ज्वालांचा ग्रह; पण अपेक्षेपेक्षा थंड!

 

 

 

‘एचडी ३१६७ बी’ला ‘लाव्हा ग्रह’ म्हणण्यामागे, त्याच्या कक्षेचे आणि तापमानाचे स्वरूप आहे. अशा ग्रहांच्या तार्‍याकडे असलेल्या भागाचे तापमान इतके वाढू शकते की, त्याने ‘सिलिकेट’ खडकही वितळू शकतात. मात्र ‘लाव्हा ग्रह’ म्हणजे, संपूर्ण ग्रहावर सर्वत्र द्रवरूप खडकाचाच महासागर आहे, असा अर्थ घेणे चुकीचेच. येथे मुख्यतः तार्‍याकडे असलेल्या दिवसाच्या भागाविषयीच बोलले जाते. या ग्रहाचे संतुलन तापमान सुमारे १ हजार ७८६ केल्विन, म्हणजेच अंदाजे १ हजार ५१३ अंश सेल्सिअस आहे. तरीही, प्रत्यक्ष निरीक्षणांतून त्याचा दिवसाचा भाग एखाद्या वातावरणविरहित, पूर्णपणे तप्त खडकाळ पृष्ठभागापेक्षा लक्षणीय थंड असल्याचे दिसले.

 

हा फरक महत्त्वाचा का? एखादा ग्रह तार्‍याच्या इतक्या जवळ असेल आणि त्याच्याभोवती वातावरण नसेल, तर तार्‍याकडून मिळणारी ऊर्जा मुख्यतः त्याच्या दिवसाच्या भागात साठेल. वातावरण नसल्याने ही उष्णता रात्रीच्या भागाकडे, कार्यक्षमतेने वाहून नेली जाणार नाही. परिणामी, दिवसाचा भाग अत्यंत तापलेलाच दिसायला हवा. परंतु, ‘एचडी ३१६७ बी’च्या बाबतीत ‘जेम्स वेब’ अवकाश दुर्बिणीने केलेल्या निरीक्षणांत, दिवसाच्या भागाचे तापमान या अपेक्षित कमाल मर्यादेपेक्षा कमी आढळले. या तापमानातील तफावत म्हणजे, ग्रहाभोवती वायूंचे आवरण असण्याचा महत्त्वपूर्ण संकेत आहे.

 

शास्त्रज्ञांनी हा निष्कर्ष ग्रहाचे वातावरण थेट छायाचित्रित करून काढलेला नाही. त्यासाठी ‘दुय्यम ग्रहण’ ही पद्धत वापरली. ग्रह आपल्या तार्‍याभोवती फिरताना एका क्षणी तार्‍याच्या मागे जातो आणि पृथ्वीवरून पाहताना काहीकाळ दिसेनासा होतो. त्याआधी आणि नंतर तारा आणि ग्रह यांच्याकडून मिळणारा एकत्रित अवरक्त प्रकाश मोजला जातो. ग्रह तार्‍याच्या मागे गेल्यावर, ग्रहाकडून येणारा प्रकाश नोंदवला जात नाही. या दोन अवस्थांतील प्रकाशमानतेतील अत्यंत सूक्ष्म फरक मोजल्यावर, ग्रह स्वतः किती अवरक्त ऊर्जा उत्सर्जित करतो याचा अंदाज येतो. त्यावरूनच त्याच्या दिवसाच्या भागाचे तापमान निश्चित करता येते.

 

या निरीक्षणासाठी ‘जेम्स वेब’वरील मध्य-अवरक्त उपकरण अर्थात, ‘मिरी’ (मिड इन्फ्रा रेड इन्स्ट्रुमेंट) वापरण्यात आले. ‘एचडी ३१६७ बी’ या ग्रहाच्या दुय्यम ग्रहणाचे प्रमाण केवळ ३८ ‘पार्ट्स पर मिलियन’ इतके होते. हे मोजमाप वातावरण नसलेल्या ग्रहासाठी, अपेक्षित असलेल्या स्थितीपेक्षा सांख्यिकीयदृष्ट्या पाचहून अधिक ‘स्टॅण्डर्ड डेव्हिएशन्स’ने वेगळे होते. सोप्या भाषेत सांगायचे, तर या ग्रहाकडून अपेक्षित असलेल्या प्रमाणापेक्षा त्याचे अवरक्त उत्सर्जन कमी आढळले. यामुळे या ग्रहाभोवती वातावरण असण्याची शयता बळावली. तथापि, यातून त्या वातावरणातील नेमके वायू कोणते ? हे अद्याप निश्चित झालेले नाही.

