कैसे हुआ यूरेनस का रूप?

यूरेनस के झुकाव को अनिवार्य रूप से सूर्य की परिक्रमा करने वाला ग्रह है, इसके स्पिन की धुरी सूर्य पर लगभग इशारा करती है।

(छवि: © नासा और एरिच कारकोस्का, एरिज़ोना के यू)

हालाँकि ग्रह आकाशगंगा में तारों को घेरते हैं, लेकिन वे कैसे बनते हैं यह बहस का विषय बना हुआ है। हमारे अपने सौर मंडल में दुनिया के धन के बावजूद, वैज्ञानिक अभी भी निश्चित नहीं हैं कि ग्रह कैसे बनाए जाते हैं। वर्तमान में, दो सिद्धांत इसे चैंपियन की भूमिका के लिए तैयार कर रहे हैं।

पहले और सबसे व्यापक रूप से स्वीकार किए जाते हैं, कोर अभिवृद्धि, स्थलीय ग्रहों के निर्माण के साथ अच्छी तरह से काम करता है लेकिन यूरेनस जैसे विशाल ग्रहों के साथ समस्या है। दूसरा, डिस्क अस्थिरता विधि, विशाल ग्रहों के निर्माण के लिए जिम्मेदार हो सकती है।

शोधकर्ता रेनाटा फ्रीलिख और रूथ मरे-क्ले ने एक शोध पत्र में लिखा है, "गैस दिग्गजों से आइस दिग्गजों को अलग करने का उनका गठन इतिहास है: कोर ग्रोथ के दौरान, पूर्व कभी भी पूरी गैस डिस्क में [महत्वपूर्ण द्रव्यमान] से अधिक नहीं था।"

मुख्य अभिवृद्धि मॉडल

लगभग 4.6 बिलियन साल पहले, सौर मंडल धूल और गैस का एक बादल था जिसे सौर नेबुला के रूप में जाना जाता था। गुरुत्वाकर्षण ने अपने आप में सामग्री को ढह दिया, क्योंकि यह स्पिन करने लगा, नेबुला के केंद्र में सूर्य बना।

सूरज के उदय के साथ, शेष सामग्री एक साथ टकराव करना शुरू कर दिया। छोटे कण एक साथ आकर्षित होकर, गुरुत्वाकर्षण बल से बड़े कणों में बंध जाते हैं। सौर हवा निकट क्षेत्रों से हाइड्रोजन और हीलियम जैसे हल्के तत्वों को बहती है, जिससे स्थलीय दुनिया बनाने के लिए केवल भारी, चट्टानी सामग्री निकल जाती है। लेकिन दूर तक, सौर हवाओं ने हल्के तत्वों पर कम प्रभाव डाला, जिससे उन्हें यूरेनस जैसे गैस दिग्गजों के साथ गठबंधन करने की अनुमति मिली। इस तरह, क्षुद्रग्रह, धूमकेतु, ग्रह और चंद्रमा का निर्माण हुआ।

अधिकांश गैस दिग्गजों के विपरीत, यूरेनस में एक कोर है जो गैसीय के बजाय चट्टानी है। कोर की संभावना पहले बनी, और फिर हाइड्रोजन, हीलियम और मीथेन को इकट्ठा किया जो ग्रह के वायुमंडल को बनाते हैं। कोर ड्राइव से गर्मी, यूरेनस के तापमान और मौसम को दूर करती है, जो कि सूरज से आने वाली गर्मी को रोकती है, जो लगभग 2 बिलियन मील दूर है।

कुछ एक्सोप्लेनेट अवलोकन प्रमुख गठन प्रक्रिया के रूप में कोर अभिवृद्धि की पुष्टि करते हैं। अधिक "धातु" वाले सितारे - एक शब्द खगोलविद हाइड्रोजन और हीलियम के अलावा अन्य तत्वों के लिए उपयोग करते हैं - उनके कोर में उनके धातु-गरीब चचेरे भाई की तुलना में अधिक विशाल ग्रह हैं। नासा के अनुसार, कोर अभिवृद्धि से पता चलता है कि छोटे, चट्टानी दुनिया अधिक विशाल गैस दिग्गजों की तुलना में अधिक सामान्य होनी चाहिए।

विशालकाय कोर के साथ एक विशाल ग्रह की 2005 की खोज सूर्य के समान तारा HD 149026 की परिक्रमा एक एक्सोप्लैनेट का एक उदाहरण है जिसने कोर अभिवृद्धि के लिए मामले को मजबूत करने में मदद की।

