जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के साथ नए अवलोकन अब पृथ्वी के आकार के चट्टानी ग्रह के चारों ओर वायुमंडल की उपस्थिति से इनकार नहीं करते हैं। हालाँकि, भूवैज्ञानिक रूप से सक्रिय ग्रह भी डेटा की व्याख्या करता है।
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) के साथ हाल के मापों ने एक्सोप्लैनेट ट्रैपिस्ट -1 बीएस प्रकृति की वर्तमान समझ पर संदेह जताया है। अब तक, यह माना जाता था कि यह बिना वायुमंडल वाला एक काला चट्टानी ग्रह है, जिसका आकार विकिरण और उल्कापिंडों के अरबों साल लंबे ब्रह्मांडीय प्रभाव से हुआ है। विपरीत सत्य प्रतीत होता है। सतह पर अपक्षय का कोई संकेत नहीं दिखता है, जो ज्वालामुखी और प्लेट टेक्टोनिक्स जैसी भूवैज्ञानिक गतिविधि का संकेत दे सकता है। वैकल्पिक रूप से, कार्बन डाइऑक्साइड से बना धुँधले वातावरण वाला ग्रह भी व्यवहार्य है। परिणाम पतले वायुमंडल वाले एक्सोप्लैनेट के गुणों को निर्धारित करने की चुनौतियों को प्रदर्शित करते हैं।
ट्रैपिस्ट-1 बी सात चट्टानी ग्रहों में से एक है जो 40 प्रकाश वर्ष दूर स्थित ट्रैपिस्ट-1 तारे की परिक्रमा कर रहा है। ग्रह प्रणाली अद्वितीय है क्योंकि यह खगोलविदों को अपेक्षाकृत करीब से सात पृथ्वी जैसे ग्रहों का अध्ययन करने की अनुमति देती है, जिनमें से तीन तथाकथित रहने योग्य क्षेत्र में हैं। यह ग्रह मंडल का वह क्षेत्र है जहां किसी ग्रह की सतह पर तरल पानी हो सकता है। आज तक, दस अनुसंधान कार्यक्रमों ने जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) के साथ 290 घंटों के लिए इस प्रणाली को लक्षित किया है।
वर्तमान अध्ययन, जिसमें हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी (एमपीआईए) के शोधकर्ता महत्वपूर्ण रूप से शामिल हैं, का नेतृत्व पेरिस, फ्रांस में कमिसारियट ऑक्स एनर्जी एटॉमिक्स (सीईए) से एल्सा डुक्रोट ने किया था। यह अध्ययन जेडब्ल्यूएसटी में एमआईआरआई (मिड-इन्फ्रारेड इमेजर) के साथ ग्रह ट्रैपिस्ट-1 बी के थर्मल इंफ्रारेड विकिरण – अनिवार्य रूप से गर्मी विकिरण – के माप का उपयोग करता है और अब जर्नल में प्रकाशित किया गया है प्रकृति खगोल विज्ञान. इसमें पिछले साल के नतीजे शामिल हैं, जिन पर पिछले निष्कर्ष आधारित थे, जो ट्रैपिस्ट-1 बी को बिना वायुमंडल वाला एक काला चट्टानी ग्रह बताते हैं।
ट्रैपिस्ट-1 बी की परत भूवैज्ञानिक रूप से सक्रिय हो सकती है।
-हालांकि, वायुमंडल के बिना भारी अपक्षयित सतह वाले एक चट्टानी ग्रह का विचार वर्तमान माप के साथ असंगत है, – एमपीआईए के खगोलशास्त्री जेरोएन बौवमैन कहते हैं, जो अवलोकन कार्यक्रम के लिए संयुक्त रूप से जिम्मेदार थे। -इसलिए, हमारा मानना है कि ग्रह अपेक्षाकृत अपरिवर्तित सामग्री से ढका हुआ है। – आमतौर पर, सतह केंद्रीय तारे के विकिरण और उल्कापिंडों के प्रभाव से खराब हो जाती है। हालाँकि, परिणाम बताते हैं कि सतह पर मौजूद चट्टान अधिकतम 1000 वर्ष पुरानी है, जो कि ग्रह से काफी कम है, जिसके कई अरब वर्ष पुराने होने का अनुमान है।
