ईथन से पूछें: जमे हुए ग्रहों पर तरल पानी कहां से आता है?

शनि की बर्फ चंद्रमा की सतह की उच्च परावर्तन, एन्सेलेडस , बड़ी संख्या में लगातार बर्फ के नवीकरण की उपस्थिति को इंगित करता है, जो सौर मंडल में किसी अन्य चंद्रमा पर नहीं देखा जाता है

सौर प्रणाली हमें विस्मित करना कभी बंद नहीं करती है, और शायद सबसे बड़ा आश्चर्य यह था कि पृथ्वी एकमात्र ऐसी दुनिया नहीं है जिसकी सतह पर तरल पानी है। हाँ, निश्चित रूप से, कभी-कभी मंगल पर थोड़ा पानी दिखाई देता है, लेकिन बृहस्पति यूरोपा के चंद्रमा, शनि एन्सेलेडस के चंद्रमा और यहां तक ​​कि प्लूटो जैसे विशाल उप-महासागरों के पास भी है, और इनमें से कुछ दुनियाओं में पृथ्वी की तुलना में अधिक पानी है। हालांकि, पृथ्वी या मंगल के विपरीत, ये दुनिया सूर्य से इतनी दूर हैं और वहां इतनी ठंड है कि सतह पर उच्चतम तापमान भी बर्फ के पिघलने बिंदु तक नहीं पहुंचता है। तो उन पर तरल पानी कैसे संग्रहीत किया जाता है? यह वही है जो हमारे पाठक जानना चाहते हैं:

मैं शनि एन्सेलेडस के चंद्रमा के बारे में पढ़ता हूं और वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि इसके बर्फ की परत के नीचे तरल पानी के महासागर मौजूद हैं। हालाँकि, मैंने यह भी पढ़ा कि अधिकतम सतह का तापमान -90 ° C है। इस चंद्रमा में तरल पानी कैसे हो सकता है? ऐसे कम तापमान और दबावों पर, एन्सेलेडस में केवल पानी की बर्फ और भाप होनी चाहिए, लेकिन पानी नहीं।

आइए शुरू करें कि पानी हमारी पृथ्वी पर कैसे व्यवहार करता है।


तीन राज्यों में पानी: तरल, ठोस (बर्फ) और गैसीय (हवा में अदृश्य जल वाष्प)। बादल हवा में संतृप्त भाप से संघनित पानी की बूंदों का एक संग्रह है।

पृथ्वी पर, पानी तीन अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है: ठोस, तरल और गैसीय, तापमान पर निर्भर करता है। नीचे 0 ° C पानी जम जाता है और बर्फ में बदल जाता है; इस बिंदु के ऊपर और नीचे 100 डिग्री सेल्सियस तरल पानी; 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर, पानी गैसीय वाष्प के रूप में मौजूद है। यही कारण है कि हमें स्कूल में पढ़ाया जाता है, और अधिकांश भाग के लिए यह सच है। लेकिन कुछ स्थितियां हैं जिनके तहत पानी बहुत अलग तरीके से व्यवहार करना शुरू कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप उच्च ऊंचाई पर रहते हैं, उदाहरण के लिए, बोगोटा (कोलंबिया), क्विटो (इक्वाडोर), एल ऑल्टो (बोलीविया) में - और इन शहरों में से प्रत्येक में एक मिलियन से अधिक लोग रहते हैं - तो आपका पानी बहुत कम तापमान पर उबलता है ।


पानी का चरण आरेख, विभिन्न प्रकार के बर्फ, तरल और गैसीय राज्यों का संकेत देता है, और जिन स्थितियों के तहत वे उत्पन्न होते हैं। ध्यान दें कि नीचे -22 ° C तरल पानी किसी भी दबाव में मौजूद नहीं हो सकता है

ऐसा इसलिए है क्योंकि दबाव क्वथनांक और हिमांक दोनों को प्रभावित करता है। अंतरिक्ष की गहराई में, तरल पानी एक वातावरण के बिना मौजूद नहीं हो सकता है; यह ठोस या गैसीय चरणों में भी मौजूद हो सकता है। लेकिन पृथ्वी पर, कम दबाव में, पानी कम तापमान पर उबलता है, और यदि पर्याप्त रूप से उच्च दबाव लगाया जाता है, तो बर्फ पिघल जाती है और तरल हो जाती है। उत्तरार्द्ध तथ्य अक्सर लोगों को आश्चर्यचकित करता है, जब तक आप उन्हें स्केट्स के बारे में याद रखने के लिए नहीं कहते हैं। आइस स्केट्स के बिना, यह बहुत फिसलन है और आपके लिए अपने आंदोलनों को नियंत्रित करना या घर्षण प्राप्त करना मुश्किल है; आपके जूते बर्फ की जमी सतह पर फिसलते हैं। लेकिन स्केट्स के साथ, आपके वजन का सारा दबाव ब्लेड पर केंद्रित होता है, जो बर्फ पर दबाव बढ़ाता है और अस्थायी रूप से पिघला देता है।