ग्रेग हेनरी ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा, "यह ग्रह निर्माण के लिए मूल अभिवृद्धि सिद्धांत और इस तरह के सबूतों की पुष्टि है कि इस तरह के ग्रह प्रचुर मात्रा में मौजूद होने चाहिए।" टेनेसी स्टेट यूनिवर्सिटी नैशविले के एक खगोलशास्त्री हेनरी ने तारे के घटने का पता लगाया।

2017 में, यूरोपीय स्पेस एजेंसी ने एक्ज़ोप्लेनेट सैटेलाइट (CHEOPS) को लॉन्च करने की योजना बनाई है, जो सुपर-अर्थ से नेपच्यून तक के आकार में एक्सोप्लैनेट का अध्ययन करेगा। इन दूर की दुनिया का अध्ययन यह निर्धारित करने में मदद कर सकता है कि सौर मंडल में ग्रह कैसे बने।

"मूल अभिवृद्धि परिदृश्य में, एक ग्रह के कोर को एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंचना चाहिए, इससे पहले कि वह एक भगोड़ा फैशन में गैस को इकट्ठा करने में सक्षम हो," CHEOPS टीम ने कहा। "यह महत्वपूर्ण द्रव्यमान कई भौतिक चरों पर निर्भर करता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण है ग्रहों की वृद्धि की दर।"

कैसे बढ़ते हुए ग्रहों की सामग्री का अध्ययन करके, CHEOPS इस बात की जानकारी देगा कि दुनिया कैसे बढ़ती है।

डिस्क अस्थिरता मॉडल

लेकिन विशाल गैस ग्रहों के लिए तेजी से गठन की आवश्यकता कोर अभिवृद्धि की समस्याओं में से एक है। मॉडल के अनुसार, इस प्रक्रिया में कई मिलियन वर्ष लगते हैं, प्रकाश गैसों की तुलना में लंबे समय तक सौर प्रणाली में उपलब्ध थे। एक ही समय में, मूल अभिवृद्धि मॉडल एक प्रवासन समस्या का सामना करता है, क्योंकि कुछ ही समय में शिशु ग्रह सूरज में सर्पिल होने की संभावना रखते हैं।

कोलोराडो के बोल्डर में साउथवेस्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट के एक शोधकर्ता केविन वाल्श ने स्पेस डॉट कॉम को बताया, "विशाल ग्रहों का निर्माण वास्तव में कुछ मिलियन वर्षों में तेजी से होता है।" "यह एक समय सीमा बनाता है क्योंकि सूर्य के चारों ओर गैस डिस्क केवल 4 से 5 मिलियन वर्ष तक रहता है।"

अपेक्षाकृत नए सिद्धांत के अनुसार, सौर प्रणाली के जीवन में डिस्क अस्थिरता, धूल और गैस के गुच्छे एक साथ बंधे होते हैं। समय के साथ, ये गुच्छे एक विशाल ग्रह में धीरे-धीरे संकुचित हो जाते हैं। ये ग्रह अपने मूल अभिवृद्धि प्रतिद्वंद्वियों की तुलना में तेजी से बना सकते हैं, कभी-कभी एक हजार साल में जितना कम होता है, उन्हें तेजी से लुप्त हो रही गैसों को फँसाने की अनुमति देता है। वे जल्दी से एक कक्षा-स्थिरीकरण द्रव्यमान तक भी पहुंचते हैं जो उन्हें मृत्यु-सूर्य से बचाए रखता है।

चूंकि वैज्ञानिक सौर मंडल के अंदर और अन्य तारों के आसपास के ग्रहों का अध्ययन करना जारी रखते हैं, वे बेहतर तरीके से समझ पाएंगे कि यूरेनस और उसके भाई-बहन कैसे बने।

कंकड़ का जमाव

मुख्य अभिवृद्धि के लिए सबसे बड़ी चुनौती समय है - अपने वातावरण के हल्के घटकों को हथियाने के लिए बड़े पैमाने पर बड़े पैमाने पर गैस दिग्गजों का निर्माण। हाल के शोध, हाल के अध्ययनों की तुलना में 1000 गुना तक विशाल ग्रहों के निर्माण के लिए छोटे, कंकड़-आकार की वस्तुओं को एक साथ कैसे जुड़े।

