पास में स्थित एक "सुपर-अर्थ" वैज्ञानिकों को एक दूर, चट्टानी ग्रह की उजागर सतह पर सीधे देखने का एक दुर्लभ अवसर दे रहा है जो पृथ्वी से बहुत कम समानता रखता है। नवीनतम अवलोकनों से पता चलता है कि एलएचएस 3844 बी नाम का ग्रह एक गर्म, अंधेरा, वायुमंडल-रहित दुनिया है, जिसकी सतह की संरचना और भूवैज्ञानिक स्थितियाँ पृथ्वी जैसे ग्रहों की तुलना में चंद्रमा या बुध के करीब हैं।
वैज्ञानिक अनुसंधान दल ने ग्रह के सौर पक्ष का विस्तृत अवलोकन करने के लिए नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) पर मध्य-अवरक्त उपकरण MIRI का उपयोग किया। शोध का नेतृत्व सेबेस्टियन ज़िबा ने किया था, जिन्होंने जर्मनी के हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी (एमपीआईए) में पीएचडी के लिए अध्ययन किया था और इसमें एमपीआईए के निदेशक और परियोजना के प्रमुख अन्वेषक लौरा क्रेडबर्ग शामिल थे। एक्सोप्लैनेट वायुमंडल पर पिछले फोकस की तुलना में, यह काम "एक्सोप्लैनेट भूविज्ञान" के अनुसंधान सीमा को आगे बढ़ाता है - सौर मंडल के बाहर चट्टानी ग्रहों की सतह संरचना और विकासवादी इतिहास को सीधे बाधित करने की कोशिश कर रहा है। प्रासंगिक परिणाम नेचर एस्ट्रोनॉमी पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
एलएचएस 3844 बी एक चट्टानी ग्रह है जिसका त्रिज्या पृथ्वी से लगभग 30% बड़ा है। यह अत्यंत निकट दूरी पर एक ठंडे लाल बौने तारे की परिक्रमा करता है, जिसकी कक्षीय अवधि केवल लगभग 11 घंटे है, और ग्रह और उसके मूल तारे के बीच की दूरी केवल लगभग तीन तारकीय व्यास है। इस तरह की तंग कक्षा के कारण ग्रह ज्वारीय रूप से बंद हो जाता है, जिसका एक पक्ष हमेशा तारे की ओर चमकता रहता है और दूसरा पक्ष स्थायी रूप से अंधेरे में रहता है। इसकी सौर सतह लगभग 1,000 केल्विन (लगभग 725 डिग्री सेल्सियस) जितनी गर्म है, और संपूर्ण ग्रह प्रणाली पृथ्वी से केवल 48.5 प्रकाश वर्ष दूर है।
वेब टेलीस्कोप की उत्कृष्ट संवेदनशीलता के लिए धन्यवाद, शोधकर्ता इस चट्टानी ग्रह की सतह से थर्मल विकिरण की चमक को सीधे मापने में सक्षम थे। क्रेडबर्ग ने अवलोकनों के बारे में कहा, "हमने जो देखा वह एक अंधेरी, गर्म, बंजर चट्टान थी जिसका कोई पता लगाने योग्य वातावरण नहीं था।" चूंकि दूरबीन सीधे ग्रह की गोलाकार सतह को हल नहीं कर सकते हैं, इसलिए शोधकर्ताओं ने कक्षा में परिवर्तन के रूप में पूरे सिस्टम की कुल चमक में कमजोर उतार-चढ़ाव को ट्रैक करके ग्रह की सूर्य की सतह द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण को उलटने के लिए "द्वितीयक ग्रहण" और "चरण वक्र" तकनीकों का उपयोग किया।
MIRI 5-12 माइक्रोन बैंड में सिस्टम का निरीक्षण करता है और ग्रहों की सतह विकिरण के मध्य-अवरक्त वर्णक्रमीय वितरण को प्राप्त करने के लिए इस बैंड को बेहतर उप-बैंड में विभाजित करता है। टीम ने वर्णक्रमीय फिट की मजबूती में सुधार के लिए विश्लेषण में स्पिट्जर स्पेस टेलीस्कोप के पिछले डेटा को भी शामिल किया। सैद्धांतिक मॉडल के साथ विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर चमक की तुलना करके, शोधकर्ता पृथ्वी की ग्रेनाइटिक परत से लेकर चंद्र-शैली बेसाल्ट और मेंटल-व्युत्पन्न लावा तक विभिन्न संभावित सतह सामग्री संयोजनों की जांच करने में सक्षम थे।
