एथन से पूछें: पृथ्वी की एक्सोप्लैनेट जैसी हमारी पहली प्रत्यक्ष तस्वीर क्या होगी?

DSCOVR-EPIC कैमरा द्वारा ली गई पृथ्वी की एक तस्वीर, और इसे 3x3 पिक्सेल के एक संकल्प के लिए भी नीचा दिखाया गया है - लगभग इस रूप में, भविष्य के शोधकर्ता एक्सोप्लैनेट देखेंगे

पिछले एक दशक में, मुख्य रूप से केप्लर मिशन के लिए धन्यवाद, अन्य स्टार सिस्टम के ग्रहों के बारे में हमारा ज्ञान काफी बढ़ गया है। बस कुछ दुनियाओं से - ज्यादातर बड़े पैमाने पर, तेज, आंतरिक कक्षाओं के साथ एक छोटे द्रव्यमान वाले सितारों की परिक्रमा - वस्तुतः पूरी तरह से विभिन्न आकारों के हजारों ग्रह। अब हम जानते हैं कि दुनिया पृथ्वी का आकार और थोड़ा बड़ा है। अगली पीढ़ी की वेधशालाएं, जो अंतरिक्ष में (उदाहरण के लिए, जेम्स वेब टेलीस्कोप ) और जमीन पर ( जीएमटी और ईएलटी ) दोनों दिखाई देंगी, सीधे इन दुनियाओं के निकटतम फोटो खींच सकेंगी। वे क्या दिखेंगे? यही हमारे पाठक पूछते हैं:

इन तस्वीरों से किस तरह के संकल्प की उम्मीद की जा सकती है? कुछ पिक्सेल, या कोई दृश्यमान विवरण?

तस्वीरें खुद बहुत प्रभावशाली नहीं होंगी। हालाँकि, उनसे हम वह सब कुछ सीख सकते हैं जो आप (उचित सीमा के भीतर) कर सकते हैं।


प्रॉक्सिमा सेंटौरी के चारों ओर कक्षा में प्रॉक्सिमा बी , जैसा कि कलाकार द्वारा प्रस्तुत किया गया है। भविष्य के 30-मीटर दूरबीनों की मदद से, हम इसे सीधे देख सकते हैं, लेकिन तस्वीर में उतनी खूबसूरती से नहीं।

शुरुआत करने के लिए, आइए बुरी खबर से निपटें। निकटतम तारा प्रणाली अल्फा सेंटौरी है , यह हमसे केवल 4 प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित है। इसमें तीन सितारे शामिल हैं:

• अल्फा सेंटॉरी ए, एक वर्ग जी स्टार, जैसे सूर्य;
• अल्फा सेंटौरी बी, एक ठंडा और कम बड़े वर्ग के स्टार, यह हमारे गैस दिग्गजों की कक्षाओं की तुलना में कक्षा में अल्फा सेंटौरी ए के चारों ओर घूमता है;
• प्रॉक्सिमा सेंटॉरी, एक बहुत ठंडा और कम विशाल एम-क्लास स्टार है जिसमें कम से कम एक ग्रह पृथ्वी का आकार है।

इस ट्रिपल स्टार सिस्टम के आसपास कई और ग्रह हो सकते हैं, लेकिन वे छोटे होंगे, और उनसे सितारों की दूरी बहुत बड़ी होगी।


नया 5-मिरर ऑप्टिकल सिस्टम ELT। वैज्ञानिक उपकरणों में जाने से पहले, प्रकाश एक अवतल 39-मीटर खंडों वाले मुख्य दर्पण (M1) से परिलक्षित होता है, और फिर बाद के 4-मीटर दर्पण, उत्तल एम 2 और अवतल M3 से परिलक्षित होता है। अंतिम दो दर्पण, एम 4 और एम 5, एक अनुकूली ऑप्टिकल प्रणाली बनाते हैं, जो अंतिम फोकल विमान पर बेहद तेज छवियां प्राप्त करना संभव बनाता है। इस दूरबीन की 0.005 ”की प्रकाश शक्ति और कोणीय संकल्प इतिहास में किसी भी अन्य से बेहतर होगा।

