वैज्ञानिकों और शौकिया खगोलविदों ने एक लंबे समय से चली आ रही धारणा को उलटने के लिए मिलकर काम किया है कि बृहस्पति के प्रतिष्ठित घूमते बादल जमे हुए अमोनिया से बने हैं – गैस विशाल के बारे में एक बहुत ही बुनियादी रहस्योद्घाटन जिसे हमने सोचा था कि हम अच्छी तरह से जानते थे।
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध दूरबीनों और वर्णक्रमीय फिल्टरों का उपयोग करते हुए, स्टीव हिल नाम के एक शौकिया खगोलशास्त्री ने बृहस्पति के वायुमंडल में अमोनिया की प्रचुरता का पता लगाने के लिए डेटा एकत्र किया, लेकिन हिल को अंततः कुछ ऐसा मिला, जिसने शुरुआत में गैस विशाल की वायुमंडलीय संरचना के पिछले मॉडलों का खंडन किया।
“मैं उत्सुक था!” ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के पैट्रिक इरविन ने Space.com को बताया। “सबसे पहले, मुझे संदेह था कि स्टीव की विधि इतने विस्तृत अमोनिया मानचित्र तैयार कर सकती है।” लेकिन जैसे-जैसे विश्लेषण सामने आया, संदेह ने उत्साह का मार्ग प्रशस्त किया – यह स्पष्ट था कि हिल कुछ न कुछ चाहता था।
बृहस्पति का वायुमंडल अधिकतर हाइड्रोजन और हीलियम से बना है, जिसमें थोड़ी मात्रा में अमोनिया, मीथेन, जल वाष्प और अन्य गैसें हैं। ये बाद वाले घटक अलग-अलग स्तरों पर संघनित होकर बादल बनाते हैं, जो सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करके ग्रह का आकर्षक स्वरूप बनाते हैं। चूँकि अमोनिया को बृहस्पति के वायुमंडल में मौजूद माना जाता है और सभी ज्ञात गैसों के सबसे कम दबाव पर इसके संघनित होने (या बादल बनने) की भविष्यवाणी की गई है, वैज्ञानिकों ने व्यापक रूप से माना है कि ग्रह के मुख्य अवलोकन योग्य ऊपरी बादल अमोनिया बर्फ से बने थे।
इरविन ने कहा, “खगोलविद हमेशा एक साधारण मॉडल मानेंगे जब तक कि इस बात के पर्याप्त सबूत न हों कि यह सरल मॉडल त्रुटिपूर्ण है।” “चूंकि हम बृहस्पति के वायुमंडल में अमोनिया गैस देख सकते हैं […]बस यह मान लिया गया था कि इसके मुख्य अवलोकन योग्य बादल संभवतः अमोनिया बर्फ से बने थे।”
हिल द्वारा अपनी दिलचस्प टिप्पणियाँ प्रस्तुत करने के बाद इरविन पहली बार 2023 में ब्रिटिश एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी में आपसी संपर्क के माध्यम से हिल से जुड़े थे। “[Steve] इरविन ने कहा, “अपने दृष्टिकोण का विश्लेषण और सत्यापन करने के लिए एक पेशेवर खगोलशास्त्री के साथ सहयोग करने में रुचि थी।”[He applied] लाल तरंग दैर्ध्य पर अमोनिया और मीथेन के दृश्य अवशोषण बैंड का उपयोग करके पहली बार 70 और 80 के दशक में एक तकनीक का उपयोग किया गया था। यद्यपि सर्वविदित है, इस तकनीक का तब से अधिक उपयोग नहीं किया गया है।”
इस तकनीक को बैंड-डेप्थ विश्लेषण कहा जाता है और इसका उपयोग किसी विशिष्ट गैस की सांद्रता का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है, जो इस आधार पर होता है कि उस गैस की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर कितना प्रकाश अवशोषित होता है – इस मामले में मीथेन और अमोनिया।
हिल ने बृहस्पति के बादलों के ऊपर इन गैसों की प्रचुरता की गणना करने के लिए मीथेन (619 एनएम) और अमोनिया (647 एनएम) के अवशोषण बैंड का उपयोग किया, जो बृहस्पति के दृश्य स्पेक्ट्रम में दोनों प्रसिद्ध विशेषताएं हैं। 619 एनएम पर मीथेन का अवशोषण एक विश्वसनीय संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करता है क्योंकि मीथेन की प्रचुरता सर्वविदित है और इसके अवशोषण का उपयोग दबाव के स्तर को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। इसकी तुलना 647 एनएम पर अमोनिया के अवशोषण से करके, हिल आश्चर्यजनक रूप से उच्च सटीकता के साथ बृहस्पति के बादलों में अमोनिया के वितरण की गणना और मानचित्रण करने में सक्षम था।
इरविन ने विस्तार से बताया, “हम जानते हैं कि मीथेन वायुमंडल में अच्छी तरह से मिश्रित है और हमारे पास इसकी प्रचुरता का अच्छा अनुमान है।” “इस प्रकार हम बीच प्रतिबिंब में अंतर का उपयोग कर सकते हैं [images] बादल के शीर्ष दबाव और अमोनिया की सापेक्ष प्रचुरता दोनों को निर्धारित करने के लिए इन दो अवशोषण बैंडों में अवलोकन किया गया।”
