वैज्ञानिकों ने एक नए तरीके की खोज की है जिससे ऑक्सीजन हमारे अपने से परे दुनिया के कार्बन-डाइऑक्साइड युक्त वातावरण में बन सकती है – हमें अन्य ग्रहों पर जीवन की खोज कैसे करनी चाहिए, और संभवतः जीवन की उत्पत्ति के बारे में चुनौतीपूर्ण धारणाएं।
हल विश्वविद्यालय में आण्विक भौतिकी और खगोल रसायन विज्ञान के वरिष्ठ व्याख्याता डेविड बेनोइट कहते हैं, “अन्य ग्रहों पर जीवन, या जीवन चिन्हों की अधिकांश खोज वास्तव में यह साबित कर रही है कि हम जो कुछ भी देखते हैं वह उन तरीकों से उत्पन्न हो सकता है जिनके लिए जीवन की आवश्यकता नहीं है।” ईए मिल्ने सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, उन्होंने Space.com को बताया। “यह अध्ययन आणविक ऑक्सीजन का उत्पादन करने का एक और मार्ग दिखाता है जिसे पहले हमेशा व्यवहार्य नहीं माना जाता था।”
वायुमंडलीय ऑक्सीजन (O2) में भारी वृद्धि से पहले धरती लगभग 2.4 अरब वर्ष पहले महान ऑक्सीकरण घटना के दौरान – जब महासागरों में रहने वाले साइनोबैक्टीरिया ने प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से ऑक्सीजन का उत्पादन शुरू किया – हमारे ग्रह के आदिम वातावरण में ऑक्सीजन की केवल थोड़ी मात्रा के साथ कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) का प्रभुत्व था।
“वे O2 अणु विशेष रूप से अजैविक के माध्यम से उत्पादित किए गए थे [non-biological] प्रक्रियाएँ,” चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में शान शी तियान और जी हू के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की टीम लिखती है।
तियान और हू का कहना है कि वे इस बात से रोमांचित थे कि इस आदिम वायुमंडलीय ऑक्सीजन का निर्माण कैसे हुआ, उन्होंने एक नए तंत्र की सूचना दी जिसके माध्यम से ऐसा हो सकता था।
इस बीच, अन्य, दो ऑक्सीजन की “तीन-शरीर पुनर्संयोजन” प्रतिक्रिया के रूप में जाने जाने वाले तंत्र के माध्यम से ऑक्सीजन के गठन का प्रस्ताव करते हैं। परमाणुओं या पराबैंगनी प्रकाश के तहत CO2 का पृथक्करण। कुछ लोगों का मानना है कि यह भी संभव है कि पदार्थ विशिष्ट प्रतिक्रियाओं के माध्यम से उत्पन्न हुआ हो इलेक्ट्रॉनों. तियान ने Space.com को बताया, “हालांकि, हमें आणविक CO2 से O2 का उत्पादन करने के लिए एक अलग मार्ग मिला।” “अर्थात्, हीलियम आयनों की प्रतिक्रिया के माध्यम से [He+] CO2 के साथ।”
अधिकांश हीलियम आयन कब उत्पन्न होते हैं? अल्फा कण में सौर पवन ऊपरी वायुमंडल में अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे आवेशित कण बनते हैं जिन्हें आयन कहा जाता है जो फिर CO2 के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जो O2 बना सकते हैं। “इस प्रतिक्रिया को ऊपरी वातावरण में देखा जाना चाहिए मंगल ग्रहक्योंकि बहुत सारे He+ आयन (सौर हवाओं के कारण) और CO2 वहां मौजूद हैं,” हू ने समझाया।
हालाँकि, भले ही इन प्रतिक्रियाओं से मंगल ग्रह के आयनमंडल में विभिन्न आयन, जैसे O+, O2+ और CO2+ बनने की पुष्टि हुई हो, फिर भी यह कहने का कोई सबूत नहीं है कि O2 इस तरह से बनता है।
