नासाची पुढील महान वेधशाळा दूरच्या जगांवरील महासागर त्यांच्या चमकातून शोधू शकते

5,500 हून अधिक बहिर्ग्रह, तरीही एकही परग्रही महासागर पुष्टी झालेला नाही

बहिर्ग्रहांची गणना आता 5,500 हून अधिक पुष्टी झालेल्या जगांपर्यंत पोहोचली आहे, आणि त्यांपैकी डझनभर ग्रह त्यांच्या पालक ताऱ्यांच्या राहण्यायोग्य क्षेत्रात — म्हणजे द्रव पाणी तत्त्वतः शक्य असलेल्या समशीतोष्ण पट्ट्यात — आहेत. तरीही हा सातत्याने वाढणारा नमुना असूनही, खगोलशास्त्रज्ञांनी दुसऱ्या ग्रहावर द्रव महासागर कधीही निश्चितपणे शोधलेला नाही. अपेक्षा आणि पुरावा यांतील ही तफावतच नवीन अभ्यासाचे लक्ष्य आहे.

हे संशोधन ॲरिझोना विद्यापीठाच्या एलिनॉर कॉर्निश आणि टायलर रॉबिन्सन यांनी केले आहे. त्यांचा शोधनिबंध arXiv वर प्री-प्रिंट स्वरूपात उपलब्ध आहे आणि Astrophysical Journal मध्ये सादर केला गेला आहे. दूरच्या वातावरणाची रसायनशास्त्र थेट मोजण्याचा प्रयत्न करण्याऐवजी, या दोघांनी एक अशी खूण तपासली जी एकाच वेळी वैशिष्ट्यपूर्ण आणि भौमितिक आहे: ताऱ्यांचा प्रकाश ग्रहाच्या पाण्यावर क्षितिजस्पर्शी कोनात पडल्यावर ग्रह दुर्बिणीकडे परत फेकतो तो "ग्लिंट".

ग्लिंट: पाणी परत पाठवणारी आरशासारखी खूण

भौतिकशास्त्रज्ञ ज्याला औपचारिकपणे स्पेक्युलर रिफ्लेक्शन म्हणतात, ते सूर्यास्ताच्या वेळी समुद्रकिनाऱ्यावर उभ्या राहिलेल्या कोणालाही परिचित असते. सूर्यप्रकाश कमी कोनात समुद्रावर पडल्यावर क्षितिज सोनेरी चमकाने उजळून निघते — महासागर क्षणभर गडद पाण्याच्या पिंडासारखा न वागता, पॉलिश केलेल्या धातूच्या पत्र्यासारखा वागतो.

हे केवळ पाणीच करते असे नाही. सोने, योग्य कोनातून पाहिल्यास, सुप्रसिद्ध ग्लिंट निर्माण करते. पण पाण्याचे वर्तन सामान्य ग्रहपृष्ठाच्या उर्वरित भागाच्या तुलनेत ठळकपणे वेगळे ठरते. वाळू, खडक आणि माती यांना भौतिकशास्त्रज्ञ लॅम्बर्शियन पृष्ठे म्हणतात: ती येणारा प्रकाश सर्व दिशांना बऱ्यापैकी समानपणे विखुरतात, त्यामुळे कोणत्याही एका दृष्टिकोनातून ती अचानक तळपत नाहीत.

पाणी मात्र काहीसे आरशासारखे वागते. थेट वरून पाहिल्यास, प्रकाश बहुतांश थेट आत शिरतो किंवा फक्त किरकोळ परावर्तित होतो. पण प्रकाश उथळ कोनात पृष्ठभागावर आदळल्यावर, भौतिकशास्त्रज्ञांना चांगल्या प्रकारे समजलेल्या नियमांनुसार त्याचा बराचसा भाग परावर्तित होतो. हे कोनावर अवलंबून असलेले वर्तनच ग्लिंटला इतके आकर्षक लक्ष्य बनवते: ही अशी खूण आहे जी केवळ विशिष्ट भौमितीत दिसते, आणि तीही तेव्हाच जेव्हा तिथे खरोखर परावर्तक द्रव असतो.

पाहण्याचा कोनच सर्व काही का ठरवतो

बहिर्ग्रहासाठी, ग्लिंटसाठी आवश्यक असलेली उथळ-कोन भौमिती त्याच्या अर्धचंद्र अवस्थेत घडते. त्या क्षणी, निरीक्षकाला बहुतांश ग्रहाची रात्र बाजू दिसते आणि दिवसाच्या बाजूची केवळ एक पातळ पट्टी प्रकाशित असते. त्या परिस्थितीत महासागरावर आदळणारा येणारा ताऱ्यांचा प्रकाश जवळजवळ थेट दुर्बिणीत परावर्तित होऊ शकतो, ज्यामुळे ग्रह अन्यथा दिसण्यापेक्षा नाट्यमयरीत्या अधिक तेजस्वी दिसतो.

