शनि

शनि किस तरह का ग्रह है?

शनि सूर्य से छठा ग्रह है और बृहस्पति के बाद सौरमंडल का दूसरा सबसे बड़ा ग्रह है। इसका औसत व्यास लगभग 1,16,000 किमी है, जो पृथ्वी के व्यास से नौ गुना से भी अधिक है, और इसका द्रव्यमान पृथ्वी का लगभग 95 गुना है। फिर भी शनि का औसत घनत्व पानी से कम है। यह मुख्य रूप से हाइड्रोजन और हीलियम से बना विशाल गैसीय ग्रह है, इसलिए यहाँ खड़े होने लायक कोई ठोस सतह नहीं है।

शनि लगभग 10.7 घंटे में एक चक्कर घूम जाता है। इतनी तेज़ घूर्णन गति के कारण उसका भूमध्यरेखीय भाग बाहर की ओर उभरा हुआ है, जबकि ऊपरी वायुमंडल के बादल और हवाएँ ग्रह को घेरती हुई पट्टियाँ बनाते हैं। बादलों के नीचे जितना गहरा जाएँ, बढ़ता दबाव हाइड्रोजन को उतना ही सघन द्रव बना देता है। वैज्ञानिकों का अनुमान है कि बहुत भीतर चट्टानी और बर्फीले पदार्थों के मिश्रण से बना एक केंद्रीय भाग मौजूद है।

तस्वीरों में सबसे पहले दिखाई देने वाले वलय इस विशाल ग्रह-तंत्र का हिस्सा हैं। शनि का गुरुत्व असंख्य वलय-कणों को कक्षा में थामे रखता है और उसकी कई चंद्रमाओं का गुरुत्व उनमें खाली जगहें और लहरें बनाता है। दोनों को अलग-अलग समझने पर तस्वीर साफ़ होती है: शनि स्वयं हाइड्रोजन और हीलियम का विशाल ग्रह है, जबकि वलय उसके चारों ओर घूमते कणों से बनी एक अलग संरचना हैं।

• लगभग 1,16,000 किमी शनि का औसत व्यास
• पृथ्वी का लगभग 95 गुना शनि का कुल द्रव्यमान
• लगभग 10.7 घंटे शनि को एक घूर्णन पूरा करने में लगने वाला समय
• लगभग 687 किग्रा/मी³ शनि का औसत घनत्व, जो पानी से कम है

लगभग 2,80,000 किमी चौड़े शनि के वलय केवल करीब 10 मीटर मोटे कैसे हो सकते हैं?

शनि के मुख्य वलय एक बाहरी किनारे से दूसरे बाहरी किनारे तक लगभग 2,80,000 किमी फैले हैं, लेकिन उनका अधिकांश भाग केवल करीब 10 मीटर मोटा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वलय कोई एक ठोस चक्र नहीं, बल्कि बर्फ के अनगिनत टुकड़ों का समूह हैं। हर कण अपनी कक्षा में शनि की परिक्रमा करता है और दूसरे कणों से टकराता रहता है। इन टक्करों से ऊपर-नीचे होने वाली गति धीरे-धीरे घटती है और कण एक पतले समतल के आसपास इकट्ठे रहते हैं।

दूरबीन से वलय चिकनी पट्टियों जैसे दिखते हैं, लेकिन पास से उनका रूप बिल्कुल अलग है। कणों का आकार रेत के दाने से छोटे टुकड़ों से लेकर घर जितने बड़े बर्फ के खंडों तक होता है; कुछ दुर्लभ पिंड पहाड़ जितने बड़े भी हैं। शनि के निकट के कण तेज़ और दूर के कण धीमे परिक्रमा करते हैं। पूरा वलय-तंत्र किसी रिकॉर्ड की तरह एक कठोर इकाई बनकर नहीं घूमता।

• लगभग 2,80,000 किमी व्यास मुख्य वलय-तंत्र के एक बाहरी किनारे से दूसरे तक की दूरी
• अधिकांश भाग करीब 10 मीटर मुख्य A, B और C वलयों में देखी जाने वाली प्रतिनिधि मोटाई
• 22 बार कैसिनी ने शनि और उसके सबसे भीतरी वलय के बीच से जितनी बार उड़ान भरी
• लगभग 1 से 10 करोड़ वर्ष पहले 2019 के वलय-द्रव्यमान अध्ययन के अनुसार आज के मुख्य वलयों के बनने का अनुमानित समय

वलयों में खाली जगहें और लहरें कैसे बनती हैं?

