2021 में, नासा की अगली पीढ़ी की वेधशाला, द जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST), अंतरिक्ष में ले जाएगा। एक बार चालू होने के बाद, यह प्रमुख मिशन अन्य अंतरिक्ष दूरबीनों को पसंद करेगा हबल, केपलर, तथा स्पिट्जर - दूर छोड़ दिया। इसका मतलब यह है कि कुछ महानतम ब्रह्मांडीय रहस्यों की जांच के अलावा, यह संभावित रूप से रहने योग्य एक्सोप्लैनेट्स की खोज भी करेगा और उनके वायुमंडल को चिह्नित करने का प्रयास करेगा।
यह JWST को उसके पूर्ववर्तियों से अलग करने का एक हिस्सा है। इसकी उच्च संवेदनशीलता और अवरक्त इमेजिंग क्षमताओं के बीच, यह पहले कभी नहीं की तरह exoplanet वायुमंडल पर डेटा इकट्ठा करने में सक्षम हो जाएगा। हालांकि, हाल ही में नासा द्वारा समर्थित अध्ययन के अनुसार, जिन ग्रहों में घने वायुमंडल होते हैं, उनमें व्यापक बादल भी हो सकते हैं, जो सभी के कुछ सबसे महत्वपूर्ण आंकड़ों को इकट्ठा करने के प्रयासों को जटिल बना सकते हैं।
वर्षों से, खगोलविदों ने चमक में डिप्स के लिए दूर के तारों की निगरानी करके एक्सोप्लैनेट का पता लगाने के लिए ट्रांजिट फोटोमेट्री (उर्फ। ट्रांजिट विधि) का उपयोग किया है। यह विधि कुछ ग्रहों की वायुमंडलीय संरचना को निर्धारित करने में भी उपयोगी साबित हुई है। जैसे ही ये पिंड अपने तारों के सामने से गुजरते हैं, प्रकाश उनके वायुमंडल से होकर गुजरता है, जिसके स्पेक्ट्रा का विश्लेषण किया जाता है कि यह देखने के लिए कि रासायनिक तत्व क्या हैं।
अब तक, यह विधि बड़े ग्रहों (गैस दिग्गज और "सुपर ज्यूपिटर") का निरीक्षण करते समय उपयोगी रही है जो कि महान दूरी पर अपने सूर्य की परिक्रमा करते हैं। हालांकि, छोटे, चट्टानी ग्रहों (यानी "पृथ्वी जैसा") का अवलोकन करना, जो कि उनकी सूर्य के करीब कक्षा है - जो उन्हें तारा के रहने योग्य क्षेत्र के भीतर डाल देगा - अंतरिक्ष दूरबीन की क्षमताओं से परे है।
इस कारण से, खगोलीय समुदाय उस दिन का इंतजार कर रहा है, जब अगली पीढ़ी के टेलिस्कोप जैसे JWST उपलब्ध होंगे। एक चट्टानी ग्रह के वायुमंडल (ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में जाना जाने वाला एक तरीका) के माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश के स्पेक्ट्रा की जांच करके, वैज्ञानिक ऑक्सीजन गैस, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, और जीवन से जुड़े अन्य संकेतों (उर्फ) के संकेत संकेतक की तलाश कर पाएंगे। ")।
जीवन के लिए एक और महत्वपूर्ण तत्व (जैसा कि हम जानते हैं) यह पानी है, इसलिए किसी ग्रह के वायुमंडल में जल वाष्प के हस्ताक्षर एक अन्य सर्वेक्षणों के लिए एक प्रमुख लक्ष्य हैं। लेकिन शिकागो विश्वविद्यालय में भूभौतिकीय विज्ञान विभाग के एक पोस्टडॉक्टोरल साथी, थेडियस कोमासेक के नेतृत्व में एक नए अध्ययन में, यह संभव है कि किसी भी ग्रह के पास प्रचुर सतह पानी भी प्रचुर मात्रा में बादल (संघनित बर्फ के कण) अपने वातावरण में होगा। ।
