युरेनस आणि नेपच्यूनच्या आत एक नवी सुपरआयनिक अवस्था असू शकते

बर्फ-दैत्यांच्या खाली पदार्थाचे सिम्युलेशन

युरेनस आणि नेपच्यूनच्या खोल भागात पदार्थ असा वागू शकतो जो आपल्याला परिचित असलेल्या घन, द्रव किंवा वायू या श्रेणींमध्ये बसत नाही. कार्नेगीचे शास्त्रज्ञ Cong Liu आणि Ronald Cohen यांनी केलेल्या नव्या संगणकीय सिम्युलेशन्सनुसार, बर्फ-दैत्य ग्रहांच्या आत असल्याचे मानल्या जाणाऱ्या अतिशय प्रचंड दाब आणि तापमानाखाली कार्बन हायड्राइड एक असामान्य अर्ध-एक-आयामी सुपरआयनिक अवस्था तयार करू शकते.

Science Daily नुसार Nature Communications मध्ये प्रकाशित झालेला हा अभ्यास युरेनस आणि नेपच्यूनच्या दृश्यमान वायुमंडलांच्या खूप खाली असलेल्या परिस्थितींवर लक्ष केंद्रित करतो. या ग्रहांना अनेकदा बर्फ-दैत्य म्हटले जाते, पण ते नाव दिशाभूल करणारे ठरू शकते. त्यांचे अंतर्भाग फक्त गोठलेले साठे नाहीत. ती उच्च-दाबाची वातावरणे आहेत, जिथे सामान्य संयुगे विलक्षण रूपे धारण करू शकतात.

सुपरआयनिक म्हणजे काय

सुपरआयनिक पदार्थात संरचनेचा एक भाग घनासारखा वागतो, तर दुसरा भाग द्रवासारखा. दिलेल्या स्त्रोताच्या वर्णनानुसार, एका अंदाजित अवस्थेत हायड्रोजन अणू कठोर कार्बन चौकटीतून सर्पिल मार्गाने फिरतात. असे मिश्र वर्तन युरेनस, नेपच्यून आणि अशा इतर ग्रहांच्या अंतर्भागातून उष्णता व वीज कशी वाहते हे बदलू शकते.

अर्ध-एक-आयामी हा शब्द सिम्युलेशनमध्ये दिसलेल्या गतीच्या नमुन्याकडे निर्देश करतो. सर्व दिशांनी मोकळेपणाने फिरण्याऐवजी हायड्रोजनचे वर्तन कार्बन संरचनेतील सर्पिल मार्गांपुरते मर्यादित राहते. अशी अंतर्गत मांडणी रोजच्या रसायनशास्त्रापासून खूप दूर आहे, पण ग्रहांच्या अंतर्भागात प्राबल्य राखणारे भौतिकशास्त्र कदाचित असेच असते.

युरेनस आणि नेपच्यून समजावणे कठीण का आहे

युरेनस आणि नेपच्यून यांनी ग्रह-विज्ञानज्ञांसमोर अनेक कोडी उभी केली आहेत, ज्यात असामान्य चुंबकीय क्षेत्रे आणि गुंतागुंतीचे अंतर्गत उष्णता-वर्तन यांचा समावेश आहे. Science Daily च्या स्त्रोत मजकुरानुसार, ही सिम्युलेटेड सुपरआयनिक रचना या दूरच्या जगांच्या आत उष्णता आणि वीज कशी वाहते हे पुन्हा समजून घेण्यास भाग पाडू शकते, आणि त्यांच्या रहस्यमय चुंबकीय क्षेत्रांचे स्पष्टीकरण करण्यात मदत करू शकते.

ग्रहांचे चुंबकीय क्षेत्र ग्रहाच्या अंतर्भागातील विद्युतवाहक पदार्थाच्या हालचालीमुळे तयार होतात. जर खोल पदार्थांची चालकता, श्यानता किंवा उष्णता वाहतुकीची गुणधर्म पूर्वीच्या गृहितकांपेक्षा वेगळे असतील, तर त्या क्षेत्रांचे मॉडेल सुधारावे लागू शकते. त्यामुळे सुपरआयनिक कार्बन हायड्राइड अवस्था केवळ रसायनशास्त्रीय कुतूहल ठरणार नाही. ती ग्रह मॉडेलच्या मूलभूत रचनेवर परिणाम करू शकते.

