TRAPPIST-1 b

TRAPPIST-1 b पर दिन और रात कितने अलग हैं?

ट्रैपिस्ट-1 बी सबसे भीतरी ग्रह है, जो लगभग हर 1.51 दिन में अपने तारे की परिक्रमा करता है। इसके एक तरफ हमेशा तारे की ओर मुंह करके घूमने की उम्मीद है, इसलिए यदि कोई वातावरण नहीं है, तो दिन का हिस्सा गर्म होता रहेगा और रात के हिस्से को थोड़ी गर्मी मिलेगी। यदि घना वातावरण है, तो हवा दिन की गर्मी को रात में स्थानांतरित कर देती है, जिससे दोनों पक्षों के बीच तापमान का अंतर कम हो जाता है। जब वेब ने एक क्रांति के दौरान ग्रह द्वारा उत्सर्जित अवरक्त किरणों को मापा, तो दिन का तापमान लगभग 490K, या लगभग 217 डिग्री सेल्सियस दिखाई दिया, लेकिन रात की गर्मी स्पष्ट रूप से दिखाई नहीं दे रही थी। 1 बार से अधिक मोटा वातावरण, जो पृथ्वी की सतह पर वायुमंडलीय दबाव के समान है, इस परिणाम के लिए उपयुक्त नहीं है।

हालाँकि, यह इस बात की पुष्टि नहीं करता है कि TRAPPIST-1 b में गैस का एक भी अणु नहीं है। ऐसा वातावरण जो या तो बहुत पतला है या वर्तमान अवलोकनों में इसका केवल निशान ही रह सकता है। जो स्पष्टीकरण वर्तमान डेटा के लिए सबसे उपयुक्त है वह यह है कि कम वातावरण वाली अंधेरी, चट्टानी सतह दिन की गर्मी को सीधे अंतरिक्ष में उत्सर्जित करती है।

• लगभग 1.5109 दिन केंद्रीय तारे की परिक्रमा करने का समय
• लगभग 1.72 मिलियन किमी तारों और ग्रहों के बीच औसत दूरी
• पृथ्वी से लगभग 1.37 गुना ग्रहों का द्रव्यमान पारगमन समय में परिवर्तन से निर्धारित होता है
• पृथ्वी से लगभग 1.12 गुना ग्रहीय त्रिज्या की गणना तारों के प्रकाश रोड़ा अनुपात से की जाती है

किसी ग्रह के दिन वाले भाग का तापमान कैसे मापते हैं?

हमारी दृष्टि में ग्रह तारे के बगल में हो, तो दूरबीन को तारे की रोशनी और ग्रह के दिन वाले हिस्से की अवरक्त रोशनी दोनों मिलती हैं। ग्रह पूरी तरह तारे के पीछे छिपे, तो उसकी रोशनी रुक जाती है और केवल तारे की रोशनी बचती है। दोनों चमकों का अंतर दिन वाले हिस्से की गर्मी बताता है, भले ही तस्वीर में दोनों वस्तुएं अलग न दिखें। इसे द्वितीयक ग्रहण अवलोकन कहते हैं।

2023 में, वेब के एमआईआरआई उपकरण ने 15 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त प्रकाश में छिपे ग्रह को पांच बार देखा। जब ग्रह छिप गया, तो कुल प्रकाश लगभग 0.08% कम हो गया, और चमक तापमान लगभग 500K, या लगभग 227 डिग्री सेल्सियस आंका गया। चमक तापमान, तापमान में परिवर्तित विशिष्ट प्रकाश के तहत मापी गई चमक का मान है। यह पूरे ग्रह के औसत तापमान या सतह पर हर जगह के तापमान का प्रत्यक्ष माप नहीं है।

एक प्रकार की अवरक्त रोशनी से क्या पता चलता है?

15μm अवरक्त प्रकाश में दिन के पक्ष के उज्ज्वल दिखने का परिणाम इस स्पष्टीकरण के साथ अच्छी तरह से फिट बैठता है कि वहां कोई वातावरण नहीं है और अंधेरी सतह बहुत सारे तारों के प्रकाश को अवशोषित करती है। यदि गाढ़ा कार्बन डाइऑक्साइड वातावरण होता, तो यह इस अवरक्त विकिरण को अवशोषित कर लेता और दिन की गर्मी को दूर ले जाता, जिससे दिन का समय गहरा दिखाई देता। यही कारण है कि 2023 के नतीजों ने सबसे पहले इस बात की प्रबल संभावना जताई कि कोई घना वातावरण नहीं है।

