पृथ्वी के गर्म आवरण में देखी गई रासायनिक प्रक्रियाओं की जांच करके, कॉर्नेल वैज्ञानिकों ने बेसाल्ट-आधारित वर्णक्रमीय हस्ताक्षरों की एक लाइब्रेरी विकसित करना शुरू कर दिया है जो न केवल हमारे सौर मंडल के बाहर ग्रहों की संरचना को प्रकट करने में मदद करेगी बल्कि उन एक्सोप्लैनेट पर पानी के साक्ष्य प्रदर्शित कर सकती है।
इंजीनियरिंग के प्रोफेसर एस्टेबन गज़ेल ने कहा, “जब पृथ्वी का आवरण पिघलता है, तो यह बेसाल्ट उत्पन्न करता है।” उन्होंने कहा, बेसाल्ट, पूरे सौर मंडल में पाई जाने वाली एक भूरे-काले ज्वालामुखीय चट्टान है, जो भूगर्भिक इतिहास के प्रमुख रिकार्डर हैं।
उन्होंने कहा, “जब मंगल ग्रह का आवरण पिघला, तो इससे बेसाल्ट भी उत्पन्न हुआ। चंद्रमा ज्यादातर बेसाल्टिक है।” “हम जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप डेटा के माध्यम से अंततः एक्सोप्लैनेट की संरचना को स्पष्ट करने के लिए पृथ्वी पर बेसाल्टिक सामग्रियों का परीक्षण कर रहे हैं।”
गज़ेल और एमिली फर्स्ट, एक पूर्व कॉर्नेल पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता और अब मिनेसोटा के मैकलेस्टर कॉलेज में सहायक प्रोफेसर, 14 नवंबर को “बेसाल्टिक रॉकी एक्सोप्लैनेट्स के लिए मिड-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा” के लेखक हैं। प्रकृति खगोल विज्ञान.
गज़ेल ने कहा, यह समझना कि खनिज उन प्रक्रियाओं को कैसे रिकॉर्ड करते हैं जिन्होंने इन चट्टानों को बनाया है, और उनके स्पेक्ट्रोस्कोपिक हस्ताक्षर उनकी लाइब्रेरी को विकसित करने में पहला कदम है।
“हम जानते हैं कि अधिकांश एक्सोप्लैनेट बेसाल्ट का उत्पादन करेंगे, यह देखते हुए कि उनके मेजबान तारे की धात्विकता के परिणामस्वरूप मेंटल खनिज (लौह-मैग्नीशियम सिलिकेट्स) होंगे, ताकि जब वे पिघलें, तो चरण संतुलन (पदार्थ की दो अवस्थाओं के बीच संतुलन) भविष्यवाणी करता है कि परिणामी लावा बेसाल्टिक होगा,” गज़ेल ने कहा। “यह न केवल हमारे सौर मंडल में, बल्कि संपूर्ण आकाशगंगा में भी प्रचलित होगा।”
पहले अंतरिक्ष दूरबीन के मध्य-अवरक्त स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा पता लगाए जा सकने वाले वर्णक्रमीय संकेतों के लिए 15 बेसाल्टिक नमूनों की उत्सर्जन क्षमता को मापा गया – जिस हद तक एक सतह ऊर्जा का विकिरण करती है।
एक बार जब किसी बाह्य ग्रह पर बेसाल्ट पिघल जाता है और ठंडा हो जाता है, तो बेसाल्ट कठोर होकर ठोस चट्टान में बदल जाता है, जिसे पृथ्वी पर लावा के रूप में जाना जाता है। यदि मौजूद है तो यह चट्टान पानी के साथ संपर्क कर सकती है, जिससे नए हाइड्रेटेड खनिज बनते हैं जिन्हें इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा में आसानी से देखा जा सकता है। ये परिवर्तित खनिज एम्फिबोल (एक जलीय सिलिकेट) या सर्पेन्टाइन (एक अन्य जलीय सिलिकेट, जो सांप की त्वचा जैसा दिखता है) बन सकते हैं।
गैज़ल ने कहा, बेसाल्ट नमूनों के बीच छोटे वर्णक्रमीय अंतर की जांच करके, वैज्ञानिक सिद्धांत रूप से यह निर्धारित कर सकते हैं कि क्या किसी एक्सोप्लैनेट में कभी सतह पर पानी बहता था या उसके आंतरिक भाग में पानी था।
