पृथ्वीपासून दूर, युरेनस आणि नेपच्यूनच्या आत एक विचित्र नवी पदार्थ-अवस्था असू शकते

ग्रहांच्या अंतर्भागात अधिक विचित्र भौतिकशास्त्र समोर येत आहे

युरेनस आणि नेपच्यून यांना अनेकदा ice giants म्हटले जाते, पण हा शब्द दिशाभूल करणारा ठरू शकतो. त्या ग्रहांच्या खोल आत बर्फ, द्रव आणि वायू याबद्दलच्या सामान्य कल्पना फारशा उपयोगी राहत नाहीत. तिथे दाब प्रचंड असतो, तापमान हजारो अंशांपर्यंत पोहोचते, आणि परिचित रेणू ओळखण्याजोग्या स्वरूपात टिकत नाहीत. अशा परिस्थितीत पदार्थ स्वतःला अशा प्रकारे संघटित करू शकतो, ज्याची दैनंदिन अनुभवातून कल्पनाही करणे कठीण आहे.

Universe Today ने अधोरेखित केलेला एक नवा अभ्यास या यादीत आणखी एक शक्यता जोडतो: कार्बन आणि हायड्रोजनपासून तयार झालेली “quasi-1D superionic” अवस्था. Nature Communications मध्ये प्रकाशित झालेला, Carnegie Institution मधील संशोधकांचा हा अभ्यास सुचवतो की पुरेशा उच्च दाब आणि तापमानात कार्बन आणि हायड्रोजन एक स्थिर संयुग तयार करू शकतात, ज्याची असामान्य रचना युरेनस आणि नेपच्यूनसारख्या ice giants च्या आत अस्तित्वात असू शकते.

हा निष्कर्ष टिकून राहिला, तर तो ग्रहांतील exotic materials च्या वाढत्या यादीत पदार्थाच्या नव्या अवस्थेची भर घालेल आणि या दूरच्या जगांच्या अंतर्गत रचना आणि उत्क्रांतीबद्दल शास्त्रज्ञ कसे विचार करतात, ते बदलू शकते.

प्रस्तावित पदार्थ कसे वागते

हा अभ्यास ग्रहविज्ञानातील एका परिचित समस्येपासून सुरू होतो. ice giants च्या आतल्या क्रशिंग परिस्थितीत methane आणि तत्सम रेणू तसेच टिकतील, अशी अपेक्षा नाही. आधीच्या कामानुसार, सुमारे 95 gigapascals वर methane तुटते, आणि hydrogen-rich पदार्थ तसेच हिऱ्यासारखे carbon allotropes तयार होतात.

नवीन संशोधन त्या मर्यादेपलीकडे खूप पुढे जाते. स्रोत मजकुरानुसार, 1100 gigapascals पेक्षा जास्त दाबात कार्बन आणि हायड्रोजन एक स्थिर संयुग तयार करतात, ज्यात कार्बन अणू chiral helix-आकाराच्या कडक जाळ्यात अडकतात. ते स्वतःमध्येच विचित्र आहे. पण तापमान जोडले गेले की आणखी रंजक वर्तन दिसून येते.

1000 ते 3000 kelvin दरम्यान, हे संयुग superionic अवस्थेत प्रवेश करते, असे सांगितले जाते. superionic पदार्थात संरचनेचा एक भाग घन राहतो, तर दुसरा भाग हालचालक्षम होतो आणि घन चौकटीत द्रवासारखे वागतो. इथे स्रोत त्या कल्पनेचा एक वेगळा प्रकार सांगतो: quasi-one-dimensional स्वरूप, ज्यात हालचाल underlying structure मुळे कडक मर्यादित राहते.

म्हणूनच “quasi-1D” हे नाव आले आहे. तीन-आयामी घन चौकटीत सामान्य द्रवासारख्या हालचालीऐवजी, वाहतूक अधिक मर्यादित मार्गाने होत असल्याचे दिसते.

संशोधकांनी सिम्युलेशनवर का अवलंबून राहिले

हे निष्कर्ष थेट प्रयोगशाळेतील निरीक्षणातून नाही, तर सिम्युलेशनमधून आले आहेत, आणि त्याचे चांगले कारण आहे. पृथ्वीवर त्या परिस्थिती पुन्हा निर्माण करणे अत्यंत कठीण आहे. युरेनस आणि नेपच्यूनच्या अंतर्गत दाब terapascal पातळीपर्यंत जाऊ शकतात, जे प्रयोगात्मक उपकरणे आणि containment या दोन्हींना आव्हान देतात.