हा परिणाम क्षणिक आणि अवस्थेवर अवलंबून असतो, आणि म्हणूनच तो उपयुक्त ठरतो. उघड्या खडकाचा तुकडा त्याची नक्कल करू शकत नाही. जाड, एकसमान ढगांचा थर तो झाकोळून टाकेल. ग्रहाच्या कक्षीय भौमितीसोबतच दिसणारी आणि नाहीशी होणारी चमक ही पृष्ठभागावर काहीतरी गुळगुळीत आणि परावर्तक असल्याचा ठळक संकेत आहे.

हे तंत्र आधीच यशस्वी झाले आहे — फक्त बहिर्ग्रहांवर नाही

स्पेक्युलर ग्लिंट ही केवळ सैद्धांतिक जिज्ञासा नाही. ती यापूर्वी दोन अगदी वेगळ्या संदर्भांत निरीक्षित झाली आहे:

• टायटन: 2009 मध्ये, कॅसिनी अवकाशयानाने शनीच्या सर्वात मोठ्या चंद्राच्या पृष्ठभागावर पसरलेल्या हायड्रोकार्बन सरोवरांवरून परावर्तित होणारा स्पेक्युलर ग्लिंट शोधला.
• पृथ्वी: त्याच्या काही दशकांपूर्वी, कार्ल सागान यांचा समावेश असलेल्या संशोधकांच्या गटाने पृथ्वीवरील गॅलिलिओच्या उड्डाणादरम्यान आपल्या स्वतःच्या महासागरांवरून येणारा ग्लिंट पाहिला.

दुसऱ्या शब्दांत, भौतिकशास्त्र सिद्ध आहे आणि निरीक्षणाची संकल्पना खऱ्या लक्ष्यांवर प्रात्यक्षिकाद्वारे दाखवली गेली आहे. जे अद्याप घडले नाही ते म्हणजे ती दुसऱ्या ताऱ्याभोवती फिरणाऱ्या ग्रहावर लागू करणे, जिथे खूण अत्यंत मंद असते आणि ग्रह नकाशा केलेला पृष्ठभाग नसून न सोडवलेला प्रकाशबिंदू असतो. हीच तफावत नवीन कार्य संबोधित करते.

वातावरण मॉडेलची फेररचना: rfast आणि Cox-Munk यांची भेट

गोंगाटयुक्त बहिर्ग्रह डेटामधून ग्लिंट खरोखर वेगळा काढता येईल का हे तपासण्यासाठी, ॲरिझोना संशोधकांनी rfast नावाच्या विद्यमान वातावरणीय मॉडेलिंग साधनाकडे वळले. त्यांनी ग्लिंट शोधण्याच्या उद्देशाने त्यात बदल केला आणि Cox-Munk महासागर मॉडेल नावाचा घटक जोडला.

Cox-Munk दृष्टिकोन महत्त्वाचा आहे कारण खरा महासागर कधीही परिपूर्ण आरसा नसतो. वारा सतत पृष्ठभागावर निर्माण करत राहतो, ज्यामुळे असंख्य लहान लाटांचे तुकडे थोड्या वेगळ्या कोनांवर झुकतात. या लहरी ग्लिंट पसरवतात आणि दुर्बिणीपर्यंत परत येणाऱ्या प्रकाशाचे प्रमाण बदलतात. वाऱ्याचा वेग आणि लाटांचे वर्तन त्यांच्या सिम्युलेशनमध्ये समाविष्ट करून, संशोधक केवळ ग्लिंट अस्तित्वात आहे का हेच नव्हे, तर वास्तववादी परिस्थितीत ती चमक किती तेजस्वी आणि किती रुंद दिसेल हेही मॉडेल करू शकले.

महत्त्वाचे म्हणजे, सुधारित साधनाने चांगली कामगिरी केली. संशोधकांना आढळले की तुलनेने उच्च गोंगाट मर्यादांवरही — म्हणजे जेव्हा डेटा आदर्श निरीक्षणापेक्षा बराच गोंधळलेला असतो तेव्हाही — मॉडेल ग्रहांमध्ये फरक करण्यास सक्षम ठरले. हा निकाल महत्त्वाचा आहे कारण खरे बहिर्ग्रह मापन नेहमी ताऱ्यांच्या तेजाने, यंत्राच्या गोंगाटाने आणि ग्रहाचा प्रकाश त्याच्या ताऱ्यापासून वेगळा करण्याच्या कठीण कामाने दूषित असते.