गणना स्पष्ट रूप से पृथ्वी की महाद्वीपीय परत के समान सतही परिदृश्यों को खारिज करती है। पृथ्वी की सिलिकेट-समृद्ध ग्रेनाइटिक परत आमतौर पर लंबी प्लेट टेक्टोनिक्स और मैग्मा रीसाइक्लिंग के माध्यम से बनती है, जिसमें अक्सर तरल पानी की भागीदारी की आवश्यकता होती है। बार-बार पिघलने और विभेदन से हल्के खनिज धीरे-धीरे सतह पर तैरने लगते हैं। ज़िबा ने नोट किया कि एलएचएस 3844 बी का स्पेक्ट्रम इस सिलिकेट-समृद्ध, ग्रेनाइटिक क्रस्ट का कोई संकेत नहीं दिखाता है, जिसका अर्थ है कि पृथ्वी-शैली प्लेट टेक्टोनिक्स या तो ग्रह पर कभी नहीं हुआ या लंबे समय से कार्य करना बंद कर दिया है। इसका तात्पर्य यह भी है कि ग्रह की आंतरिक जल सामग्री बेहद कम है, जो पारंपरिक अर्थों में "पृथ्वी जैसे ग्रहों" से अनिवार्य रूप से भिन्न है।
इसके विपरीत, अवलोकन "बेसाल्ट-प्रधान" सतह दृश्य का समर्थन करते हैं। जो मॉडल डेटा के साथ सबसे अधिक सुसंगत है, वह बेसाल्ट चट्टान का एक बड़ा क्षेत्र है जो मेंटल-व्युत्पन्न मैग्मा के जमने से बनता है, जो पृथ्वी पर विशाल बेसाल्ट मैदानों या चंद्रमा पर "मारिया" के समान है। ये चट्टानें आम तौर पर मैग्नीशियम और लोहे से समृद्ध होती हैं और इनमें ओलिवाइन जैसे विभिन्न प्रकार के लौह-मैग्नीशियम सिलिकेट खनिज होते हैं। फिट से पता चला कि मोटी चट्टान या बजरी की परतें भी अवलोकनों से अच्छी तरह मेल खाएगी, जबकि पूरी तरह से महीन धूल से बनी सतह वर्तमान अवलोकनों से मेल खाने के लिए बहुत उज्ज्वल होगी।
वायुमंडलीय अवरोध की कमी के कारण, LHS 3844 b की सतह पूरी तरह से मूल तारे के विकिरण और उल्कापिंडों की बमबारी के संपर्क में है, और लंबे समय से तथाकथित "अंतरिक्ष अपक्षय" से पीड़ित है। ये प्रक्रियाएँ धीरे-धीरे कठोर चट्टान को चंद्र रेजोलिथ के समान छोटे कणों में तोड़ देती हैं और इसकी सतह को लोहे और कार्बन से समृद्ध करती हैं, जिससे सामग्री अधिक गहरी और अधिक एंडोथर्मिक बन जाती है। ज़िबा ने बताया कि यह अपक्षयित डार्क रेजोलिथ ही है जो ग्रह की सतह के समग्र ऑप्टिकल और अवरक्त गुणों को अवलोकनों के साथ अधिक सुसंगत बनाता है।
उपलब्ध आंकड़ों के आधार पर, टीम ने सतह के विकास के लिए दो संभावित परिदृश्य प्रस्तावित किए। पहला यह है कि ग्रह की सतह बड़े पैमाने पर अपेक्षाकृत "युवा" बेसाल्टिक चट्टानों से ढकी हुई है, जिससे पता चलता है कि हाल ही में या चल रही ज्वालामुखीय गतिविधि सतह पर ताजा पिघली हुई चट्टान ला रही है। दूसरा प्रकार "पुरानी" सतह है जिस पर दीर्घकालिक अंतरिक्ष अपक्षय का प्रभुत्व है: पूर्व मैग्मा मैदान को सैकड़ों लाखों वर्षों में विकिरण और प्रभावों द्वारा बार-बार संसाधित किया गया है, और चंद्रमा या बुध की तरह एक मोटी अंधेरे अपक्षय परत से ढका हुआ है। वर्णक्रमीय आकारिकी से देखते हुए, यह बाद वाला "दीर्घकालिक मौन" दृश्य अवलोकनों के साथ अधिक सुसंगत है।
इन दो परिदृश्यों के बीच अंतर करने के लिए, एक प्रमुख संकेतक यह है कि क्या ग्रह पर ज्वालामुखी गतिविधि चल रही है। कई भूवैज्ञानिक रूप से सक्रिय खगोलीय पिंडों पर, ज्वालामुखी बड़ी मात्रा में गैस छोड़ते हैं, जिनमें से सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) विशिष्ट ट्रेसर्स में से एक है। यदि एलएचएस 3844 बी में मजबूत समकालीन ज्वालामुखीय गतिविधि है, तो एमआईआरआई को सैद्धांतिक रूप से मध्य-अवरक्त स्पेक्ट्रम में SO₂ के लिए विशेषता अवशोषण बैंड की पहचान करने में सक्षम होना चाहिए। हालाँकि, अवलोकनों से ऐसी विशेषताओं का पता नहीं चला, जो हालिया ज्वालामुखीय गतिविधि की संभावना को बहुत कम कर देता है, बल्कि इस स्पष्टीकरण का समर्थन करता है कि इसकी सतह लंबे समय से "ठंडी और निष्क्रिय" रही है, जिससे यह दिखने में बुध के करीब है।