वलय हज़ारों पतली पट्टियों और खाली जगहों में बँटे हैं। किसी खाली जगह का पूरी तरह कण-विहीन होना ज़रूरी नहीं है। कुछ दूरियों पर किसी चंद्रमा और वलय-कणों की परिक्रमा अवधियाँ एक सरल अनुपात में आ जाती हैं। तब चंद्रमा का हल्का गुरुत्व बार-बार उन्हीं स्थानों को खींचता है। एक बार का खिंचाव कमज़ोर होता है, लेकिन लंबे समय में उसका दोहराव कणों को दूसरी जगह धकेल सकता है या वलयों में लहरें पैदा कर सकता है।

A और B वलयों के बीच का चौड़ा कैसिनी डिवीज़न भी मीमस के बार-बार पड़ने वाले गुरुत्वीय प्रभाव से जुड़ा है। वलयों के भीतर मौजूद छोटे चंद्रमा आसपास के कणों को हटाकर संकरे रास्ते खोलते हैं, जबकि दूसरे चंद्रमा पतले वलयों के किनारों का आकार बदलते हैं। इसलिए वलयों के जटिल नमूने केवल बर्फ का रंग नहीं दिखाते; वे उन छोटे, मुश्किल से दिखने वाले चंद्रमाओं की स्थिति और गुरुत्व का भी संकेत देते हैं।

पूरा वलय-तंत्र हर जगह बिल्कुल समतल भी नहीं है। चंद्रमाओं के गुरुत्व से बनी लहरें और कणों के गुच्छे वलय के तल से ऊपर या नीचे उठ सकते हैं। ये स्थानीय संरचनाएँ हैं; इनके अलावा मुख्य वलयों के अधिकांश हिस्से की प्रतिनिधि मोटाई करीब 10 मीटर ही है। वलयों को पतला कहने का अर्थ यह नहीं कि हर जगह उनकी मोटाई बिल्कुल समान है।

शनि के वलय कोई एक वस्तु नहीं हैं। अलग-अलग आकार और गति वाले बर्फ के टुकड़े अपनी-अपनी कक्षाओं में घूमते हुए मिलकर यह पतला चक्र बनाते हैं।

क्या वलय शनि के साथ ही बने थे?

शनि लगभग 4.5 अरब वर्ष पहले बना था, लेकिन यह निश्चित नहीं कहा जा सकता कि आज दिखने वाले चमकीले मुख्य वलय तभी से ऐसे ही रहे हैं। उनकी आयु जानने के लिए पहले यह पता होना चाहिए कि उनमें कुल कितना पदार्थ है। अधिक द्रव्यमान वाला वलय बाहरी धूल मिलने पर भी लंबे समय तक चमकीला रह सकता है, जबकि कम द्रव्यमान वाला वलय उतनी ही धूल से जल्दी गहरा दिखने लगेगा।

2017 में कैसिनी शनि और उसके वलयों के बीच की संकरी जगह से 22 बार गुज़रा। पृथ्वी से यान के रेडियो संकेत का पीछा करके उसकी गति में छोटे बदलाव मापे गए। इससे शोधकर्ता अलग-अलग गणना कर सके कि शनि और वलय यान को कितनी ताकत से खींच रहे थे। इसी तरीके से वलयों का द्रव्यमान निकालने वाले 2019 के अध्ययन ने निष्कर्ष दिया कि आज के मुख्य वलय संभवतः लगभग 1 से 10 करोड़ वर्ष पहले बने थे।

2023 में प्रकाशित एक अन्य अध्ययन ने वलयों में गिरने वाली महीन ब्रह्मांडीय धूल की मात्रा और बर्फ के प्रदूषण का विश्लेषण किया। उसका निष्कर्ष था कि मौजूदा अवस्था में वलय कुछ दस करोड़ वर्षों से अधिक समय तक ब्रह्मांडीय धूल के संपर्क में रहे हों, इसकी संभावना कम है। दोनों अध्ययन इस विचार का समर्थन करते हैं कि वलय शनि के बहुत बाद में बने, लेकिन उनकी सटीक आयु और उत्पत्ति पर बहस अभी समाप्त नहीं हुई है।

यदि वलय-कण टूटकर फिर जुड़ते रहें और इस प्रक्रिया में प्रदूषित भाग भीतर छिप जाएँ, या आरंभ में वलयों का द्रव्यमान अनुमान से अधिक रहा हो, तो पुराने वलय भी चमकीले दिख सकते हैं। इसलिए 1 से 10 करोड़ वर्ष कोई पक्की कैलेंडर आयु नहीं, बल्कि कैसिनी के द्रव्यमान-मापन और प्रदूषण मॉडलों से निकली अनुमानित सीमा है।

वलयों का पदार्थ कहाँ जाता है?