एक्सोप्लॅनेटचा व्यापक संदर्भ

दिलेल्या मजकुरानुसार 6,000 पेक्षा जास्त एक्सोप्लॅनेट सापडले आहेत, त्यामुळे ही शोध महत्त्वाची ठरते. त्यांपैकी अनेक पृथ्वीसारखे नाहीत, आणि काही युरेनस व नेपच्यूनच्या अंतर्गत परिस्थितींशी मिळतीजुळती किंवा त्याहूनही अधिक टोकाची असू शकतात. अशा विचित्र अंतर्गत अवस्थांचे आकलन केल्याने मर्यादित निरीक्षण डेटावरून ग्रहाचे वस्तुमान, त्रिज्या, चुंबकीय वर्तन आणि उष्णीय उत्क्रांती समजावता येते.

एक्सोप्लॅनेटसाठी संशोधकांना थेट अंतर्भागांचे नमुने घेता येत नाहीत. ते निरीक्षित गुणधर्मांना संभाव्य रचना आणि अंतर्गत अवस्थांशी जोडणाऱ्या मॉडेल्सवर अवलंबून असतात. जर कार्बन, हायड्रोजन, पाणी, मिथेन आणि अमोनिया दाबाखाली अनपेक्षित संरचना तयार करतात, तर सोप्या संरचना-लेबलांवर आधारित ग्रहवर्गीकरणे अपूर्ण ठरतात.

गरम बर्फ हे सामान्य बर्फ नाही

युरेनस आणि नेपच्यूनच्या अंतर्भागात कधी कधी गरम बर्फ असे वर्णन केले जाणारे थर असू शकतात, असे मानले जाते. हे भाग बाहेरील हायड्रोजन-हीलियम वायुमंडलांच्या खाली आणि घन कोरांच्या वर स्थित असतात. वैज्ञानिकांचा विश्वास आहे की त्यात पाणी, मिथेन आणि अमोनिया यांसारखी संयुगे असू शकतात, पण प्रचंड दाब आणि तापमानात ही रेणू अपरिचित अवस्थांमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात.

कार्बन हायड्राइड सिम्युलेशन हे बर्फ-दैत्यांच्या अंतर्भागातील खऱ्या पदार्थांचा शोध घेणाऱ्या व्यापक प्रयत्नांचा भाग आहे. ते सूचित करते की कार्बन आणि हायड्रोजन, हे दोन्ही ग्रह-रसायनशास्त्राचे मुख्य घटक, अशा रचनेत संघटित होऊ शकतात ज्याची वैशिष्ट्ये सामान्य समजुतीत बसत नाहीत.

आधी सिम्युलेशन, नंतर पुरावा

समर्थित निष्कर्ष संगणकीय आहे. संशोधकांनी ती अवस्था भाकीत करण्यासाठी प्रगत सिम्युलेशन्स वापरल्या; दिलेल्या स्त्रोतामध्ये ती प्रयोगशाळेत भौतिकरित्या तयार केल्याचे वर्णन नाही. हा फरक महत्त्वाचा आहे. सिम्युलेशन्स सिद्धांताला दिशा देऊ शकतात आणि संभाव्य अवस्था ओळखू शकतात, पण समान दाब आणि तापमानात प्रयोगात्मक पुष्टी मिळाल्यास दावा अधिक मजबूत होईल.

तरीही, फर्स्ट-प्रिन्सिपल्स सिम्युलेशन्स ही अत्यंत कठीण वातावरणे अभ्यासण्याची महत्त्वाची साधने आहेत. थेट मोजमाप अजून शक्य नसताना, अणू कसे मांडले जाऊ शकतात आणि कसे हालचाल करू शकतात हे त्या वैज्ञानिकांना तपासू देतात. ग्रहविज्ञानात हे सैद्धांतिक काम पुढे कोणते प्रयोग आणि मोहिमा काय शोधतील हेही ठरवते.

दूरस्थ जगांचा खोल दृष्टिकोन

संभाव्य सुपरआयनिक कार्बन हायड्राइड अवस्था बर्फ-दैत्य मॉडेल्ससाठी एक नवीन संभाव्य घटक देते. ती युरेनस आणि नेपच्यूनच्या आत उष्णता आणि वीज कशी वागते हे समजावण्यास मदत करू शकते, आणि अशाच अंतर्गत परिस्थिती असलेल्या दूरच्या ग्रहांच्या व्याख्येलाही सुधारू शकते.

ही शोध बर्फ-दैत्यांच्या गूढांचे अंतिम उत्तर नाही. हे अधिक नेमके प्रश्न आहे: जर नेपच्यूनसारख्या परिस्थितींमध्ये हायड्रोजन कठोर कार्बन चौकटीतून जाऊ शकत असेल, तर त्याच्या वरच्या ग्रहात काय बदल होतो? केवळ दूरून अभ्यास करता येणाऱ्या जगांसाठी, अशा पदार्थविषयक अंतर्दृष्टीमुळे ढगांच्या खाली काय आहे हे समजण्याच्या दिशेने मोठे पाऊल टाकले जाते.

हा लेख Science Daily च्या वार्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.