लाटा शोध का गुंतागुंतीचा — आणि बळकट — करतात

लाटांची क्रिया दोन्ही बाजूंनी परिणाम करते. खवळलेला समुद्र ग्लिंट अधिक रुंद कोनांवर विखुरतो, ज्यामुळे चमकेची सर्वोच्च तेजस्विता कमी होऊ शकते. पण वारा पृष्ठभागाला खडबडीत करतो त्याप्रकारे एक अंदाज करता येणारी, कोनावर अवलंबून असलेली स्वाक्षरीही तयार होते. ही स्वाक्षरी समजून घेतल्यामुळेच एखादा शोध यादृच्छिक तेजस्वितेपासून वेगळा ओळखता येतो, आणि म्हणूनच सुस्थापित महासागर मॉडेल वातावरणीय सिम्युलेशनमध्ये समाविष्ट करणे ही केवळ तांत्रिक तपशील नाही.

हायसियन जग आणि मोठा दाव

ग्लिंटचा शोध पाण्याने समृद्ध ग्रहांबद्दलच्या व्यापक आणि वाढत्या चर्चेशी जोडला जातो. लक्ष वेधून घेणाऱ्या एका श्रेणीला तथाकथित "हायसियन" जग म्हणतात — हायड्रोजनने समृद्ध आकाशाखाली पूर्णपणे महासागरांनी झाकलेले असू शकणारे ग्रह. अशी जगे अस्तित्वात असल्यास, ती ग्लिंट शोधासाठी प्रमुख उमेदवार ठरतील, कारण संपूर्ण ग्रह व्यापणारा महासागर विखुरलेल्या सरोवरापेक्षा किंवा समुद्रापेक्षा कितीतरी अधिक परावर्तक पृष्ठभाग देतो.

हे बक्षीस केवळ सौंदर्यात्मक नाही. द्रव महासागराची पुष्टी ही सूर्यमालिकेबाहेरील ग्रहावरील पृष्ठभागावरील पाण्याचा पहिला थेट पुरावा ठरेल, ज्यामुळे राहण्यायोग्यतेबद्दलचा संवाद मॉडेलिंग आणि अनुमानाकडून निरीक्षणाच्या अधिक जवळ जाईल. त्यामुळे भविष्यातील वातावरणीय अभ्यासांसाठी लक्ष्य-यादीही अधिक स्पष्ट होईल, कारण पुष्टी झालेला महासागर असलेला ग्रह केवळ योग्य तापमान पट्ट्यात असलेल्या ग्रहापेक्षा जैवसंकेतांच्या शोधासाठी कितीतरी अधिक आकर्षक ठिकाण ठरतो.

ती चमक खरोखर पाहण्यासाठी काय लागेल

बहिर्ग्रहावरून ग्लिंट शोधण्यासाठी संयम आणि एका विशिष्ट प्रकारच्या यंत्राची गरज असते. खगोलशास्त्रज्ञांना ग्रहाच्या संपूर्ण कक्षीय चक्रादरम्यान त्याचे निरीक्षण करावे लागेल, आणि अर्धचंद्र भौमितीसोबत दिसणारी व मावळणारी तेजस्वितेची चमक पाहावी लागेल. ही खूण सूक्ष्म असते, त्यामुळे मोठ्या संकलन क्षेत्रावर, स्थिर प्रकाशिकीवर आणि ग्रहाचा मंद प्रकाश त्याच्या ताऱ्याच्या प्रचंड तेजापासून वेगळा करण्याच्या क्षमतेवर भर दिला जातो.

इथेच नासाच्या पुढील पिढीतील महान वेधशाळा संबंधित ठरतात. ग्लिंट पद्धतीचे आश्वासन असे आहे की तिला ग्रहाचा बिंब सोडवण्याची किंवा त्याचे वातावरण रेणू-दर-रेणू वैशिष्ट्यीकृत करण्याची गरज नाही. तिला योग्य क्षणी तेजस्वितेतील बदल मोजण्याची गरज असते — तुलनेने साधे निरीक्षण, जे पुरेसे शक्तिशाली भविष्यातील दुर्बिणीला तत्त्वतः वारंवार करता येईल.

यात काहीही हमी नाही. ढग, धुके, जाड वातावरण आणि यंत्रातील पद्धतशीर त्रुटी हे परिणाम लपवू शकतात किंवा त्याची नक्कल करू शकतात, आणि शोधनिबंधाचे सकारात्मक निष्कर्ष शोधाऐवजी मॉडेलिंगवर आधारित आहेत. पण हा दृष्टिकोन टायटनवर आणि पृथ्वीवर आधीच सत्यापित झालेल्या भौतिकशास्त्रावर आधारित आहे, आणि rfast-आधारित नवीन कार्य सुचवते की खगोलशास्त्रज्ञांना प्रत्यक्षात भेडसावणाऱ्या गोंगाट पातळींमध्येही ही खूण टिकून राहू शकते. तीन दशकांपासून जगांची यादी तयार करत असूनही एकही महासागर पुष्टी करू न शकलेल्या क्षेत्रासाठी, परावर्तित ताऱ्यांच्या प्रकाशाची योग्य वेळी येणारी चमक ही अखेर हा प्रश्न निकाली काढणारी सफलता ठरू शकते.

हा लेख Universe Today च्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.