इस अध्ययन के लिए, कोमसेक और उनके सहयोगियों ने जांच की कि क्या ये बादल स्थलीय एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल में जल वाष्प का पता लगाने के प्रयासों में हस्तक्षेप करेंगे। हाल के वर्षों में एम-प्रकार (लाल बौना) सितारों के रहने योग्य क्षेत्रों के भीतर पाए गए चट्टानी एक्सोप्लेनेट की संख्या के कारण - जैसे प्रोक्सिमा बी - पड़ोसी लाल बौने भविष्य के लड़कों का एक प्रमुख ध्यान केंद्रित करेंगे।
जैसा कि कोमैक ने स्पेस मैगज़ीन को ईमेल के माध्यम से समझाया, टिडली-लॉक वाले ग्रह जो ऑर्बिट रेड ड्वार्फ स्टार्स ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी से जुड़े अध्ययनों के अनुकूल हैं - और कई कारणों से:
“लाल बौने सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रह, सूर्य जैसे सितारों की परिक्रमा करने से ज्यादा अनुकूल लक्ष्य हैं क्योंकि ग्रह के आकार से लेकर तारे के आकार तक का अनुपात बड़ा है। प्रसारण आकार में सिग्नल का आकार ग्रह के आकार के अनुपात के वर्ग के रूप में तारे के आकार तक होता है, इसलिए पृथ्वी की तुलना में छोटे सितारों में जाने वाले सिग्नल में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।
"एक अन्य कारण यह है कि ग्रह जो लाल बौने तारों की परिक्रमा करते हैं, वे निरीक्षण करने के लिए अधिक अनुकूल हैं, क्योंकि 'रहने योग्य क्षेत्र,' या जहां हम ग्रह की सतह पर तरल पानी होने की उम्मीद करते हैं, वह तारा के बहुत करीब है ... इनकी वजह से निकटवर्ती कक्षाओं में रहने वाले चट्टानी ग्रह लाल बौने सितारों की परिक्रमा करते हुए अपने तारे को अधिक बार पार करेंगे, जो पर्यवेक्षकों को कई बार दोहराए जाने की अनुमति देता है।“
इसे ध्यान में रखते हुए, कोमसेक और उनकी टीम ने एम-प्रकार के तारों के चारों ओर टिडली बंद ग्रहों के सिंथेटिक ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा उत्पन्न करने के लिए दो मॉडलों को नियोजित किया। पहला एक्सोएम्को कोलोराडो विश्वविद्यालय के प्रयोगशाला के डॉ। एरिक वुल्फ द्वारा वायुमंडलीय और अंतरिक्ष भौतिकी (एलएएसपी) के लिए विकसित किया गया था, जो एक सामुदायिक पृथ्वी प्रणाली मॉडल (सीईएसएम) का उपयोग पृथ्वी की जलवायु का अनुकरण करने के लिए किया गया था, जिसे एक्जेलनेट वायुमंडल का अध्ययन करने के लिए अनुकूलित किया गया है।
ExoCAM मॉडल का उपयोग करते हुए, उन्होंने चट्टानी ग्रहों की जलवायु का अनुकरण किया जो लाल बौने तारों की परिक्रमा करते हैं। दूसरा, उन्होंने नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर द्वारा विकसित प्लैनेटरी स्पेक्ट्रम जेनरेटर को नियोजित किया ताकि ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम का अनुकरण किया जा सके जो JWST उनके नकली ग्रह से पता लगाएगा। जैसा कि कोमसेक ने समझाया:
“इन ExoCAM सिमुलेशन ने तापमान, जल वाष्प मिश्रण अनुपात और तरल और बर्फ के पानी के कणों के तीन आयामी वितरण की गणना की। हमने पाया कि लाल बौने तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रह पृथ्वी की तुलना में बहुत अधिक बादल हैं। इसका कारण यह है कि उनके पूरे दिन के मौसम में पृथ्वी के उष्ण कटिबंध के समान जलवायु होती है, और इसलिए जल वाष्प आसानी से कम दबाव में बह जाता है, जहां यह घनीभूत हो सकता है और बादलों को बना सकता है जो ग्रह के अधिक दिनों को कवर करते हैं ...