"यह पहला मॉडल है जिसके बारे में हम जानते हैं कि आप सौर निहारिका के लिए एक बहुत ही सरल संरचना से शुरू करते हैं, जिसमें से ग्रह बनते हैं, और जिस विशाल-ग्रह प्रणाली को हम देखते हैं, उसके साथ अंत होता है," एक प्रमुख लेखक हैरोल्ड लेविसन, एक खगोलविद कोलोराडो में साउथवेस्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट (SwRI) ने 2015 में Space.com को बताया।

2012 में, स्वीडन के लुंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ता मिचेल लैंब्रेचेट्स और एंडर्स जोहानसन ने प्रस्ताव दिया कि छोटे कंकड़, एक बार लिखे जाने के बाद, तेजी से विशाल ग्रहों के निर्माण की कुंजी है।

"उन्होंने दिखाया कि इस गठन प्रक्रिया से बचे हुए कंकड़, जिसे पहले महत्वहीन माना जाता था, वास्तव में ग्रह बनाने की समस्या का एक बड़ा समाधान हो सकता है," लेविसन ने कहा।

लेविसन और उनकी टीम ने उस शोध को और अधिक सटीक रूप से मॉडल बनाने के लिए बनाया कि कैसे छोटे कंकड़ आज आकाशगंगा में देखे गए ग्रहों का निर्माण कर सकते हैं। पिछली सिमुलेशन के दौरान, बड़ी और मध्यम आकार की दोनों वस्तुओं ने अपेक्षाकृत स्थिर दर पर अपने कंकड़ के आकार के चचेरे भाई का सेवन किया, लेविसन के सिमुलेशन का सुझाव है कि बड़ी वस्तुओं ने बैल की तरह अधिक काम किया, मध्यम आकार के द्रव्यमानों से कंकड़ को दूर तक तेजी से बढ़ने के लिए छीन लिया। मूल्यांकन करें।

"बड़ी वस्तुएं अब छोटे लोगों को तितर बितर करने की तुलना में अधिक बिखेरती हैं, इसलिए छोटे लोग कंकड़ की डिस्क से बिखर जाते हैं," सह-लेखक कैथरीन क्रेटके, जो कि स्वआरआई से भी हैं, ने Space.com को बताया । "बड़ा आदमी मूल रूप से छोटे को मारता है, ताकि वे सभी कंकड़ खुद खा सकें, और वे बड़े ग्रहों के कोर के निर्माण के लिए आगे बढ़ सकते हैं।"

स्थलीय दुनिया की तुलना में विशाल ग्रहों के लिए कंकड़ का उत्सर्जन काम करने की अधिक संभावना है। फ्रांस के यूनिवर्सिटी ऑफ बोर्डो के सीन रेमंड के अनुसार, ऐसा इसलिए है क्योंकि "कंकड़" स्नो लाइन पर टिकने के लिए थोड़े बड़े और बहुत आसान होते हैं, काल्पनिक रेखा जहां गैस ठंडी होती है बर्फ बन जाती है।

रेम्बो ने स्पेस डॉट कॉम को बताया, "कंकड़ के लिए, यह निश्चित रूप से बस बर्फ रेखा के पिछले हिस्से से थोड़ा बेहतर है।"

जबकि गैस के दिग्गजों के लिए कंकड़ का उत्सर्जन अच्छी तरह से काम करता है, बर्फ के दिग्गजों के लिए कुछ चुनौतियां हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि मिलीमीटर- सेंटीमीटर के आकार के कण बहुत कुशलता से बढ़ते हैं।

फ्रीलाख और मरे-क्ले ने लिखा, "वे इतनी तेज़ी से बढ़ते हैं कि बर्फ के विशालकाय कोर के लिए डिस्क आजीवन के एक महत्वपूर्ण अंश के लिए उनके वर्तमान कोर द्रव्यमान में मौजूद रहना मुश्किल होता है।"

"भगोड़े से बचने के लिए, उन्हें इसलिए एक विशिष्ट समय पर अपनी वृद्धि पूरी करनी चाहिए, जब गैस डिस्क आंशिक रूप से होती है, लेकिन पूरी तरह से, ख़राब नहीं होती है।"

इस जोड़ी ने प्रस्तावित किया कि यूरेनस और नेप्च्यून के कोर पर गैस का अधिकांश भाग सूर्य से दूर अपने आंदोलन से मेल खाता है। लेकिन क्या वे सौर प्रणाली में अपना घर बदल सकते हैं?