यह संकेत दे सकता है कि ग्रह की परत नाटकीय परिवर्तनों के अधीन है, जिसे अत्यधिक ज्वालामुखी या प्लेट टेक्टोनिक्स द्वारा समझाया जा सकता है। भले ही ऐसा परिदृश्य अभी भी काल्पनिक है, फिर भी यह प्रशंसनीय है। ग्रह इतना बड़ा है कि इसके आंतरिक भाग ने इसके गठन से अवशिष्ट गर्मी बरकरार रखी होगी – जैसा कि पृथ्वी के साथ है। केंद्रीय तारे और अन्य ग्रहों का ज्वारीय प्रभाव ट्रैपिस्ट-1बी को भी विकृत कर सकता है, जिससे परिणामी आंतरिक घर्षण से गर्मी उत्पन्न होती है – जैसा कि हम बृहस्पति के चंद्रमा आयो में देखते हैं। इसके अलावा, पास के तारे के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरक तापन की कल्पना की जा सकती है।
क्या आख़िरकार ट्रैपिस्ट-1बी का कोई वातावरण हो सकता है?
एमपीआईए के एमेरिटस निदेशक थॉमस हेनिंग कहते हैं, -डेटा एक पूरी तरह से अलग समाधान की भी अनुमति देता है। वह MIRI उपकरण के प्रमुख वास्तुकारों में से एक थे। -पिछले विचारों के विपरीत, ऐसी स्थितियाँ हैं जिनके तहत ग्रह पर कार्बन डाइऑक्साइड (CO) से भरपूर घना वातावरण हो सकता है2),- वह आगे कहते हैं। इस परिदृश्य में एक महत्वपूर्ण भूमिका ऊपरी वायुमंडल में हाइड्रोकार्बन यौगिकों से निकलने वाली धुंध यानी स्मॉग की है।
दो अवलोकन कार्यक्रम, जो वर्तमान अध्ययन में एक दूसरे के पूरक हैं, थर्मल इंफ्रारेड रेंज (12.8 और 15 माइक्रोमीटर) में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर ट्रैपिस्ट -1 बी की चमक को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए थे। पहला अवलोकन CO की एक परत द्वारा ग्रह के अवरक्त विकिरण के अवशोषण के प्रति संवेदनशील था2. हालाँकि, कोई मंदता नहीं मापी गई, जिससे शोधकर्ता इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ग्रह पर कोई वायुमंडल नहीं है।
शोध दल ने मॉडल गणनाएं कीं जो दर्शाती हैं कि धुंध सीओ के तापमान स्तरीकरण को उलट सकती है2-समृद्ध वातावरण. आमतौर पर, उच्च दबाव के कारण निचली, जमीनी स्तर की परतें ऊपरी परतों की तुलना में अधिक गर्म होती हैं। जैसे ही धुंध तारे की रोशनी को अवशोषित करती है और गर्म होती है, इसके बजाय यह ऊपरी वायुमंडलीय परतों को गर्म कर देती है, जो ग्रीनहाउस प्रभाव द्वारा समर्थित होती है। परिणामस्वरूप, वहां मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड स्वयं अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करता है।
हम शनि के चंद्रमा टाइटन पर भी कुछ ऐसा ही घटित होते हुए देख रहे हैं। इसकी धुंध की परत संभवतः वायुमंडल में कार्बन युक्त गैसों से सूर्य की पराबैंगनी (यूवी) विकिरण के प्रभाव में बनती है। इसी तरह की प्रक्रिया ट्रैपिस्ट-1बी पर भी हो सकती है क्योंकि इसका तारा पर्याप्त मात्रा में यूवी विकिरण उत्सर्जित कर रहा है।
यह जटिल है।