अपने सिद्धांत को साबित करने के लिए, वैज्ञानिकों ने टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट (टीओएफ) मास स्पेक्ट्रोमेट्री को नियोजित किया, एक ऐसी तकनीक जो गैस-चरण आयनों के द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात को मापकर निर्धारित करती है। समय उन्हें स्पेक्ट्रोमीटर नामक उपकरण के भीतर एक ज्ञात दूरी तय करने में मदद मिलती है। यह विधि इस सिद्धांत पर निर्भर करती है कि आयन, ज्ञात शक्ति के विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होकर, अपने द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के आधार पर अलग-अलग गति प्राप्त करते हैं और इसलिए, अलग-अलग समय पर डिटेक्टर तक पहुंचते हैं।
लेकिन हू और तियान ने इसे एक कदम आगे बढ़ाया, टीओएफ को “क्रॉस्ड-बीम उपकरण” और “आयन वेग मानचित्र” के साथ जोड़कर किसी भी संभावित तंत्र को आजमाने और स्पष्ट करने के लिए जो आणविक ऑक्सीजन उत्पन्न करेगा। इस सेटअप में, कणों की दो किरणें – CO2 और He+ – नियंत्रित परिस्थितियों में प्रतिच्छेद करती हैं, जिससे टकराव बिंदु पर प्रतिक्रियाएं होती हैं।
परिणामी उत्पाद आयनीकृत थे; उनके द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात को डिटेक्टर तक पहुंचने में लगने वाले समय के आधार पर निर्धारित किया गया था। इसके साथ ही, आयन वेग मानचित्रण ने आयनों के प्रक्षेप पथ और वेग को रिकॉर्ड किया, जिससे उनकी ऊर्जा के बारे में विस्तृत जानकारी मिली।
कुल मिलाकर, टीम प्रतिक्रिया मार्गों का पुनर्निर्माण करने और इन दो प्रारंभिक सामग्रियों से ऑक्सीजन निर्माण की चरण-दर-चरण प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सक्षम थी।
बेनोइट ने कहा, “यह एक उपयोगी खोज है जो दर्शाती है कि जिस प्रकार की ऊर्जा हम सौर हवाओं में देखते हैं, उस पर टकराने वाली हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड से टकराने पर आणविक ऑक्सीजन उत्पन्न कर सकती है।” “प्रक्रिया की दक्षता कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के साथ कार्बन डाइऑक्साइड के टकराने के समान प्रतीत होती है, जिसकी जांच कुछ साल पहले उसी शोध समूह द्वारा की गई थी।”
क्योंकि पृथ्वी पर जीवन ऑक्सीजन सांद्रता से निकटता से जुड़ा हुआ है, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से अन्य दुनिया में रहने की क्षमता के संभावित मार्कर के रूप में वायुमंडलीय ऑक्सीजन का अध्ययन किया है – विशेष रूप से यह देखते हुए कि पृथ्वी पर अधिकांश ऑक्सीजन जीवित जीवों द्वारा उत्पादित की जाती है। हालाँकि, यह शोध दर्शाता है कि ऑक्सीजन अजैविक प्रक्रियाओं, या ऐसी प्रक्रियाओं के माध्यम से भी बन सकती है जो जीवित जीवों में निहित नहीं हैं। इस प्रकार, यदि इसी तरह के तंत्र CO2-समृद्ध वायुमंडल वाले अन्य ग्रहों पर काम करते हैं, तो जीवन की अनुपस्थिति में भी ऑक्सीजन मौजूद हो सकती है।
हालाँकि, इस खोज का मतलब यह नहीं है कि खगोलशास्त्री जल्दबाजी में निष्कर्ष निकालेंगे या कि एक्सोप्लैनेट पर जीवन की खोज झूठे सकारात्मक बायोसिग्नेचर द्वारा पटरी से उतर जाएगी।
बेनोइट ने इस बात पर जोर दिया कि खगोल रसायन मॉडल और प्रयोगात्मक टिप्पणियों के साथ क्रॉस-सत्यापन निष्कर्षों को मजबूत करेगा। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड, हीलियम और ऑक्सीजन का एक साथ पता लगाना एक्सोप्लैनेट आणविक ऑक्सीजन उत्पादन के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र के रूप में इस मार्ग को मान्य कर सकता है।
बेनोइट ने कहा, “इस नए तंत्र को संभवतः अन्य ग्रहों के वायुमंडल की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले भविष्य के मॉडल में शामिल किया जाएगा,” और हमें वहां मिलने वाली ऑक्सीजन की मात्रा को बेहतर ढंग से समझाने में मदद मिलेगी।