स्केटर्स बर्फ पर निशान छोड़ते हैं, क्योंकि उनके स्केट्स, सतह पर ग्लाइडिंग करते हैं, जिससे बर्फ को पानी में बदलने के लिए पर्याप्त दबाव पड़ता है

यह एक और तथ्य पर विचार करने के लायक है: पानी का हिमांक उस पर भंग होने के आधार पर भिन्न होता है। यदि आप कभी भी वोडका को फ्रीजर में रखते हैं, तो आप जानते हैं कि पानी के 40% तापमान पर पानी और 40% अल्कोहल का मिश्रण जम नहीं पाता है, इसके लिए तापमान बहुत कम होना चाहिए। नमक में घुलने वाले हमारे महासागर में भी शुद्ध पानी की तुलना में कम हिमांक होता है: लगभग 4% लवणता पर -2 ° C। इसलिए, आप पानी के ठंड के नीचे तापमान को कम कर सकते हैं और अभी भी तरल पानी के साथ रह सकते हैं - इसमें और क्या है इसके आधार पर। यह मंगल ग्रह की सबसे अद्भुत विशेषताओं में से एक है, जहां शुद्ध तरल पानी बिल्कुल भी मौजूद नहीं होना चाहिए।


इस तरह की ढलानों पर पानी की धाराएँ - मेलास कैनियन के तल पर गड्ढा के दक्षिणी ढलान पर - पहले धीरे-धीरे बढ़ते हैं और फिर गायब हो जाते हैं, जो मार्टियन परिदृश्य से धूल से भर जाता है। यह ज्ञात है कि वे तरल नमक पानी की धाराओं का परिणाम हैं।

मंगल की सतह पर मौजूद दबावों और तापमानों पर शारीरिक रूप से तरल पानी नहीं होना चाहिए। लेकिन कुछ प्रकार की मार्टियन मिट्टी में उच्च नमक सामग्री के कारण, सतह पर पानी, संघनक, तरल चरण में मौजूद हो सकता है। क्रेटरों की दीवारों के ढलान से पानी बहता है जो पृथ्वी के बाहर तरल पानी की उपस्थिति का पहला प्रत्यक्ष प्रमाण था।

लेकिन अगर आप सौर मंडल में और भी आगे बढ़ते हैं, तो यूरोप, एंसेलडस, या प्लूटो जैसी दुनिया को देखें - वहां हमें सतह पर पानी नहीं मिलेगा।


यूरोप, सौर मंडल के सबसे बड़े चंद्रमाओं में से एक, बृहस्पति के चारों ओर परिक्रमा करता है। इसकी जमी हुई बर्फ की सतह के नीचे बृहस्पति की ज्वारीय ताकतों द्वारा गर्म एक तरल महासागर है

इन दुनियाओं की एक करीबी परीक्षा से केवल बर्फ का पता चलता है। हां, यह पानी की बर्फ है, जो हमें आशा देता है, लेकिन सूर्य से पृथ्वी की तुलना में कई गुना अधिक दूर स्थित इन दुनिया के तापमान, न केवल कभी 0 ° C संकेतक तक नहीं पहुंचते हैं - जो पृथ्वी की सतह पर तरल पानी की उपस्थिति के लिए आवश्यक है - लेकिन वे कभी भी उस तापमान के करीब नहीं आते जो तरल पानी को किसी भी दबाव में मौजूद होने देता। और फिर भी, अगर इन दुनियाओं पर हम बर्फ की सतह के नीचे गहराई तक जाते हैं, तो हम इसके करीब आएंगे, क्योंकि इस सभी बर्फ के नीचे भारी दबाव है।


संपादित रंग में प्लूटो और चारोन; छवियों को न्यू होराइजन्स इंटरप्लेनेटरी स्टेशन के कैमरे से प्राप्त किया गया था। प्लूटो की जमी हुई सतह सब कुछ नहीं है; बड़ी गहराई पर इसमें तरल पानी का एक उप-महासागर है।

वायुमंडलीय दबाव बनाने के लिए 100 किमी मोटी वायुमंडल लेता है जिसे हम समुद्र के स्तर पर महसूस करते हैं - हालांकि, इस दबाव को दोगुना करने के लिए, आपको केवल 10 मीटर पानी की आवश्यकता होती है। दूसरी दुनिया में, बर्फ आसानी से मोटाई में हजारों मीटर तक पहुंच सकता है, और जबरदस्त दबाव बनाता है जो हमें पानी के तरल चरण के करीब लाता है। लेकिन भले ही बर्फ में लवण हों, तरल पानी अभी भी एक और अतिरिक्त कारक के बिना दिखाई नहीं देगा: एक गर्मी स्रोत। सौभाग्य से, इनमें से प्रत्येक दुनिया में गर्मी का एक स्रोत है: पास के बड़े पैमाने पर साथी ग्रह।


प्लूटो पर "स्पुतनिक प्लेन"। न्यू होराइजन्स स्टेशन द्वारा पहचाने जाने वाले भूवैज्ञानिक विशेषताएं प्लूटो की सतह पर विशाल और गहरी बर्फ की परत के नीचे एक उपसतह महासागर की उपस्थिति को दर्शाती हैं, जो पूरे बौने ग्रह तक फैली हुई हैं।

