यूरेनस विज्ञान: विशाल हिम ग्रह ने अपनी ओर से कैसे समाप्त किया?

यूरेनस यकीनन सौरमंडल का सबसे रहस्यमय ग्रह है - हम इसके बारे में बहुत कम जानते हैं। अब तक, हमने 1986 में वायेजर 2 अंतरिक्ष यान के साथ केवल एक बार ग्रह का दौरा किया है। इस बर्फ की विशाल वस्तु के बारे में सबसे स्पष्ट अजीब तथ्य यह है कि यह अपनी तरफ घूम रहा है।

अन्य सभी ग्रहों के विपरीत, जो सूर्य के चारों ओर अपनी कक्षाओं के समीप समकोण पर अपनी स्पिन कुल्हाड़ियों से लगभग "सीधा" घूमते हैं, यूरेनस लगभग एक समकोण द्वारा झुका हुआ है। इसलिए इसकी गर्मियों में, उत्तरी ध्रुव लगभग सीधे सूर्य की ओर इशारा करता है। और शनि, बृहस्पति और नेप्च्यून के विपरीत, जिनके चारों ओर छल्ले के क्षैतिज सेट हैं, यूरेनस में ऊर्ध्वाधर छल्ले और चन्द्रमा हैं जो अपने झुके हुए भूमध्य रेखा के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।

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पृथ्वी या बृहस्पति जैसे अधिकांश अन्य ग्रहों के स्वच्छ बार-चुंबक आकार के विपरीत, बर्फ की विशालता में आश्चर्यजनक रूप से ठंडा तापमान और एक गड़बड़ और ऑफ-सेंटर चुंबकीय क्षेत्र होता है। इसलिए, वैज्ञानिकों को संदेह है कि यूरेनस सौर मंडल के अन्य ग्रहों के समान था, लेकिन अचानक पलट गया था। तो क्या हुआ? में प्रकाशित हमारा नया शोध एस्ट्रोफिजिकल जर्नल और अमेरिकी भूभौतिकीय संघ की बैठक में प्रस्तुत किया गया, एक सुराग प्रदान करता है।

कैटासीस्मेटिक टकराव

हमारा सौर मंडल बहुत अधिक हिंसक स्थान हुआ करता था, जिसमें प्रोटोप्लैनेट (ग्रह बनने के लिए विकसित होने वाले पिंड) हिंसक विशालकाय प्रभावों से टकराते थे, जो आज हम देख रहे दुनिया को बनाने में मदद करते हैं। अधिकांश शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यूरेनस की स्पिन एक नाटकीय टकराव का परिणाम है। हम यह उजागर करने के लिए सेट हुए कि यह कैसे हो सकता है।

हम यूरेनस पर विशाल प्रभावों का अध्ययन करना चाहते थे ताकि यह देखा जा सके कि इस तरह की टक्कर ग्रह के विकास को कैसे प्रभावित कर सकती है। दुर्भाग्य से, हम एक प्रयोगशाला में दो ग्रहों का निर्माण नहीं कर सकते हैं और वास्तव में क्या होता है यह देखने के लिए उन्हें एक साथ तोड़ते हैं। इसके बजाय, हमने एक बेहतरीन सुपरकंप्यूटर के रूप में घटनाओं का अनुकरण करते हुए कंप्यूटर मॉडल चलाए।

मूल विचार कंप्यूटर में लाखों कणों के साथ टकराने वाले ग्रहों को मॉडल करना था, प्रत्येक ग्रह संबंधी सामग्री की एक गांठ का प्रतिनिधित्व करता था। हम सिमुलेशन को समीकरण देते हैं जो बताते हैं कि गुरुत्वाकर्षण और भौतिक दबाव जैसे भौतिकी कैसे काम करते हैं, इसलिए यह गणना कर सकता है कि कैसे कण समय के साथ विकसित होते हैं जैसे वे एक दूसरे में दुर्घटनाग्रस्त होते हैं। इस तरह हम एक विशाल प्रभाव के काल्पनिक रूप से जटिल और गड़बड़ परिणामों का भी अध्ययन कर सकते हैं। कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करने का एक और लाभ यह है कि हमारे पास पूर्ण नियंत्रण है। हम विभिन्न प्रभाव परिदृश्यों की एक विस्तृत विविधता का परीक्षण कर सकते हैं और संभावित परिणामों की सीमा का पता लगा सकते हैं।

हमारे सिमुलेशन (ऊपर देखें) से पता चलता है कि पृथ्वी जितनी कम से कम दोगुनी है, उतनी ही बड़ी मात्रा में पृथ्वी आसानी से बना सकती है, अजीब से यूरेनस के पास आज एक युवा ग्रह के साथ स्लैम और विलय करके है। अधिक टकराने वाले टकरावों के लिए, शरीर की प्रभावित सामग्री संभवतः हाइड्रोजन और हीलियम के नीचे यूरेनस की बर्फ की परत के किनारे एक पतली, गर्म खोल में फैल जाएगी।

यह यूरेनस के अंदर सामग्री के मिश्रण को रोक सकता है, जिससे इसके गठन से गर्मी अंदर गहरे फंस जाती है। उत्साह से, यह विचार इस अवलोकन के साथ फिट बैठता है कि यूरेनस का बाहरी हिस्सा आज इतना ठंडा है। थर्मल विकास बहुत जटिल है, लेकिन यह कम से कम स्पष्ट है कि कैसे एक विशाल प्रभाव एक ग्रह को अंदर और बाहर दोनों के आकार में बदल सकता है।