ईएलटी, जो सभी का सबसे बड़ा टेलिस्कोप बनाया जा रहा है, में 39 मीटर व्यास होगा, जिसका अर्थ है 0.005 चाप सेकंड का अधिकतम कोणीय संकल्प; 60 चाप सेकंड 1 चाप मिनट है, और 60 चाप मिनट 1 डिग्री है। यदि आप प्रॉक्सिमा सेंटॉरी के पास पृथ्वी के आकार का एक ग्रह रखते हैं, जो हमारे सूर्य के सबसे निकट का तारा है, जो 4.24 प्रकाश वर्ष में स्थित है, तो इसका कोणीय व्यास 67 कोणीय माइक्रोसेकंड (μas) होगा, जिसका अर्थ है कि निर्माण के तहत हमारी सबसे अच्छी दूरबीन भी, संकल्प होगा किसी ग्रह को पृथ्वी के आकार को देखने के लिए जरूरत से 74 गुना ज्यादा खराब।

हम सभी के लिए उम्मीद कर सकते हैं कि एकमात्र संतृप्त पिक्सेल है जिसका प्रकाश इसके चारों ओर पड़ोसी पिक्सेल में प्रवेश करता है, और यह अधिकतम रिज़ॉल्यूशन वाले सबसे उन्नत कैमरों पर है। विज़ुअली, यह उन सभी के लिए एक गंभीर निराशा होगी, जिन्होंने सुंदर दृश्य प्राप्त करने की आशा की थी, जैसे कि नासा के उदाहरणों में मौजूद है।


एक्सोप्लैनेट केपलर -186 एफ, जिसके गुण, शायद, कलाकार के दृष्टिकोण में, पृथ्वी के समान हैं। हालांकि, ऐसे चित्र सट्टा हैं, और भविष्य के आंकड़े हमें इस तरह की प्रजाति नहीं देंगे।

हालाँकि, बुरी खबर यहाँ समाप्त होती है। कोरोनोग्राफ का उपयोग करके, हम प्रकाश को मूल तारे से रोक सकते हैं और ग्रह से सीधे प्रकाश का निरीक्षण कर सकते हैं। बेशक, हमें प्रति पिक्सेल प्रकाश मिलता है, लेकिन यह एक निश्चित और अपरिवर्तित पिक्सेल नहीं होगा। हम प्रकाश को तीन अलग-अलग तरीकों से ट्रैक कर सकते हैं:

1. विभिन्न रंगों में, फोटोमेट्रिकली, जहां से हम ग्रह की किसी भी छवि के सामान्य ऑप्टिकल गुणों को सीखते हैं।
2. स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से, जो हमें प्रकाश को विभिन्न तरंग दैर्ध्य में तोड़ने और सतह और वायुमंडल में कुछ अणुओं और परमाणुओं की उपस्थिति के संकेतों की तलाश करने की अनुमति देगा।
3. अक्ष के चारों ओर ग्रह की परिक्रमा के साथ दो पिछले बिंदुओं के परिवर्तनों को मापते हुए, हम अस्थायी विशेषताओं को प्राप्त करते हैं।

केवल एक प्रकाश पिक्सेल से हम किसी भी अध्ययन किए गए दुनिया के गुणों की एक बड़ी संख्या निर्धारित कर सकते हैं। और यहाँ उनमें से कुछ हैं।


इसके चारों ओर घूमते हुए चंद्रमा के साथ एक्सोप्लैनेट

इसकी परिक्रमा गति के दौरान प्रकाश ग्रह से प्रतिबिंब को मापने के द्वारा, हम कई घटनाओं पर जानकारी प्राप्त करते हैं, जिनमें से कुछ हम पृथ्वी पर निरीक्षण करते हैं। यदि दुनिया के अलग-अलग गोलार्धों में एक अलग अल्बेडो (परावर्तन) होता है और दुनिया किसी भी तरह से घूमती है, सिवाय जब 1: 1 के अनुपात में एक तारे से जुड़े होते हैं, तो हम एक आवधिक संकेत देख सकते हैं जो तब दिखाई देता है जब ग्रह दूसरी तरफ अपने तारे की ओर मुड़ता है।

