुमंडल के तहत गहरे महासागरों को आश्रय दे सकते हैं, जिससे सूखी और गीली दुनिया के बीच एक बार स्पष्ट अंतर जटिल हो जाएगा।
क्या सूखे ग्रह गीले हो सकते हैं? हाइड्रोजन विरोधाभास
उप-नेप्च्यून नासा के केपलर मिशन द्वारा खोजे गए सबसे आम एक्सोप्लैनेट में से एक हैं और आम तौर पर पृथ्वी की त्रिज्या के एक से चार गुना के बीच मापते हैं। उनकी रचना लंबे समय से शोधकर्ताओं को हैरान कर रही है, क्योंकि कई लोग पूरी तरह से चट्टानी या पूरी तरह से गैसीय संरचनाओं के साथ असंगत घनत्व प्रदर्शित करते हैं। परंपरागत रूप से, दो गठन पथ प्रस्तावित किए गए थे: सूखे, हाइड्रोजन-प्रधान ग्रह तारे के करीब बने, और गीले, पानी-समृद्ध ग्रह दूर बने, जो बाद में अंदर की ओर चले गए।हाल के प्रकृति अध्ययन से एक तीसरे, अधिक जटिल तंत्र का पता चलता है। अत्यधिक दबाव पर, हाइड्रोजन रासायनिक रूप से निष्क्रिय नहीं रहता जैसा कि पहले माना गया था। इसके बजाय, जब यह किसी ग्रह के मूल आवरण के किनारे पर गहराई से पिघली हुई सिलिकेट चट्टान के साथ संपर्क करता है, तो यह कमी प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करता है जो चट्टान से ऑक्सीजन छोड़ता है। यह ऑक्सीजन फिर हाइड्रोजन के साथ जुड़कर पानी बनाती है, जो ग्रह के आंतरिक रसायन को मौलिक रूप से बदल देती है।शोधकर्ताओं ने दिखाया कि हाइड्रोजन का एक मामूली आवरण भी पिछले सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से कहीं अधिक, कई दसियों प्रतिशत वजन तक पानी की मात्रा पैदा कर सकता है। इस तंत्र का तात्पर्य है कि जल उत्पादन सौर मंडल के ठंडे, बाहरी क्षेत्रों तक ही सीमित नहीं है, बल्कि गर्म, हाइड्रोजन-समृद्ध आंतरिक क्षेत्रों में स्वाभाविक रूप से हो सकता है।
सूखे ग्रहों पर पानी कैसे बनता है?
डायमंड एनविल सेल प्रयोगों और स्पंदित लेजर हीटिंग का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने एक चट्टानी कोर और उसके हाइड्रोजन आवरण के बीच की सीमा पर पाए जाने वाले 22 गीगापास्कल और 4,500 केल्विन से अधिक के अत्यधिक दबाव और तापमान का अनुकरण किया। जब सिलिकेट खनिज जैसे कि ओलिवाइन और फ़ैलाइट को घने हाइड्रोजन के संपर्क में लाया गया, तो सिलिकॉन अपनी ऑक्सीकृत अवस्था (Si⁴⁺) से धात्विक सिलिकॉन में कम हो गया, जिससे लौह-सिलिकॉन मिश्र धातु और सिलिकॉन हाइड्राइड (SiH₄) बने। इन प्रतिक्रियाओं से निकली ऑक्सीजन हाइड्रोजन के साथ मिलकर पर्याप्त मात्रा में पानी का उत्पादन करती है।इस प्रक्रिया की पुष्टि एक्स-रे विवर्तन और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा की गई, जिसने नमूनों में सी-एच और ओएच बांड के विशिष्ट कंपन का पता लगाया। यह साक्ष्य दर्शाता है कि सिलिकेट इन परिस्थितियों में पूरी तरह से गायब हो सकता है, नए यौगिकों में परिवर्तित हो सकता है और ग्रहों के दबाव के तहत पहले असंभव मानी जाने वाली मात्रा में पानी उत्पन्न कर सकता है।ये प्रतिक्रियाएँ संभवतः उप-नेप्च्यून की कोर-शेल सीमा (सीईबी) पर होती हैं, जिनका द्रव्यमान पृथ्वी के तीन से दस गुना के बीच होता है और हाइड्रोजन और हीलियम वायुमंडल का भार दो से बीस प्रतिशत के बीच होता है। क्योंकि ऐसे दबाव में हाइड्रोजन पिघली हुई चट्टान में आसानी से घुल जाता है, यह सिलिकेट परतों में प्रवेश कर सकता है और अरबों वर्षों तक जल-उत्पादक प्रतिक्रियाओं को बनाए रख सकता है। पिघले हुए आंतरिक भाग के भीतर संवहन मिश्रण इन प्रक्रियाओं को और बढ़ाता है, जिससे गहरे कोर और ऊपरी आवरण के बीच संतुलन बना रहता है।
हाइड्रोजन दिग्गजों से लेकर समुद्री दुनिया तक