हालाँकि, केवल एक प्रकार की अवरक्त रोशनी ग्रह की गर्मी के केवल एक हिस्से को ही प्रकट कर सकती है। 2024 में, 12.8 μm की तरंग दैर्ध्य के साथ पांच अवलोकन जोड़े गए। दो प्रकार की अवरक्त रोशनी को एक साथ देखने पर, बिना वायुमंडल वाली चट्टानी सतह और बहुत सारा लोहा और मैग्नीशियम डेटा से अच्छी तरह मेल खाता है। हालाँकि, उच्च धुंध परत वाला गाढ़ा कार्बन डाइऑक्साइड वातावरण कुछ स्थितियों में समान चमक पैदा कर सकता है। केवल दो प्रकार की अवरक्त किरणों के आधार पर यह निर्धारित करना संभव नहीं था कि कौन सी व्याख्या सही थी।

ग्रह के तारे के पीछे छिपने का क्षण केवल दिन वाले हिस्से की गर्मी बताता है। वायुमंडल गर्मी रात तक ले जाता है या नहीं, यह जानने के लिए पूरी कक्षा के दौरान लगातार देखना पड़ता है।

ग्रह के एक चक्कर में गर्मी कैसे बदलती है?

जैसे-जैसे ग्रह तारे की परिक्रमा करता है, पृथ्वी की ओर वाला भाग बदलता रहता है। वेब ने इस बात पर नज़र रखी कि जब दिन का पक्ष दिखाई दे रहा था तो कितना उज्ज्वल था, जब रात का पक्ष दिखाई दे रहा था तो कितना अंधेरा था, और जब यह सबसे उज्ज्वल था। चमक में इस परिवर्तन को तापीय चरण वक्र कहा जाता है। यदि वायुमंडल गर्मी स्थानांतरित करता है, तो रात में अवरक्त किरणें निकलती हैं, और सबसे गर्म बिंदु उस बिंदु से किनारे की ओर बढ़ सकता है जहां तारा सीधे दिखाई देता है।

2026 में घोषित परिणामों में, दिन का चमक तापमान 490 ± 17 K, लगभग 217 ± 17 डिग्री सेल्सियस था। रात की ओर गर्मी स्पष्ट रूप से दिखाई नहीं दे रही थी, और सबसे बड़ी चमक का बिंदु भी ध्यान देने योग्य नहीं था। घने वातावरण के बजाय जो दिन की गर्मी को व्यापक रूप से रात में स्थानांतरित करता है, एक बेहतर व्याख्या यह है कि यह एक चट्टानी ग्रह है जिसकी दिन की सतह गर्मी को सीधे अंतरिक्ष में विकीर्ण करती है। ऐसे वातावरण में जहां सतह का दबाव लगभग 1 बार से अधिक हो, संभावना बहुत कम हो जाती है।

1. 2023 15μm की तरंग दैर्ध्य के साथ पांच अवलोकनों के माध्यम से लगभग 500K की दिन की गर्मी और चमक तापमान प्राप्त किया गया था।
2. 2024 12.8 μm की तरंग दैर्ध्य के साथ पांच अवलोकन जोड़े गए, लेकिन चट्टान की सतह और कुछ मोटा वातावरण दोनों संभव थे।
3. पूरी कक्षा का अवलोकन दिन से रात तक अवरक्त चमक के बदलाव लगातार दर्ज किए गए।
4. 2026 के लिए विश्लेषण गर्म दिन और रात की अस्पष्ट गर्मी ने घने वातावरण की संभावना को बहुत कम कर दिया।

क्या TRAPPIST-1 b पर वायुमंडल है?

वर्तमान अवलोकनों के साथ जो सबसे असंगत है वह घना वातावरण है जो दिन की गर्मी को रात में स्थानांतरित करता है। यह नहीं कहा जा सकता कि बहुत पतला वायुमंडल या कमजोर अवरक्त निशान वाली गैसें नहीं हैं। वायुमंडल कितना पतला होगा यह गैस, बादल, धुंध के प्रकार और सतह तारों के प्रकाश को कितना परावर्तित करती है, इस पर भी निर्भर करता है।

जब ग्रह तारे के सामने से गुजरता है तो तारे की रोशनी से यह भी पता चलता है कि उसके पास हाइड्रोजन से भरपूर गाढ़ा वातावरण नहीं है। हालाँकि, तारे के धब्बों और चमकीले क्षेत्रों ने तारे की रोशनी को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया, जिससे यह बताना असंभव हो गया कि क्या भारी गैसों का पतला वातावरण था। एक क्रांति के दौरान, किसी तारे के सामने से गुजरते समय और किसी तारे के पीछे छुपते समय अवलोकनों में अलग-अलग कमजोरियाँ होती हैं। जितनी अधिक विधियाँ एक ही निष्कर्ष दिखाती हैं, वातावरण के बारे में निर्णय उतना ही अधिक निश्चित हो जाता है।

सतह की सामग्री और उम्र कैसे जान सकते हैं?