महाद्वीपों और महासागरों वाली दुनिया में, सिग्नल अलग-अलग आवृत्तियों पर उठेगा और गिरेगा, जो कि उन भागों के अनुरूप होगा जो हमारी दूरबीनों की ओर प्रत्यक्ष प्रकाश को प्रतिबिंबित करेंगे।


टेस स्पेस टेलीस्कोप द्वारा एकत्र और जारी किए गए डेटा में सैकड़ों ग्रह उम्मीदवारों को पहले ही खोजा जा चुका है, जिसे पारगमन विधि द्वारा एक्सोप्लैनेट खोलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। तस्वीर तीन सबसे दिलचस्प दिखाती है, और कई और उनके पीछे दिखाई देंगे।

और अगर ग्रह पर बादल और वायुमंडलीय घटनाएं हैं जो प्रकाश को अवरुद्ध और प्रतिबिंबित करती हैं? तब बदलता मौसम हमें इस संकेत को निकालने की अनुमति देगा जब हम देखते हैं कि समय के साथ क्लाउड कवर कैसे बदलता है, अन्य प्रभावों पर इसके प्रभाव को सुपरइम्पोज़ करना। बादलों में कुछ आणविक विशेषताएं भी होंगी जो दिखाती हैं कि वे सल्फ्यूरिक एसिड, पानी की बूंदों, मीथेन या अन्य वाष्पशील सामग्री से बने हैं या नहीं।

प्रत्यक्ष अवलोकन क्षमताओं के लिए धन्यवाद, हम अपने सौर मंडल के बाहर एक ग्रह पर मौसम के परिवर्तनों को सीधे मापने में सक्षम होंगे।


2001-2002 की "ब्लू बॉल" की समग्र छवियां, MODIS स्पेक्ट्रोमाडोमीटर द्वारा बनाई गई हैं।

जीवन का पता लगाना अधिक कठिन होगा, लेकिन अगर वहाँ एक एक्सोप्लेनेट है जिस पर सांसारिक के समान जीवन है, तो हम इस पर कुछ विशिष्ट मौसमी बदलाव देखेंगे। अपनी धुरी के चारों ओर पृथ्वी के घूमने का मतलब है कि सर्दियों में, जब हमारा गोलार्ध सूर्य से दूर हो जाता है, ध्रुवीय टोपियां बढ़ जाती हैं, तो बर्फ से निचले अक्षांशों तक ढके महाद्वीपों की परावर्तन क्षमता बढ़ जाती है, और दुनिया कम हरी हो जाती है।

गर्मियों में, इसके विपरीत, हमारा गोलार्ध सूर्य पर दिखता है। ध्रुवीय टोपियां कम हो रही हैं, महाद्वीप हरे रंग का अधिग्रहण कर रहे हैं जो हमारे ग्रह के पौधे के जीवन पर हावी है। इसी तरह के मौसमी बदलाव किसी भी एक्सोप्लैनेट की तस्वीर को प्रभावित करते हैं, जो हमें न केवल मौसमी परिवर्तनों का न्याय करने की अनुमति देगा, बल्कि रंग वितरण और प्रतिबिंबितता में प्रतिशत परिवर्तन भी करेगा।


इस टाइटन शॉट में, मीथेन कोहरे और वातावरण को पारभासी नीले रंग के रूप में दिखाया गया है, और सतह की विशेषताएं दिखाई देती हैं। छवि बनाने के लिए, पराबैंगनी, ऑप्टिकल और अवरक्त रेंज में छवियों का उपयोग किया गया था।

ग्रहों और कक्षीय विशेषताओं को भी दिखाई देना चाहिए। जब तक हम अपने दृष्टिकोण से ग्रह के पारगमन का निरीक्षण नहीं करते हैं, जब ग्रह हमारे और उसके तारे के बीच से गुजरता है, तो हम उसकी कक्षा के उन्मुखीकरण को नहीं जान पाएंगे। अर्थात्, हम इसके द्रव्यमान को नहीं पहचानते हैं; हम केवल द्रव्यमान और कोण के झुकाव के कोण को जानेंगे।