इन निष्कर्षों के निहितार्थ रसायन विज्ञान से परे हैं और ग्रहों के विकास को शामिल करते हैं। नेचर अध्ययन से पता चलता है कि हाइड्रोजन-समृद्ध उप-नेप्च्यून स्वाभाविक रूप से जल-समृद्ध ग्रहों में विकसित हो सकते हैं क्योंकि आंतरिक प्रतिक्रियाएं धीरे-धीरे वायुमंडलीय हाइड्रोजन को पानी में परिवर्तित कर देती हैं। समय के साथ, जैसे तारकीय विकिरण या थर्मल पलायन के कारण हाइड्रोजन आवरण नष्ट हो जाता है, शेष ग्रह गहरे समुद्री आवरण या यहां तक कि उथले महासागर के साथ एक सुपर-अर्थ जैसा हो सकता है।यह सिद्धांत उन क्षेत्रों में खोजे गए आस-पास के जल-समृद्ध एक्सोप्लैनेट की बढ़ती संख्या के लिए एक आकर्षक स्पष्टीकरण प्रदान करता है जिन्हें कभी पानी के अस्तित्व के लिए बहुत गर्म माना जाता था। बर्फीले क्षेत्रों से अंदर की ओर पलायन करने के बजाय, ये ग्रह आंतरिक परिवर्तन के माध्यम से जल-धारण करने वाली दुनिया बन सकते थे।अध्ययन में आगे प्रस्ताव दिया गया है कि हाइसीन ग्रह, पानी की विशाल परतों के ऊपर हाइड्रोजन वायुमंडल वाले विश्व, पहले की कल्पना से अधिक सामान्य हो सकते हैं। इसका अस्तित्व हाइड्रोजन-प्रभुत्व वाले उप-नेप्च्यून और महासागर से ढके सुपर-अर्थों के बीच एक पुल के रूप में कार्य करता है। यदि सत्यापित हो, तो यह प्रक्रिया उच्च दबाव रसायन विज्ञान द्वारा शासित एकल गठन मॉडल के तहत दो पहले से अलग ग्रह श्रेणियों को एकीकृत कर सकती है।
आवास योग्यता और भविष्य के एक्सोप्लैनेट अनुसंधान के लिए निहितार्थ।
यह खोज वैज्ञानिकों द्वारा एक्सोप्लैनेट की रहने की क्षमता का मूल्यांकन करने के तरीके को गहराई से प्रभावित करती है। पानी की मौजूदगी परंपरागत रूप से किसी ग्रह पर जीवन को समर्थन देने की क्षमता के संकेतक के रूप में काम करती है, हालांकि, इन निष्कर्षों से पता चलता है कि पानी की प्रचुरता जरूरी नहीं कि ठंडे बाहरी क्षेत्रों में गठन या बर्फ रेखा से परे प्रवास का संकेत देती है। इसके बजाय, यह सतह के नीचे हाइड्रोजन और चट्टान के बीच परस्पर क्रिया के माध्यम से आंतरिक रूप से उत्पन्न हो सकता है।पानी का यह अंतर्जात उत्पादन उन पिछली धारणाओं को चुनौती देता है जो किसी ग्रह की संरचना को उसके मूल स्थान से सीधे जोड़ती थीं। अपने तारों के पास पूरी तरह से सूखी सामग्री से बने ग्रह अभी भी जल-समृद्ध हो सकते हैं, जिससे अन्य प्रणालियों में रहने योग्य वातावरण की खोज को नया आकार मिल सकता है।जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) और आगामी एरियल मिशन सहित वेधशालाओं की अगली पीढ़ी जल वाष्प, हाइड्रोजन और सिलिकॉन हाइड्राइड के लिए उप-नेप्च्यून के वायुमंडलीय स्पेक्ट्रा की जांच करने में सक्षम होगी। अंतर्जात और बहिर्जात जल हस्ताक्षरों के बीच अंतर करने से यह परीक्षण करने में मदद मिलेगी कि क्या यह तंत्र एक्सोप्लैनेटरी सिस्टम में व्यापक रूप से संचालित होता है।यदि जल-समृद्ध वायुमंडल वास्तव में गहरी रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जा सकता है, तो यह ग्रह विज्ञान में एक महत्वपूर्ण मोड़ होगा, एक ऐसा बिंदु जहां रहने की क्षमता किसी ग्रह के जन्मस्थान पर कम और उसके आंतरिक भू-रसायन विज्ञान पर अधिक निर्भर करेगी। इसलिए, प्रकृति अध्ययन के निष्कर्ष खगोल विज्ञान के केंद्रीय प्रश्नों में से एक को फिर से परिभाषित करते हैं: न केवल पानी कहाँ से आता है, बल्कि ग्रह स्वयं इसे कैसे बना सकते हैं।ये भी पढ़ें | 70 करोड़ साल पुराना यह जीवाश्म आज भी रंग बदलते हुए चमकता है; वैज्ञानिकों को आख़िरकार पता चल गया कि ऐसा क्यों है।