लेखात म्हटले आहे की संशोधक अनेकदा या ग्रहांच्या अंतर्गत वातावरणाचा अंदाज घेण्यासाठी “Synthetic Uranus” सारखी computational models वापरतात. पण नव्या पेपरने first-principles दृष्टिकोन स्वीकारला आहे, ज्यामुळे प्रणालीतील quantum mechanics वर्तन अधिक थेट ठरवू शकते, साध्या गृहितकांवर इतके अवलंबून न राहता.

यामुळे निष्कर्ष निश्चित होत नाहीत, पण ते लक्षवेधी ठरतात. first-principles simulations मध्येच अनेकदा नवीन candidate phases प्रथम दिसतात, आणि मग experimentalists त्यांची चाचणी घेण्याचे मार्ग शोधतात. ग्रहविज्ञानात हा क्रम सामान्य आहे, कारण ज्या परिस्थितींचा अभ्यास करायचा असतो, त्या इतक्या टोकाच्या असतात की theory आणि computation आधी पुढे जावे लागते.

युरेनस आणि नेपच्यूनसाठी याचे महत्त्व

ice giants च्या आत काय आहे हे समजून घेणे काही किरकोळ जिज्ञासा नाही. युरेनस आणि नेपच्यूनची अंतर्गत रचना त्यांच्या heat flow, magnetic behavior, density profiles, आणि evolutionary history वर परिणाम करते. exotic materials ऊर्जा ग्रहातून कशी वाहते आणि विविध थर कालांतराने कसे परस्परक्रिया करतात, यावर प्रभाव टाकू शकतात.

जर प्रत्यक्षात तिथे quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase असेल, तर या जगांमध्ये दिसणाऱ्या काही विचित्र भौतिक वर्तनांचे स्पष्टीकरण देण्यात ती मदत करू शकते. स्रोत पूर्ण ग्रह-मॉडेलचा दावा करत नाही, पण ती सामग्री त्यांच्या अंतर्भागातील टोकाच्या वातावरणात अस्तित्वात असू शकते, असे सूचित करते.

हे काम आपल्या सौरमालेपलीकडेही महत्त्वाचे आहे. ice-giant सारखे ग्रह exoplanet surveys मध्ये सामान्य आहेत, आणि exotic उच्च-दाब रसायनशास्त्राची चांगली मॉडेल्स वैज्ञानिकांना त्यांची रचना आणि निर्मिती समजून घेण्यास मदत करू शकतात. अतिदाबाखालील materials science आता comparative planetology चा भाग बनत आहे.

ग्रहज्ञान अजून अपूर्ण आहे याची आठवण

या कथेतला खोल धडा असा की ग्रह संशोधकांना केवळ कुठे ग्रह सापडतात यामुळेच नव्हे, तर त्यांच्या आत पदार्थ काय करू शकतो यामुळेही आश्चर्यचकित करत राहतात. simulations किंवा experiments जेव्हा अधिक टोकाच्या दाब-प्रदेशात पोहोचतात, तेव्हा क्रम आणि हालचाल यांचे नवे संगम दिसू लागतात. “घन” आणि “द्रव” या स्वच्छ श्रेणी राहात नाहीत. रसायनशास्त्र ग्रहगत गतिकीशी गुंतून जाते.

हा अभ्यास युरेनस आणि नेपच्यूनमध्ये प्रस्तावित अवस्था आहे, असे सिद्ध करत नाही. मात्र, peer-reviewed modeling प्रयत्नांवर आधारित, भौतिकदृष्ट्या प्रेरित अशी ठोस शक्यता तो समोर ठेवतो. ते संवाद पुढे नेण्यासाठी पुरेसे आहे. पुढील कामाला या अवस्थेची स्थिरता अजून तपासावी लागेल आणि शक्य असल्यास, ही भविष्यवाणी पडताळू शकणारी प्रयोगात्मक चिन्हे शोधावी लागतील.

सध्या सर्वात महत्त्वाचा निष्कर्ष साधा आहे: एका ice giant च्या आत पृथ्वीवर कोणतीही सामान्य समकक्ष नसलेली पदार्थरूपे असू शकतात. शास्त्रज्ञ जितके त्या जगांच्या आत डोकावतात, तितकी ती कमी पारंपरिक वाटू लागतात.

मुख्य मुद्दे

• नवीन simulation अभ्यास अतिप्रचंड दाब आणि उष्णतेत quasi-1D superionic carbon-hydrogen अवस्था सुचवतो.
• ही सामग्री युरेनस आणि नेपच्यूनच्या आत असू शकते.
• हा निष्कर्ष ice giant interiors आणि अशाच exoplanets च्या मॉडेल्सना आकार देऊ शकतो.

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