लेकिन अगर हम समय के साथ इसके प्रकाश में बदलाव को मापते हैं, तो हम इसकी गणना कर सकते हैं कि इसके चरणों को कैसे देखना चाहिए और वे कैसे बदलते हैं। हम इस जानकारी का उपयोग इसके द्रव्यमान और कक्षीय झुकाव, साथ ही बड़े चंद्रमाओं की उपस्थिति या अनुपस्थिति को निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं। यहां तक ​​कि एक एकल पिक्सेल से, रंग, क्लाउड कवर, रोटेशन और मौसमी परिवर्तनों के संबंध में प्रकाश में परिवर्तन को घटाते हुए, हम यह सब जानकारी प्राप्त कर सकते हैं।


पृथ्वी से दिखाई देने वाले शुक्र के चरण अपने तारे की परिक्रमा करने वाले एक्सोप्लैनेट के चरणों के समान हैं। यदि इसके "रात" पक्ष में कुछ तापमान गुण होंगे, जिनमें से जेम्स वेब टेलीस्कोप संवेदनशील है, तो हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि क्या यह एक वातावरण है, साथ ही साथ इसके घटक भी हैं।

अंत में, प्रत्यक्ष अवलोकन और स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण हमें वायुमंडल के घटकों को दिखाना चाहिए, जो अणु और परमाणु इसमें हैं।

यह कई कारणों से महत्वपूर्ण है। हां, स्पष्ट बड़ी उम्मीद है कि ऑक्सीजन से समृद्ध वातावरण, संभवतः एक जड़ता लेकिन व्यापक नाइट्रोजन अणु के साथ मिल जाएगा, जो वास्तव में स्थलीय वातावरण देगा। लेकिन हम पानी की तलाश में आगे बढ़ सकते हैं। संभावित जीवन के अन्य लक्षणों की तलाश की जा सकती है, जैसे कि मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड। एक और दिलचस्प परिणाम जो आज कम करके आंका गया है वह है सुपर-अर्थों की सीधे जांच करने की क्षमता। जिनमें हाइड्रोजन और हीलियम के विशाल आवरण हैं, और जो नहीं हैं?


ग्रहों का वर्गीकरण चट्टानी, नेपच्यून जैसा, बृहस्पति-जैसा, तारा है। पृथ्वी के समान और नेपच्यून जैसे ग्रहों के बीच की सीमा धुंधली है।

यदि हम अपने सौर मंडल के बाहर स्थित किसी ग्रह पर वास्तव में विवरण देखना चाहते हैं, तो हमें नियोजित सबसे बड़े व्यास की तुलना में सैकड़ों गुना बड़े एक दूरबीन की आवश्यकता होगी: व्यास में कुछ किलोमीटर। और उस दिन तक, हम अपनी आकाशगंगा में निकटतम पृथ्वी जैसी दुनिया से जुड़ी कई महत्वपूर्ण चीजों की जानकारी के लिए इंतजार कर सकते हैं। TESS पहले से ही नए ग्रहों की खोज कर रहा है। जेम्स वेब पूरा हो गया है और 2021 में लॉन्च होने की प्रतीक्षा कर रहा है। तीन 30-मीटर दूरबीन निर्माणाधीन हैं, और पहला (जीएमटी) 2024 में शुरू होना चाहिए, और सबसे बड़ा (ईएलटी) - 2025 में पहली रोशनी देखने के लिए। दस वर्षों में हमारे पास प्रत्यक्ष (ऑप्टिकल या अवरक्त) होगा ) हमारे सौर मंडल के बाहर स्थित दर्जनों दुनिया के आंकड़ों, पृथ्वी का आकार या थोड़ा बड़ा।

एक एकल पिक्सेल निरर्थक लग सकता है, लेकिन यह सोचें कि हम कितना कुछ सीख सकते हैं - मौसम, मौसम, महाद्वीप, महासागर, ध्रुवीय टोपी, यहां तक ​​कि जीवन - और आप चकित होंगे।

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