द्रव्यमान और आकार के आधार पर गणना की गई औसत घनत्व इस संभावना के अनुरूप है कि बी एक ग्रह है जो मुख्य रूप से चट्टान से बना है। दोनों प्रकार की अवरक्त चमक गणनाओं के साथ अच्छी तरह से मेल खाती है जिसमें लौह और मैग्नीशियम से भरपूर चट्टान की सतहें शामिल थीं, जैसे कि ओलिवाइन और पाइरोक्सिन। हालाँकि, यह केवल उपलब्ध सामग्रियों की तुलना का परिणाम है। वेब ने सीधे चट्टान के टुकड़ों का विश्लेषण नहीं किया या सतही खनिजों की खोज नहीं की।

यदि सतह वास्तव में ताज़ा है, तो ऐसी प्रक्रियाएँ हो सकती हैं जिनके द्वारा ज्वालामुखी गतिविधि या अंतरिक्ष अपक्षय सतह को नवीनीकृत करता है, लेकिन प्रक्रिया और समय केवल वर्तमान डेटा के आधार पर निर्धारित नहीं किया जा सकता है। अन्य कम परावर्तक चट्टानों या सतहों पर भी विचार किया जाना चाहिए जिन्होंने अंतरिक्ष अपक्षय का अनुभव किया है। पृष्ठ पर ग्रह के चित्रण में दिखाई देने वाला लावा, दरारें और रंग वास्तविक भूभाग से नहीं लिए गए हैं।

लगभग 490K, लगभग 217 डिग्री सेल्सियस, 15μm की तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त किरणों द्वारा प्राप्त दिन का चमक तापमान है। यह पूरे ग्रह के औसत तापमान, उच्चतम सतह के तापमान या रात के तापमान के समान नहीं है। वर्तमान अवलोकन घने वायुमंडल की संभावना को काफी कम कर देते हैं, लेकिन सभी पतले वायुमंडलों और सतह सामग्री को अलग नहीं करते हैं।

b का अवलोकन दूसरे ग्रहों के अध्ययन में कैसे मदद करता है?

ट्रैपिस्ट-1 बी रहने योग्य क्षेत्र की तुलना में तारे के बहुत करीब है और पृथ्वी की तुलना में लगभग चार गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त करता है। किसी ग्रह पर पहले जीवन की संभावना की जांच करने के बजाय, यह यह पता लगाने का एक उद्देश्य है कि एक लाल बौने तारे के पास लगभग कोई वातावरण नहीं होने वाला एक चट्टानी ग्रह किस प्रकार का अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करता है।

जब बी तारे के सामने से गुजरता है तो प्राप्त डेटा का उपयोग ई जैसे बाहरी ग्रह का अवलोकन करते समय तारे के प्रकाश में परिवर्तन का पता लगाने के लिए तुलनात्मक डेटा के रूप में भी किया जाता है। यह स्पष्टीकरण जितना अधिक ठोस होगा कि बी में बहुत कम वातावरण है, अन्य ग्रहों के वायुमंडल द्वारा छोड़े गए छोटे निशानों से तारे में होने वाले परिवर्तनों को अलग करना उतना ही आसान होगा। बी के वातावरण के बारे में निष्कर्ष एकल तापमान माप से नहीं आते हैं। यह दो अलग-अलग प्रकार की अवरक्त किरणों की क्रमिक रूप से तुलना करने और पूरे चक्र की चमक में परिवर्तन का परिणाम है।

स्रोत

• NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 b
• NASA Science — Webb Measures the Temperature of TRAPPIST-1 b
• Nature — Thermal Emission from TRAPPIST-1 b
• Nature Astronomy — Combined 12.8 and 15μm Eclipse Analysis
• Nature Astronomy — Thermal Phase Curves of TRAPPIST-1 b and c
• The Planetary Science Journal — TRAPPIST-1 Masses and Radii
• The Astrophysical Journal Letters — TRAPPIST-1 b Transmission and Stellar Contamination