वलयों की कुछ बर्फ और धूल लगातार शनि की ओर बढ़ रही है। सूर्य के प्रकाश और आसपास के आवेशित कणों से प्रभावित छोटे बर्फीले दाने शनि के चुंबकीय क्षेत्र के साथ उसके वायुमंडल में गिर सकते हैं। अपनी अंतिम निकट उड़ानों में कैसिनी ने वलयों से आए पानी और दूसरे पदार्थों को शनि के भूमध्यरेखीय क्षेत्र के पास वायुमंडल में प्रवेश करते हुए भी मापा।

शोधकर्ता इस घटना को “रिंग रेन” कहते हैं। यदि आज मापी गई पदार्थ-प्रवाह की दर लंबे समय तक बनी रहे, तो मुख्य वलय आने वाले करोड़ों से दसियों करोड़ वर्षों में बहुत छोटे हो सकते हैं। लेकिन यह दर कणों के आकार, मौसम और वलयों के भीतर होने वाली टक्करों के साथ बदल सकती है। यह किसी निश्चित समाप्ति-तिथि बताने वाली घड़ी नहीं, बल्कि इस बात का प्रमाण है कि वलय आज भी पदार्थ खो रहे हैं।

कैसिनी शनि के वायुमंडल में क्यों गया?

कैसिनी ने 2004 से शनि, उसके वलयों और अनेक चंद्रमाओं का अध्ययन किया। मिशन के अंत तक बहुत कम प्रणोदक बचा था, इसलिए NASA यह सुनिश्चित करना चाहता था कि नियंत्रण खो चुका यान भविष्य में एन्सेलाडस या टाइटन से न टकराए। इन दोनों चंद्रमाओं पर जीवन के अनुकूल हो सकने वाले वातावरण का अध्ययन किया जाता है, इसलिए उन्हें पृथ्वी से आए सूक्ष्मजीवों से दूषित होने से बचाना महत्वपूर्ण था।

मिशन दल ने कैसिनी को तुरंत समाप्त करने के बजाय उससे आखिरी वैज्ञानिक अवलोकन कराए। यान बार-बार शनि और वलयों के बीच से गुज़रा और उसने वलयों का द्रव्यमान, शनि का गुरुत्व और चुंबकीय क्षेत्र, तथा वायुमंडल में गिरते वलय-पदार्थ को मापा। 15 सितंबर 2017 को कैसिनी ने अपना एंटीना पृथ्वी की ओर रखे हुए शनि के वायुमंडल में प्रवेश किया और संकेत टूटने तक डेटा भेजता रहा।

शनि की तस्वीरों में वलयों को कैसे समझें?

यदि तस्वीर में वलयों को एक ठोस सजावट मान लिया जाए, तो उनकी चौड़ी खाली जगहों और महीन लहरों को समझाना कठिन होगा। उन्हें बर्फ के अनगिनत कणों की कक्षाओं के रूप में देखने पर चित्र साफ़ हो जाता है: अंदर और बाहर के कण अलग गति से चलते हैं, चंद्रमाओं का दोहराता गुरुत्व खाली जगहें खोलता है और टक्करें पूरे तंत्र को पतला बनाए रखती हैं।

वलयों की चमक उनकी आयु का एक संकेत है और वायुमंडल में गिरता पदार्थ बताता है कि वे अब भी बदल रहे हैं। कैसिनी की अंतिम उड़ानों ने वलयों का द्रव्यमान और पदार्थ का प्रवाह सीधे मापकर इन दोनों प्रश्नों को जोड़ा। शनि के वलय हमेशा एक जैसे रहने वाली पृष्ठभूमि नहीं, बल्कि आज भी बदलती और पदार्थ खोती हुई संरचना हैं।

स्रोत

• NASA Science — Saturn Facts
• NASA/JPL — Planetary Physical Parameters
• NASA Science — Cassini Rings Overview
• NASA Science — Cassini Grand Finale
• NASA Science — Cassini Ring Mass Result
• Science — Saturn’s Gravity Field and Ring Mass
• NASA Ames — Micrometeoroids and Ring Evolution
• Science Advances — Micrometeoroid Infall Constrains Ring Age
• NASA Science — Saturn Is Losing Its Rings