यूरोप में बृहस्पति है, एन्सेलेडस में शनि है। प्लूटो में चंद्रमा चारोन है। यह सभी त्रिमूर्ति, एक बड़े द्रव्यमान और एक अपेक्षाकृत निकट स्थान के संयोजन से, इन दुनियाओं पर बहुत गंभीर ज्वारीय प्रभाव पड़ता है। और ये बल केवल बाहरी परतों के छोटे विकृतियों का कारण नहीं बनते हैं - वे इन दुनिया के अंदरूनी हिस्सों को खिंचाव, संपीड़ित और विभाजित करते हैं, जिसके कारण वे गर्म होते हैं। यदि हम ज्वार की गर्मी की मात्रा को ध्यान में रखते हैं और बर्फ के बाहरी परतों के नीचे मौजूद बर्फ और नमक द्वारा दबाव डाला जाता है, तो हम वांछित प्राप्त कर सकते हैं: बर्फ की सतह के नीचे एक तरल महासागर।


शनि एन्सेलेडस के चंद्रमा पर काम करने वाली ज्वारीय बल बर्फ की परत को तोड़ने और इनसाइड्स को गर्म करने के लिए पर्याप्त हैं, जिससे उप-प्रपात महासागरीय जल को सैकड़ों किलोमीटर ऊंचे स्थान पर लाया जाता है।

यूरोप सतह पर बड़ी दरारें दिखाता है, उन क्षणों के प्रमाण जब वहां बर्फ टूटी और सतह पर पानी दिखाई दिया। एन्सेलाडस का उपसतह महासागर सबसे शानदार है, इसमें से तरल पानी निकलता है और सतह से सैकड़ों किलोमीटर ऊपर अंतरिक्ष में उगता है। एन्सेलाडस के ये पानी के स्तंभ इतने मजबूत हैं कि वे शनि के छल्ले - ई रिंग के गठन के लिए जिम्मेदार हैं। अंत में, प्लूटो की जमी हुई सतह के नीचे, जो संभवतः सबसे अप्रत्याशित आश्चर्य में से एक निकला, पानी का एक तरल महासागर है। और अगर वहाँ पानी, गर्मी और भंग रासायनिक यौगिक हैं, तो यह काफी संभव है - हालांकि अभी तक केवल काल्पनिक रूप से - कि इन दुनिया की सतह के नीचे कोई भी सादे पानी की तुलना में कुछ अधिक दिलचस्प पा सकता है।


शनि एन्सेलेडस के चंद्रमा के अंदरूनी हिस्सों का चित्रण, जो पानी के वैश्विक तरल महासागर को दर्शाता है, जो चट्टानी कोर और बर्फ की पपड़ी के बीच स्थित है। परतों की मोटाई पैमाने पर नहीं है।

क्या ऐसी दुनिया में जीवन हो सकता है जहां सूरज की रोशनी कभी तरल महासागर तक नहीं पहुंचती जो इस जीवन के लिए एक घर के रूप में काम कर सकती है? यह संभव है, और इस परिकल्पना को संभवतः एन्सेलेडस पर पहले परीक्षण किया जा सकता है। गीजर की उपस्थिति सूरज की रोशनी के लिए कुछ जैव रासायनिक अणुओं को उत्प्रेरित करना संभव बनाती है, जो चंद्रमा की बर्फीली सतह पर गिरने से पहले जीवन को जन्म दे सकते हैं। पर्याप्त रूप से लंबे समय तक पर्याप्त बर्फ उनके ऊपर जमा हो सकती है ताकि दबाव के कारण बर्फ पिघल जाए - और यह प्रक्रिया, सिद्धांत रूप में, इस दुनिया पर जीवन की उपस्थिति का दीर्घकालिक चक्र बना सकती है। और यह पता लगाने के लिए, हमें इस दुनिया को खोदना नहीं है या बड़ी गहराई से इसमें एक जांच को रोकना है - हमें केवल एन्सेलेडस के गीजर में से किसी एक को स्पेसशिप भेजने और उससे एक नमूना लेने की आवश्यकता है। क्या सौर मंडल के भीतर पृथ्वी के बाहर जीवन इतनी आसानी से हमारे लिए सुलभ हो सकता है? शायद अगर हम भाग्यशाली हैं, किसी दिन हम इसके बारे में पता लगाएंगे।

एथन सीगल - खगोल वैज्ञानिक, विज्ञान लोकप्रिय, एक बैंग्स के साथ शुरुआत के लेखक! उन्होंने "बियॉन्ड द गैलेक्सी" [ बियॉन्ड द गैलेक्सी ], और "ट्रैकनोलॉजी: स्टार ट्रेक का विज्ञान" [ ट्रेकोनोलॉजी ] किताबें लिखीं ।

यदि यूनिवर्स का विस्तार हो रहा है, तो हम विस्तार क्यों नहीं कर रहे हैं ; क्यों ब्रह्मांड की उम्र उसके मनाया भाग की त्रिज्या के साथ मेल नहीं खाती है