एक अच्छा मॉडल

मूल रूप से, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि सौर मंडल के एक ही हिस्से में ग्रहों का गठन किया गया था जो वे आज में रहते हैं। एक्सोप्लेनेट्स की खोज ने चीजों को हिला दिया, यह खुलासा किया कि कम से कम कुछ सबसे बड़े पैमाने पर वस्तुएं पलायन कर सकती हैं।

2005 में, नेचर में प्रकाशित पत्रों की तिकड़ी ने प्रस्ताव दिया कि यूरेनस और अन्य विशाल ग्रह आज की तुलना में निकट-वृत्ताकार कक्षाओं में बंधे हुए हैं। चट्टानों और ices की एक बड़ी डिस्क ने नेप्च्यून की वर्तमान कक्षा से परे, पृथ्वी-सूरज की दूरी के लगभग 35 गुना तक फैला हुआ है। उन्होंने इसे नाइस मॉडल कहा, फ्रांस के शहर के बाद जहां उन्होंने पहली बार इस पर चर्चा की। (यह स्पष्ट नीस है।)

जैसे ही ग्रहों ने छोटे पिंडों के साथ बातचीत की, उन्होंने उनमें से अधिकांश को सूर्य की ओर बिखेर दिया। इस प्रक्रिया ने उन्हें वस्तुओं के साथ ऊर्जा का व्यापार करने के लिए प्रेरित किया, जिससे शनि, नेपच्यून और यूरेनस को सौर मंडल में बाहर भेज दिया गया। आखिरकार छोटी वस्तुएं बृहस्पति तक पहुंचीं, जिसने उन्हें सौर मंडल के किनारे या पूरी तरह से बाहर उड़ने के लिए भेजा।

बृहस्पति और शनि के बीच आंदोलन ने यूरेनस और नेप्च्यून को और भी अधिक सनकी कक्षाओं में ले जाया गया, जो जोड़े को आयनों के शेष डिस्क के माध्यम से भेज रहा है। कुछ सामग्री आवक में बह गई, जहां यह लेट हेवी बॉम्बार्डमेंट के दौरान स्थलीय ग्रहों में दुर्घटनाग्रस्त हो गया। अन्य सामग्री को बाहर की ओर फेंका गया, जिससे क्विपर बेल्ट का निर्माण हुआ।

जैसे-जैसे वे धीरे-धीरे बाहर की ओर बढ़ते गए, नेप्च्यून और यूरेनस व्यापारिक स्थानों पर पहुंच गए। आखिरकार, बचे हुए मलबे के साथ बातचीत ने इस जोड़ी को अधिक गोलाकार रास्तों में बसने का कारण बना दिया, क्योंकि वे सूर्य से अपनी वर्तमान दूरी पर पहुंच गए थे।

रास्ते के साथ, यह संभव है कि एक या दो अन्य विशाल ग्रहों को सिस्टम से बाहर निकाल दिया गया। कोलोराडो में साउथवेस्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट के खगोलविद डेविड नेस्वर्नी ने सुरागों की तलाश में शुरुआती सौर प्रणाली का मॉडल तैयार किया है जिससे इसके शुरुआती इतिहास को समझा जा सके।

"शुरुआती दिनों में, सौर मंडल बहुत अलग था, कई और ग्रहों के साथ, शायद नेप्च्यून के रूप में बड़े पैमाने पर, विभिन्न स्थानों पर बिखरे हुए और बिखरे हुए," नेस्वर्नी ने स्पेस डॉट कॉम को बताया।

एक खतरनाक युवा

प्रारंभिक सौर प्रणाली हिंसक टकराव का समय था, और यूरेनस को छूट नहीं थी। जबकि चंद्रमा की सतह और बुध दोनों छोटी चट्टानों और क्षुद्रग्रहों द्वारा बमबारी का सबूत दिखाते हैं, यूरेनस ने स्पष्ट रूप से पृथ्वी के आकार के प्रोटोप्लैनेट के साथ एक महत्वपूर्ण टक्कर का सामना किया। नतीजतन, यूरेनस को अपनी तरफ से इत्तला दे दी जाती है, जिसमें एक ध्रुव सूर्य की ओर इशारा करता है।

यूरेनस बर्फ के दिग्गजों में सबसे बड़ा है, शायद भाग में क्योंकि इसने प्रभाव के दौरान अपना कुछ द्रव्यमान खो दिया।