 

मग हे वातावरण ग्रहाला थंड कसे ठेवू शकते? त्यामागे दोन प्रमुख शयता आहेत. पहिली म्हणजे उष्णतेचे पुनर्वितरण. तार्‍याकडून सतत ऊर्जा मिळणार्‍या दिवसाच्या भागातील उष्णता, वातावरणातील वारे रात्रीच्या भागाकडे वाहून नेऊ शकतात. त्यामुळे दिवसाचा भाग अपेक्षेपेक्षा कमी तापतो. पृथ्वीवरही वातावरण आणि महासागर सूर्यापासून मिळालेली ऊर्जा वेगवेगळ्या प्रदेशांत पोहोचवतात. मात्र, ‘एचडी ३१६७ बी’वरील परिस्थिती पृथ्वीपेक्षा अत्यंत वेगळी आहे. या ग्रहाचा कक्षीय कालावधी अत्यल्प असल्याने, तो आपल्या तार्‍याशी भरती-ओहोटीमुळे बद्ध असण्याची शयता आहे. अशा स्थितीत एक बाजू कायम तार्‍याकडे आणि दुसरी बाजू कायम अंधाराकडे राहू शकते. दुसरी शयता म्हणजे, वातावरणातील ढग किंवा अत्यंत परावर्तक पदार्थ. ग्रहाभोवती असलेले ढग तार्‍याचा काही प्रकाश परत अवकाशात परावर्तित करू शकले, तर पृष्ठभागावर पोहोचणारी ऊर्जा कमी होईल. यामुळे दिवसाच्या भागाचे तापमान आणखी कमी होऊ शकते. संशोधनातील गणनांनुसार, ‘एचडी ३१६७ बी’च्या निरीक्षणांचे स्पष्टीकरण केवळ उष्णतेच्या पुनर्वितरणाने करणे पुरेसे नसून, तुलनेने उच्च प्रभावी परावर्तकता आवश्यक असू शकते. त्यामुळे या ग्रहाभोवती अत्यंत परावर्तक ढग असण्याची शयताही, संशोधकांनी विचारात घेतली आहे.

 

येथे मात्र वैज्ञानिक सावधगिरी महत्त्वाची आहे. ‘वातावरणाचे पुरावे’ आणि ‘वातावरणाची रासायनिक रचना निश्चित झाली’ या दोन वेगळ्या गोष्टी आहेत. सध्याच्या निरीक्षणांमधून ‘एचडी ३१६७ बी’भोवती वातावरण असण्याचे संकेत मिळतात; परंतु त्यात पाणी, कार्बन डायऑसाईड, सोडियम, सिलिकेट वायू किंवा इतर कोणते घटक आहेत, हे अद्याप सांगता येत नाही. उपलब्ध दिवसाच्या भागाच्या उत्सर्जन वर्णपटाची अचूकता, वातावरणातील विशिष्ट रेणूंची खात्री करण्यासाठी पुरेशी नाही. त्यासाठी पुढील निरीक्षणांची आवश्यकता आहे.

 

या शोधाचे महत्त्व ‘एचडी ३१६७ बी’पुरते मर्यादित नाही. खडकाळ ग्रहांवर वातावरण किती काळ टिकू शकते, हा मूलभूत प्रश्न आहे. तार्‍याच्या जवळचा ग्रह प्रखर तारकीय वारे आणि उच्च-ऊर्जेच्या किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात असतो. या ऊर्जेमुळे वातावरणातील रेणूंचे विघटन होऊ शकते आणि काही कण ग्रहाच्या गुरुत्वाकर्षणातून सुटून अवकाशात जाऊ शकतात. त्यामुळे अशा ग्रहांवर वातावरण टिकणे कठीण असावे, अशीही अपेक्षा आहे. तरीही, काही अत्यंत उष्ण ‘लाव्हा ग्रहां’वर वातावरणाचे संकेत सापडत आहेत. ‘एचडी ३१६७ बी’ या गटातील तुलनेने कमी किरणीत होणारा ग्रह असूनही वातावरणाचे संकेत दाखवतो, हीच बाब शास्त्रज्ञांसाठी विशेष महत्त्वाची.