भले ही डेटा इस परिदृश्य में फिट बैठता हो, फिर भी खगोलशास्त्री तुलनात्मक रूप से इसकी संभावना कम मानते हैं। एक ओर, सीओ से समृद्ध वातावरण से धुंध बनाने वाले हाइड्रोकार्बन यौगिकों का उत्पादन करना अधिक कठिन है, हालांकि असंभव नहीं है।2. हालाँकि, टाइटन के वायुमंडल में मुख्य रूप से मीथेन शामिल है। दूसरी ओर, समस्या यह बनी हुई है कि सक्रिय लाल बौने तारे, जिनमें ट्रैपिस्ट-1 भी शामिल है, विकिरण और हवाएँ उत्पन्न करते हैं जो अरबों वर्षों में आस-पास के ग्रहों के वायुमंडल को आसानी से नष्ट कर सकते हैं।
ट्रैपिस्ट-1 बी इस बात का ज्वलंत उदाहरण है कि वर्तमान में चट्टानी ग्रहों के वायुमंडल का पता लगाना और निर्धारित करना कितना मुश्किल है – यहां तक कि जेडब्ल्यूएसटी के लिए भी। वे गैस ग्रहों की तुलना में पतले हैं और केवल कमजोर मापने योग्य हस्ताक्षर उत्पन्न करते हैं। ट्रैपिस्ट-1 बी का अध्ययन करने के लिए दो अवलोकन, जो दो तरंग दैर्ध्य पर चमक मान प्रदान करते थे, लगभग 48 घंटे तक चले, जो संदेह से परे यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं था कि ग्रह पर वायुमंडल है या नहीं।
एक उपकरण के रूप में ग्रहण और भोग
प्रेक्षणों ने ट्रैपिस्ट-1 की हमारी दृष्टि रेखा की ओर ग्रह के तल के मामूली झुकाव का लाभ उठाया। इस अभिविन्यास के कारण सात ग्रह तारे के सामने से गुजरते हैं और प्रत्येक कक्षा के दौरान इसे थोड़ा धुंधला कर देते हैं। नतीजतन, इसके परिणामस्वरूप ग्रहों की प्रकृति और वायुमंडल के बारे में कई तरह से सीखने को मिलता है।
तथाकथित ट्रांजिट स्पेक्ट्रोस्कोपी एक विश्वसनीय विधि साबित हुई है। इसमें तरंग दैर्ध्य के आधार पर किसी तारे के ग्रह द्वारा उसके मद्धिम होने को मापना शामिल है। अपारदर्शी ग्रह पिंड द्वारा गुप्तता के अलावा, जिससे खगोलविद ग्रह का आकार निर्धारित करते हैं, वायुमंडलीय गैसें विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर तारों के प्रकाश को अवशोषित करती हैं। इससे वे यह अनुमान लगा सकते हैं कि किसी ग्रह पर वायुमंडल है या नहीं और उसमें क्या-क्या है। दुर्भाग्य से, इस पद्धति के नुकसान हैं, विशेषकर ट्रैपिस्ट-1 जैसी ग्रह प्रणालियों के लिए। ठंडे, लाल बौने सितारे अक्सर बड़े स्टारस्पॉट और मजबूत विस्फोट प्रदर्शित करते हैं, जो माप को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं।
ट्रैपिस्ट-1 बी के साथ वर्तमान अध्ययन में, खगोलविदों ने थर्मल इंफ्रारेड प्रकाश में तारे द्वारा गर्म किए गए एक एक्सोप्लैनेट के पक्ष को देखकर इस समस्या को काफी हद तक टाल दिया। ग्रह के तारे के पीछे गायब होने से ठीक पहले और बाद में उज्ज्वल दिन का किनारा देखना विशेष रूप से आसान है। ग्रह जो अवरक्त विकिरण छोड़ता है उसमें उसकी सतह और वायुमंडल के बारे में जानकारी होती है। हालाँकि, ऐसे अवलोकन ट्रांजिट स्पेक्ट्रोस्कोपी की तुलना में अधिक समय लेने वाले होते हैं।