सुपर कम्प्यूटेशन

कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण से भी शोध रोमांचक है। एक दूरबीन के आकार की तरह, सिमुलेशन में कणों की संख्या हम क्या हल कर सकते हैं और अध्ययन कर सकते हैं। हालांकि, नई खोजों को सक्षम करने के लिए बस अधिक कणों का उपयोग करने की कोशिश करना एक गंभीर कम्प्यूटेशनल चुनौती है, जिसका अर्थ है कि एक शक्तिशाली कंप्यूटर पर भी एक लंबा समय लगता है।

हमारे नवीनतम सिमुलेशन 100 मीटर कणों का उपयोग करते हैं, आज के अन्य अध्ययनों की तुलना में लगभग 100-1,000 गुना अधिक है। विशाल प्रभाव कैसे हुआ, इसके बारे में कुछ आश्चर्यजनक चित्रों और एनिमेशन के साथ-साथ, यह विज्ञान के सभी प्रकार के नए प्रश्नों को खोलता है, जिनसे हम अब निपटना शुरू कर सकते हैं।

यह सुधार SWIFT के लिए धन्यवाद है, एक नया सिमुलेशन कोड जिसे हमने समकालीन "सुपर कंप्यूटर" का पूरा लाभ उठाने के लिए डिज़ाइन किया है। ये मूल रूप से एक साथ जुड़े सामान्य कंप्यूटर के बहुत सारे हैं। तो, एक बड़ा सिमुलेशन चलाने से सुपर कंप्यूटर के सभी हिस्सों के बीच गणना को विभाजित करने पर निर्भर करता है।

स्विफ्ट का अनुमान है कि सिमुलेशन में प्रत्येक कंप्यूटिंग कार्य में कितना समय लगेगा और अधिकतम दक्षता के लिए समान रूप से कार्य को ध्यान से साझा करने की कोशिश करता है। एक बड़े नए टेलिस्कोप की तरह, इस जंप से 1,000 गुना अधिक रिज़ॉल्यूशन से पता चलता है कि हमने पहले कभी नहीं देखा।

एक्सोप्लैनेट और परे

यूरेनस के विशिष्ट इतिहास के बारे में अधिक जानने के साथ-साथ एक और महत्वपूर्ण प्रेरणा ग्रह गठन को अधिक सामान्यतः समझ रही है। हाल के वर्षों में, हमने पाया है कि सबसे आम प्रकार के एक्सोप्लैनेट्स (ग्रह जो हमारे सूर्य के अलावा सितारों की परिक्रमा करते हैं) यूरेनस और नेपच्यून के समान हैं। तो हम अपने स्वयं के बर्फ दिग्गजों के संभावित विकास के बारे में सब कुछ उनके दूर के चचेरे भाई और संभावित रहने योग्य दुनिया के विकास की हमारी समझ में खिलाते हैं।

एक रोमांचक विवरण जिसका हमने अध्ययन किया है कि अलौकिक जीवन के सवाल के लिए बहुत प्रासंगिक है एक विशाल प्रभाव के बाद एक वातावरण का भाग्य है। हमारे उच्च-रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन से पता चलता है कि प्रारंभिक टकराव से बचे रहने वाले कुछ वायुमंडल को अभी भी ग्रह के बाद के हिंसक उभार द्वारा हटाया जा सकता है। वायुमंडल की कमी एक ग्रह को जीवन की मेजबानी करने की बहुत कम संभावना बनाती है। फिर, शायद बड़े पैमाने पर ऊर्जा इनपुट और अतिरिक्त सामग्री जीवन के लिए उपयोगी रसायन बनाने में मदद कर सकती है। प्रभावित शरीर की कोर से चट्टानी सामग्री भी बाहरी वातावरण में मिश्रित हो सकती है। इसका मतलब है कि हम कुछ ट्रेस तत्वों की तलाश कर सकते हैं, जो कि एक समान प्रभाव के संकेतक हो सकते हैं यदि हम उन्हें एक्सोप्लैनेट के वातावरण में देखते हैं।

यूरेनस के बारे में बहुत सारे प्रश्न बने हुए हैं, और सामान्य रूप से विशाल प्रभाव। भले ही हमारे सिमुलेशन अधिक विस्तृत हो रहे हैं, फिर भी हमारे पास सीखने के लिए बहुत कुछ है। कई लोग इसलिए यूरेनस और नेपच्यून को एक नए मिशन के लिए बुला रहे हैं ताकि वे अपने अजीब चुंबकीय क्षेत्र, उनके चंद्रमाओं और अंगूठियों के विचित्र परिवारों का अध्ययन कर सकें, और यहां तक ​​कि वास्तव में वे वास्तव में क्या कर रहे हैं।

मैं बहुत चाहूंगा कि ऐसा हो। अवलोकन, सैद्धांतिक मॉडल और कंप्यूटर सिमुलेशन का संयोजन अंततः हमें न केवल यूरेनस, बल्कि असंख्य ग्रहों को समझने में मदद करेगा जो हमारे ब्रह्मांड को भरते हैं और वे कैसे आए।

यह लेख मूल रूप से जैकब कीगरिस द्वारा वार्तालाप पर प्रकाशित किया गया था। मूल लेख यहां पढ़ें।