 

या निरीक्षणातून पृथ्वीच्या आद्य इतिहासाचीही एक झलक मिळू शकते. पृथ्वी आज निळ्या महासागरांनी आणि तुलनेने सौम्य वातावरणाने व्यापली आहे; पण तिच्या जन्मानंतरच्या सुरुवातीच्या काळात परिस्थिती पूर्णपणे वेगळी असावी. ग्रहाची निर्मिती होत असताना, झालेल्या प्रचंड धडकांमधून मोठ्या प्रमाणावर ऊर्जा निर्माण झाली आणि पृथ्वीचा बाह्य भाग काहीकाळ वितळलेल्या खडकांच्या अवस्थेत असण्याची शयता आहे. अशा ‘मॅग्मा महासागर’ अवस्थेत पृष्ठभाग आणि वातावरण यांच्यात पदार्थांची मोठ्या प्रमाणावर देवाणघेवाण झाली असावी. ‘एचडी ३१६७ बी’सारख्या ‘लाव्हा’ जगांचा अभ्यास म्हणजे, खडकाळ ग्रहांच्या बाल्यावस्थेकडे पाहण्याचा एक अप्रत्यक्ष मार्गच आहे.

 

विशेष म्हणजे, हा शोध एका मोठ्या संशोधन कार्यक्रमाचा भाग आहे. संशोधक सुमारे दहा ‘लाव्हा ग्रहां’चा तुलनात्मक अभ्यास करून तापमान, तारकीय किरणोत्सर्ग आणि वातावरण टिकून राहण्यातील संबंध शोधत आहेत. जर निरीक्षणांमधून असे आढलेले की, एका विशिष्ट तापमानमर्यादेपलीकडे वातावरण टिकण्याची शक्यता वाढते किंवा कमी होते, तर बाह्यग्रहांच्या उत्क्रांतीविषयी नवे प्रारुप तयार करता येतील. भविष्यातील ‘जेम्स वेब’ निरीक्षणांमधून, ग्रहाच्या कक्षेतील वेगवेगळ्या टप्प्यांवरील उष्णतेचा अभ्यास केला जाऊ शकतो. त्यातून दिवस आणि रात्र या दोन भागांमध्ये ऊर्जा किती प्रमाणात वाहून जाते, याचाही अधिक अचूक अंदाज मिळू शकतो. ‘एचडी ३१६७ बी’वर जीवन असल्याची कोणतीही शक्यता, या शोधातून सिद्ध होत नाही. उलट, हा ग्रह जीवनासाठी अत्यंत प्रतिकूलच आहे. त्याचे प्रचंड तापमान आणि तार्‍यापासूनचे अत्यल्प अंतरामुळे, तो पृथ्वीसारखा राहण्यायोग्य ‘जग’ नाही. या शोधाचे खरे महत्त्व दुसरीकडे आहे. एखाद्या ग्रहावर वातावरण टिकते की नाही, ते वातावरण उष्णतेचे वितरण कसे बदलते आणि ग्रहाच्या पृष्ठभागाशी त्याची किती गुंतागुंतीची देवाणघेवाण होते, हे समजून घेण्यासाठी तो एक नैसर्गिक प्रयोगशाळा ठरत आहे. ‘ज्वालांचा ग्रह; पण अपेक्षेपेक्षा थंड’ हा विरोधाभास नसून, तो ग्रहविज्ञानातील एका मूलभूत प्रश्नाकडे निर्देश करतो. तार्‍याच्या प्रखर प्रकाशात सतत भाजला जाणारा खडकाळ ग्रह आपले वातावरण कसे टिकवतो? त्याच्या वातावरणातील वारे उष्णता किती दूर वाहून नेतात? ढग किती प्रकाश परतवतात? आणि ग्रहाच्या पृष्ठभागातून बाहेर पडणारे वायू त्याच्या वातावरणाला सतत भरून काढतात का? ‘एचडी ३१६७ बी’ने या प्रश्नांची उत्तरे दिलेली नाहीत. उलट, त्याने प्रश्नांची व्याप्ती अधिकच वाढवली. ‘जेम्स वेब’ दुर्बिणीच्या पुढील निरीक्षणांतून या दूरच्या ‘ज्वालाग्रहा’चे वातावरण कोणत्या पदार्थांनी बनले आहे हे उलगडले; तर खडकाळ ग्रहांची निर्मिती, उत्क्रांती आणि कदाचित आपल्या पृथ्वीच्या अतिप्राचीन अवस्थेबद्दलही नवे धागे मिळू शकतील.