इन तथाकथित माध्यमिक ग्रहण मापों की क्षमता को देखते हुए, नासा ने हाल ही में पास के, कम द्रव्यमान वाले सितारों के आसपास चट्टानी ग्रहों के वायुमंडल का अध्ययन करने के लिए एक व्यापक अवलोकन कार्यक्रम को मंजूरी दी है। इस असाधारण कार्यक्रम, 'रॉकी वर्ल्ड्स-' में JWST के साथ 500 घंटे का अवलोकन शामिल है।
ट्रैपिस्ट-1 के बारे में निश्चितता बी
अनुसंधान दल को उम्मीद है कि वह किसी अन्य अवलोकन संस्करण का उपयोग करके निश्चित पुष्टि प्राप्त करने में सक्षम होगा। यह तारे के चारों ओर ग्रह की पूरी कक्षा को रिकॉर्ड करता है, जिसमें अंधेरी रात की ओर से तारे के सामने से गुजरने से लेकर तारे द्वारा कवर किए जाने के कुछ समय पहले और बाद में उज्ज्वल दिन के सभी प्रकाश चरण शामिल हैं। यह दृष्टिकोण टीम को एक तथाकथित चरण वक्र बनाने की अनुमति देगा जो अपनी कक्षा के साथ ग्रह की चमक भिन्नता को दर्शाता है। परिणामस्वरूप, खगोलशास्त्री ग्रह की सतह के तापमान वितरण का अनुमान लगा सकते हैं।
टीम ट्रैपिस्ट-1 बी के साथ यह माप पहले ही कर चुकी है। ग्रह पर गर्मी कैसे वितरित होती है इसका विश्लेषण करके, वे वायुमंडल की उपस्थिति का अनुमान लगा सकते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि वातावरण गर्मी को दिन से रात की ओर ले जाने में मदद करता है। यदि दोनों पक्षों के बीच संक्रमण के समय तापमान में अचानक परिवर्तन होता है, तो यह वातावरण की अनुपस्थिति को इंगित करता है।
अतिरिक्त जानकारी
इस अध्ययन में शामिल एमपीआईए टीम में जेरोएन बाउमैन, थॉमस हेनिंग, ओलिवर क्रॉस और सिल्विया शेइथाउर शामिल थे।
अन्य शोधकर्ताओं में एल्सा डुक्रोट (LESIA, पेरिस ऑब्ज़र्वेटरी, CNRS, यूनिवर्सिटि पेरिस डाइडरॉट, यूनिवर्सिटे पियरे एट मैरी क्यूरी, मीडॉन, फ्रांस और यूनिवर्सिटे पेरिस-सैकले, यूनिवर्सिटि पेरिस सिटी, CEA, CNRS, AIM, गिफ-सुर-यवेटे, फ्रांस शामिल हैं। [CEA]), पियरे-ओलिवियर लैगेज (सीईए), माइकल मिन (एसआरओएन नीदरलैंड्स इंस्टीट्यूट फॉर स्पेस रिसर्च, लीडेन, नीदरलैंड्स) और माइकल गिलोन (एस्ट्रोबायोलॉजी रिसर्च यूनिट, यूनिवर्सिटी ऑफ लीज, लीज, बेल्जियम)
एमआईआरआई कंसोर्टियम में ईएसए सदस्य देश बेल्जियम, डेनमार्क, फ्रांस, जर्मनी, आयरलैंड, नीदरलैंड, स्पेन, स्वीडन, स्विट्जरलैंड और यूनाइटेड किंगडम शामिल हैं। राष्ट्रीय विज्ञान संगठन कंसोर्टियम के काम को वित्त पोषित करते हैं – जर्मनी में, मैक्स प्लैंक सोसाइटी (एमपीजी) और जर्मन एयरोस्पेस सेंटर (डीएलआर)। भाग लेने वाले जर्मन संस्थानों में हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी, कोलोन विश्वविद्यालय और ओबेरकोचेन में हेन्सोल्ड्ट एजी, पूर्व में कार्ल ज़ीस ऑप्ट्रोनिक्स शामिल हैं।
JWST अंतरिक्ष अनुसंधान के लिए दुनिया की अग्रणी वेधशाला है। यह नासा और उसके सहयोगियों, ईएसए (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) और सीएसए (कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी) के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय कार्यक्रम है।