टीम ने पाया कि परावर्तित प्रकाश बादलों की परतों से आ रहा था जहां वायुमंडलीय दबाव बहुत अधिक होगा और अमोनिया के संघनन के लिए तापमान बहुत अधिक होगा। “[The observations] प्रतिबिंब की मुख्य परत को बहुत स्पष्ट रूप से दिखाएं […] इरविन ने कहा, “0.7 बार पर अमोनिया के अपेक्षित संघनन स्तर से कहीं अधिक गहरा है, वास्तव में 2-3 बार पर बहुत अधिक गहरा होता है।”
एकमात्र काम यह निष्कर्ष निकालना था कि अमोनिया बर्फ बृहस्पति के बादलों का मुख्य घटक नहीं हो सकता है। इसके बजाय, मॉडलिंग भविष्यवाणी करती है कि बादल संभवतः अमोनियम हाइड्रोसल्फाइड से बने होते हैं और संभवतः वायुमंडल में फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पादित धुंध होते हैं, क्योंकि बादलों का रंग शुद्ध बर्फ के अनुरूप नहीं होता है।
इरविन ने कहा, “हालांकि, हम निश्चित रूप से नहीं जानते कि यह यही रचना है।” “यह भी सुझाव दिया गया है कि बादल पानी और अमोनिया का एक अनोखा संयोजन हो सकते हैं।”
उन्होंने आगे कहा, इससे पता चलता है कि बृहस्पति के वायुमंडल में बहुत सारी जटिल फोटोकैमिस्ट्री चल रही है। इरविन ने कहा, “ऐसा लगता है कि अधिकांश क्षेत्रों में, अमोनिया को ऊपर उठाने की तुलना में तेजी से फोटोलाइज्ड और नष्ट किया जाता है।” “इसलिए शुद्ध अमोनिया बर्फ के बादल दुर्लभ हैं और बहुत तेज़ और जोरदार संवहन वाले छोटे क्षेत्रों तक सीमित हैं।”
ईएसओ के वेरी लार्ज टेलीस्कोप (वीएलटी), वेरी लार्ज एरे (वीएलए) और नासा के जूनो मिशन पर एमयूएसई उपकरण से डेटा का विश्लेषण करके, अधिक उन्नत तकनीकों के साथ तुलना के माध्यम से हिल की टिप्पणियों और सिद्धांत को इरविन की मदद से मान्य किया गया था। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह न केवल इन रोमांचक निष्कर्षों की पुष्टि करता है बल्कि बृहस्पति और शनि जैसे अन्य समान ग्रहों के अवलोकन को और अधिक सुलभ और संचालन में आसान बनाता है।
“अमोनिया कहां है और कहां नहीं है, यह बृहस्पति पर मौसम प्रक्रियाओं का एक शक्तिशाली पता लगाने वाला प्रदान करता है, जो इसे ग्रह और इसके जैसे अन्य ग्रहों को समझने के लिए महत्वपूर्ण बनाता है।” लिखा हिल ने अपने मूल पेपर में पिछले साल पृथ्वी और अंतरिक्ष विज्ञान पत्रिका में प्रकाशित किया था।
हालांकि एक रोमांचक सफलता, वैज्ञानिक स्वीकार करते हैं कि अभी भी कुछ सीमाएँ हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है। एक के लिए, वर्तमान परिणाम अमोनिया की अनुमानित “ऊर्ध्वाधर” प्रोफ़ाइल पर निर्भर हैं, जिसे वैज्ञानिक अक्सर स्थिर मानते हैं।
इरविन ने कहा, “वास्तव में, अमोनिया संघनन स्तर के नीचे ऊंचाई के साथ इसमें भिन्नता होने की अधिक संभावना है, लेकिन हमारी टिप्पणियों से इसे रोकना आसान नहीं है।” “हमें वीएलटी/एमयूएसई, जूनो और वीएलए परिणामों की अधिक बारीकी से तुलना करने की आवश्यकता है। एक समाधान सभी अवलोकनों में फिट होना चाहिए, लेकिन हमें यह पता लगाने के लिए इसे थोड़ा दोहराना होगा कि विभिन्न स्थानों पर अमोनिया की ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल क्या है बृहस्पति का वातावरण।”
खगोलविदों ने अपनी तकनीक को शनि के अवलोकन के लिए भी लागू किया है, इसी तरह यह पाया गया है कि मुख्य बादल परत से प्रतिबिंब पहले की अपेक्षा अधिक गहरा होता है – यह उस स्तर से भी काफी नीचे होता है जिससे अमोनिया बादलों में संघनित हो जाएगा। इरविन ने कहा, “इससे पता चलता है कि शनि के वायुमंडल में भी इसी तरह की फोटोकैमिकल प्रक्रियाएं चल रही हैं।” “हम अमोनिया की गहरी प्रचुरता का भी निर्धारण करते हैं और इसे हाल के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप अवलोकनों के अनुरूप पाते हैं।”
यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि कैसे पेशेवर और शौकिया खगोलविदों दोनों का योगदान हमारी समझ की सीमाओं को आगे बढ़ाता है। यहां तक कि प्रतीत होने वाले “सरल” अवलोकन भी मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं और ब्रह्मांड के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार कर सकते हैं।