पानी का प्रमाण तुरंत सामने नहीं आता है, और इस प्रकार का पता लगाने से पहले आगे काम करने की आवश्यकता है। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) को – पृथ्वी से लगभग 1 मिलियन मील – प्रकाश-वर्ष दूर एक सिस्टम पर ध्यान केंद्रित करने में दर्जनों से सैकड़ों घंटे लगेंगे, फिर डेटा का विश्लेषण करने में अधिक समय लगेगा।
अनुसंधान समूह – अपनी परिकल्पनाओं को अनुकरण करने और 15 अलग-अलग हस्ताक्षरों पर विचार करने के लिए एक चट्टानी एक्सोप्लैनेट की तलाश में – सुपर अर्थ एक्सोप्लैनेट एलएचएस 3844 बी से डेटा का उपयोग करता है, जो 48 प्रकाश वर्ष से थोड़ा अधिक दूर एक लाल बौने की परिक्रमा करता है।
खगोल विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर, निकोल लुईस की प्रयोगशाला में काम करने वाले इशान मिश्रा ने यह अनुकरण करने के लिए कंप्यूटर कोड मॉडलिंग फर्स्ट के वर्णक्रमीय डेटा को लिखा कि JWST को अलग-अलग एक्सोप्लैनेट सतहें कैसे दिखाई दे सकती हैं।
लुईस ने कहा कि मॉडलिंग टूल का उपयोग सबसे पहले अन्य अनुप्रयोगों के लिए किया गया था। उन्होंने कहा, “ईशान के कोडिंग टूल का उपयोग मूल रूप से सौर मंडल में बर्फीले चंद्रमाओं का अध्ययन करने के लिए किया गया था।” “अब हम अंततः सौर मंडल के बारे में जो कुछ भी हमने सीखा है उसे एक्सोप्लैनेट में अनुवाद करने का प्रयास कर रहे हैं।”
“लक्ष्य विशेष रूप से ग्रह एलएचएस 3844बी का आकलन करना नहीं था,” फर्स्ट ने कहा, “बल्कि आने वाले वर्षों में जेडब्लूएसटी और अन्य वेधशालाओं द्वारा देखे जा सकने वाले बेसाल्टिक चट्टानी एक्सोप्लैनेट की एक प्रशंसनीय श्रृंखला पर विचार करना था।”
एक्सोप्लैनेट के संदर्भ में, शोधकर्ताओं ने कहा कि चट्टानी सतहों की खोज ज्यादातर एकल डेटा बिंदुओं तक ही सीमित रही है – वैज्ञानिक साहित्य में केवल प्रकार के रसायन का प्रमाण ढूंढना, लेकिन यह कई घटकों में बदल रहा है क्योंकि पर्यवेक्षक JWST का उपयोग कर रहे हैं .
भूवैज्ञानिकों ने कहा कि खनिज विज्ञान और थोक रासायनिक संरचना से संबंधित हस्ताक्षरों को छेड़ने की कोशिश करके – उदाहरण के लिए, एक चट्टान में कितना सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम है – भूवैज्ञानिक उन परिस्थितियों के बारे में थोड़ा और बता सकते हैं जिनके तहत चट्टान का निर्माण हुआ। .
“पृथ्वी पर, यदि आपके पास समुद्र तल की गहराई में मध्य-महासागर की चोटियों से निकलने वाली बेसाल्टिक चट्टानें हैं, जबकि हवाई जैसे समुद्री द्वीपों पर फूटने वाली चट्टानें हैं,” पहले ने कहा, “आपको थोक रसायन विज्ञान में कुछ अंतर दिखाई देंगे। लेकिन समान चट्टानें भी थोक रसायन विज्ञान में विभिन्न खनिज शामिल हो सकते हैं, इसलिए जांच करने के लिए ये दोनों महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं।”
फ़र्स्ट, गज़ेल, लुईस और मिश्रा के अलावा, सह-लेखक जोनाथन लेटाई ’23, नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी हैं; और भौतिक विज्ञानी लियोनार्ड हैनसेन, पीएच.डी. ’85, हाल ही में राष्ट्रीय मानक एवं प्रौद्योगिकी संस्थान से सेवानिवृत्त हुए।
लुईस कॉर्नेल के कार्ल सागन इंस्टीट्यूट में फैकल्टी फेलो हैं।
नेशनल साइंस फाउंडेशन, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी और हेइज़िंग-साइमन्स फाउंडेशन/51 पेगासी बी फ़ेलोशिप ने इस शोध का समर्थन किया।