“पीएसजी ने अनिश्चितता के साथ, तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में संचरण में ग्रह के स्पष्ट आकार के लिए परिणाम दिए। यह देखते हुए कि तरंग दैर्ध्य के साथ सिग्नल का आकार कैसे बदल गया, हम जल वाष्प सुविधाओं के आकार को निर्धारित करने और उन्हें अनिश्चितता के स्तर से तुलना करने में सक्षम थे। ”
इन दो मॉडलों के बीच, टीम बादल कवर के साथ और बिना ग्रहों को अनुकरण करने में सक्षम थी, और परिणामस्वरूप JWST क्या पता लगा पाएगा। पूर्व के मामले में, उन्होंने पाया कि एक्सोप्लैनेट के वातावरण में जल वाष्प लगभग निश्चित रूप से पता लगाने योग्य होगा। उन्होंने यह भी पाया कि यह पृथ्वी के आकार के एक्सोप्लैनेट के लिए सिर्फ दस पारियों या उससे कम में किया जा सकता है।
कोमसेक ने कहा, "डब्ल्यू] मुर्गी में हमने बादलों के प्रभाव को शामिल किया है, जल वाष्प का पता लगाने के लिए दस से सौ तक बढ़े हुए ट्रांसफॉर्मेशन की जरूरत है।" "जेडब्ल्यूएसटी किसी दिए गए ग्रह के लिए कितने पारगमन कर सकता है, इस पर एक प्राकृतिक सीमा है क्योंकि JWST में 5 साल का एक निर्धारित नाममात्र मिशन है और ट्रांसमिशन अवलोकन केवल तभी लिया जा सकता है जब ग्रह हमारे और उसके मेजबान तारे के बीच से गुजरता है।"
उन्होंने यह भी पाया कि लाल आवरण के चारों ओर धीमी गति से घूमने वाले ग्रहों के साथ क्लाउड कवर का प्रभाव विशेष रूप से मजबूत था। मूल रूप से, ऐसे ग्रह जिनकी परिक्रमा की अवधि लगभग 12 दिनों से अधिक होती है, वे अपने दिनों पर अधिक बादल बनने का अनुभव करेंगे। "हमने पाया कि ग्रहों के लिए TRAPPIST-1 (सबसे अनुकूल लक्ष्य ज्ञात) जैसे तारे की परिक्रमा के लिए, JWST जल वाष्प का पता लगाने के लिए पर्याप्त पारगमन का निरीक्षण नहीं कर पाएगा," कोमसेक ने कहा।
उन्होंने कहा कि ये नतीजे अन्य शोधकर्ताओं के समान हैं। पिछले साल, नासा गोडार्ड के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में एक अध्ययन से पता चला है कि कैसे TRAPPIST-1 ग्रहों के वायुमंडल में क्लाउड कवर जल वाष्प को अवांछनीय बना देगा। इस महीने की शुरुआत में, नासा के एक अन्य गोडार्ड-समर्थित अध्ययन ने दिखाया कि कैसे बादल जल वाष्प के आयाम को इस बिंदु तक कम कर देंगे कि JWST उन्हें पृष्ठभूमि शोर के रूप में समाप्त कर देगा।
लेकिन इससे पहले कि हम यह सोचें कि यह सभी बुरी खबरें हैं, यह अध्ययन कुछ सुझाव प्रस्तुत करता है कि इन सीमाओं को कैसे पार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि मिशन का समय एक कारक है, तो JWST मिशन को बढ़ाया जा सकता है, इसलिए वैज्ञानिकों के पास डेटा इकट्ठा करने के लिए अधिक समय होगा। पहले से ही, नासा को दस साल के लिए ऑपरेशन में स्पेस टेलीस्कोप की उम्मीद है, इसलिए एक मिशन विस्तार पहले से ही एक संभावना है।
उसी समय, पता लगाने के लिए एक कम सिग्नल-टू-शोर थ्रेशोल्ड अधिक संकेतों के लिए स्पेक्ट्रा से बाहर निकालने की अनुमति दे सकता है (हालांकि इसका मतलब है कि अधिक झूठी सकारात्मक भी होगा)। इसके अलावा, कोमसेक और उनके सहयोगियों ने यह बताना सुनिश्चित किया कि ये परिणाम केवल उन्हीं विशेषताओं पर लागू होते हैं जो एक्सक्लूसन पर क्लाउड डेक के नीचे हैं:
"क्योंकि जल वाष्प ज्यादातर जल क्लाउड स्तर से नीचे फंस जाता है, लाल बौने सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों पर मजबूत बादल कवरेज पानी की विशेषताओं का पता लगाने के लिए अविश्वसनीय रूप से चुनौतीपूर्ण है। महत्वपूर्ण रूप से, यह उम्मीद की जाती है कि JWST अभी भी केवल एक दर्जन या तो पारगमन में प्रमुख वायुमंडलीय घटकों जैसे कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन की उपस्थिति को बाधित करने में सक्षम होगा। "
एक बार फिर, ये परिणाम पिछले शोध द्वारा समर्थित हैं। पिछले साल, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक अध्ययन ने TRAPPIST-1 ग्रहों की पहचान और विशेषताओं की जांच की और पाया कि बादलों का ऑक्सीजन और ओजोन विशेषताओं की पहचान पर महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं होने की संभावना है - दो प्रमुख बायोसाइन्सेर्स जो इसके साथ जुड़े हैं जीवन की उपस्थिति।
तो वास्तव में, JWST को केवल एक्सोप्लेनेट वायुमंडल में जल वाष्प का पता लगाने में कठिनाई हो सकती है, कम से कम जहां घने बादल कवर का संबंध है। अन्य बायोसाइन्सेर्स के लिए, JWST को उन्हें सूँघने, बादल या बिना बादलों को सूँघने में कोई परेशानी नहीं होनी चाहिए। नासा के सबसे शक्तिशाली और अत्याधुनिक स्पेस टेलीस्कोप से आज तक महान चीजों के आने की उम्मीद है। और यह सब अगले साल शुरू होगा!