इस ग्रह की वास्तविक उपस्थिति को और अधिक स्पष्ट करने के लिए, अनुसंधान टीम ने अधिक अनुवर्ती JWST अवलोकनों की योजना बनाई है। मुख्य कार्यों में से एक ग्रह की सतह के थर्मल विकिरण और प्रतिबिंब गुणों को अलग-अलग देखने के कोणों पर मापना है, जिस तरह से प्रकाश बिखरा हुआ है, अपेक्षाकृत चिकनी या ढीली सामग्री से खुरदरी चट्टानी सतहों को अलग करना है। इस प्रकार की तकनीक सौर मंडल में क्षुद्रग्रहों का अध्ययन करने में सफल रही है, और अब इसे एक्सोप्लैनेट के क्षेत्र में प्रत्यारोपित किया जा रहा है, इससे वैज्ञानिकों को यह निर्धारित करने की अनुमति मिलने की उम्मीद है कि क्या एलएचएस 3844 बी की सतह परत एक संपूर्ण चट्टान स्लैब, एक लावा मैदान, या पाउडर और मलबे का एक मोटा संचय है।
क्रेडबर्ग ने कहा कि टीम को विश्वास है कि उसी विधि का उपयोग करने से न केवल एलएचएस 3844 बी के क्रस्टल गुणों का पता चलेगा, बल्कि भविष्य में अधिक चट्टानी एक्सोप्लैनेट के लिए "सतह-स्तरीय" जानकारी भी मिलेगी। यहां उपयोग किए गए JWST अवलोकन जनरल ऑब्जर्वेशन प्रोजेक्ट 1846 से हैं, जिसका शीर्षक है "हॉट रॉकी एक्सोप्लैनेट एलएचएस 3844 बी पर ज्वालामुखी और जियोडायनामिक्स के संकेतों की खोज", जिसके लिए वह मुख्य वैज्ञानिक के रूप में कार्य करती हैं और रेन रु सह-प्रमुख के रूप में कार्य करती हैं। इस शोध में भाग लेने वाले संस्थान संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, चीन और अन्य देशों में स्थित हैं, जिनमें हार्वर्ड-स्मिथसोनियन सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी, पेकिंग यूनिवर्सिटी, पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी, नासा गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर और कई यूरोपीय विश्वविद्यालय और अनुसंधान संस्थान शामिल हैं।
इस अवलोकन के लिए जिम्मेदार MIRI उपकरण बेल्जियम, डेनमार्क, फ्रांस, जर्मनी, आयरलैंड, नीदरलैंड, स्पेन, स्वीडन, स्विट्जरलैंड और यूनाइटेड किंगडम सहित कई यूरोपीय देशों की एक संयुक्त टीम द्वारा विकसित किया गया था। प्रत्येक देश में राष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थानों के वित्त पोषण से प्रासंगिक कार्य किया गया। जर्मनी में, मुख्य फंडर्स मैक्स प्लैंक सोसाइटी और जर्मन एयरोस्पेस सेंटर हैं, और भाग लेने वाली इकाइयों में हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी, कोलोन विश्वविद्यालय और हेन्सोल्ड कंपनी शामिल हैं। आज सबसे महत्वपूर्ण अंतरिक्ष खगोल विज्ञान सुविधाओं में से एक के रूप में, जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का नेतृत्व नासा द्वारा किया जाता है, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी और कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी की भागीदारी के साथ, और प्रारंभिक आकाशगंगा निर्माण, तारे और ग्रह के जन्म, और एक्सोप्लैनेट वातावरण और सतह गुणों के क्षेत्र में नई खिड़कियां खोलने के लिए प्रतिबद्ध है। इससे पहले, स्पिट्जर स्पेस टेलीस्कोप ने इन्फ्रारेड अवलोकनों के माध्यम से एक्सोप्लैनेट अनुसंधान की नींव रखी थी, और इसकी संबंधित परियोजनाएं नासा की ओर से कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला द्वारा संचालित की गई थीं।