शनि का चंद्रमा एन्सेलाडस एक जमी हुई खोल है जो एक वैश्विक महासागर के चारों ओर लिपटी है, और इसके दक्षिणी ध्रुव के पास, पपड़ी में दरारें जल वाष्प और बर्फ के कणों को अंतरिक्ष में ऐसे छिड़क रही हैं जैसे कोई गीज़र हो जिसे इनडोर प्लंबिंग का मेमो कभी नहीं मिला। ये कण वैज्ञानिकों को किलोमीटर मोटी बर्फ में ड्रिल किए बिना एक परग्रही महासागर का अध्ययन करने का रास्ता देते हैं, जो सुविधाजनक है क्योंकि किसी के पास भी उतनी लंबी ड्रिल नहीं है।

टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के अर्थ-लाइफ साइंस इंस्टीट्यूट (ELSI) के शोधकर्ताओं सहित एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने अब जांच की है कि सतह के नीचे से यात्रा करते हुए वह महासागरीय जल अंततः अंतरिक्ष में पाए जाने वाले सूक्ष्म बर्फ के कणों में बदलते समय क्या होता है।

2004 और 2017 के बीच, NASA के कैसिनी अंतरिक्ष यान पर लगे कॉस्मिक डस्ट एनालाइज़र ने शनि के ई-रिंग में अलग-अलग बर्फ के कणों की संरचना मापी, जिसे एन्सेलाडस से निकलने वाली सामग्री लगातार आपूर्ति करती रहती है। फ्री यूनिवर्सिटैट बर्लिन के प्रोफेसर फ्रैंक पोस्टबर्ग के नेतृत्व वाली एक टीम ने नमक-समृद्ध कणों, जिन्हें टाइप 3 कण कहा जाता है, के 961 मास स्पेक्ट्रा की जांच की। यदि ये कण एक ही महासागरीय जल के छोटे नमूने भर होते, तो वैज्ञानिकों को उम्मीद होती कि उनमें मोटे तौर पर समान नमक मिश्रण होंगे। इसके बजाय, कुछ विशेष रूप से सोडियम क्लोराइड से भरपूर थे, जबकि अन्य में कार्बोनेट, फॉस्फेट या पोटैशियम क्लोराइड की मात्रा अधिक थी। एक विशेष रूप से चौंकाने वाला पैटर्न: क्लोराइड और कार्बोनेट एक ही सोडियम-समृद्ध कण में शायद ही कभी साथ दिखे।

इससे एक बुनियादी पहेली खड़ी हुई। यदि ये सभी कण एक ही महासागर से आए हैं, तो उनकी रासायनिक संरचनाएं इतनी भिन्न क्यों थीं? यह ग्रह विज्ञान के संदर्भ में वैसा ही है जैसे एक ही रेस्तरां में एक ही सूप ऑर्डर करना और हर बार बिल्कुल अलग मसाले मिलना।

इस प्रश्न की पड़ताल के लिए, ELSI में प्रोफेसर यासुहितो सेकिने और सहयोगियों ने प्रयोगशाला में बूंदें बनाईं जिनमें एन्सेलाडस के महासागर में मौजूद माने जाने वाले प्रमुख नमक थे। शोधकर्ताओं ने विभिन्न आकारों की बूंदों को अलग-अलग ठंडा करने की स्थितियों में जमाया, फिर अध्ययन किया कि बूंदों के ठोस हो जाने पर रासायनिक तत्व कैसे वितरित हुए। परिणामों ने दिखाया कि जमने की गति एक बड़ी भूमिका निभाती है।

लगभग 200 माइक्रोमीटर व्यास की बूंदों में, जब जमना अपेक्षाकृत धीरे-धीरे हुआ, लगभग 10 K प्रति मिनट या उससे कम पर, नमक अलग-अलग क्षेत्रों में बंट गए। जब बूंदें अधिक तेज़ी से जमीं, तो उनके रासायनिक घटक कहीं अधिक समान रूप से मिश्रित रहे।

सेकिने ने कहा, "हमें आश्चर्य हुआ कि कैसिनी द्वारा देखी गई विविधता मूल रूप से एक ही महासागरीय जल से उत्पन्न बूंदों से उभर सकती है।" "हमारे प्रयोग दिखाते हैं कि जब अपेक्षाकृत बड़ी महासागरीय बूंदें धीरे-धीरे जमती हैं, तो उनके भीतर अलग-अलग नमक अलग हो सकते हैं। यदि उन जमी हुई बूंदों को बाद में तोड़ दिया जाए, तो वे बहुत छोटे बर्फ के कण पैदा कर सकती हैं, जिनमें से प्रत्येक की रासायनिक संरचना बहुत अलग होती है।"

ये निष्कर्ष चंद्रमा की बर्फीली पपड़ी के भीतर क्या होता है, इसके बारे में भी कुछ बता सकते हैं। पहले के अध्ययनों में आम तौर पर माना जाता था कि एन्सेलाडस से निकलने वाला समुद्री फुहार जल्दी जम जाता है और महासागर छोड़ने के तुरंत बाद तेज़ी से अंतरिक्ष की ओर बढ़ता है। नए प्रयोग एक अलग परिदृश्य की ओर इशारा करते हैं: बूंदें शुरू में भूमिगत वेंट प्रणाली से बहुत धीरे-धीरे आगे बढ़ सकती हैं, सतह के पास पहुंचने से पहले बर्फ की दरारों से होकर जटिल रास्तों पर चलती हैं।

शोधकर्ताओं का सुझाव है कि महासागरीय फुहार पहले दसियों से सैकड़ों माइक्रोमीटर आकार की बूंदें बनाती है। जैसे-जैसे वे बूंदें वेंट के गहरे हिस्सों से धीरे-धीरे गुजरती हैं, वे धीरे-धीरे जमती हैं, जिससे नमक को अलग-अलग क्षेत्रों में बंटने का पर्याप्त समय मिल जाता है। सतह के करीब, स्थितियां बदल जाती हैं। गैस तेज़ी से चलने लगती है, और जमी हुई बूंदें संकरे बर्फीले चैनलों की दीवारों से तेज़ गति से टकरा सकती हैं। वे टकराव बूंदों को बहुत छोटे टुकड़ों में तोड़ सकते हैं। प्रत्येक टुकड़ा मूल जमी हुई बूंद के भीतर एक अलग नमक-समृद्ध क्षेत्र से आ सकता है, जिससे बहुत अलग रासायनिक संरचनाओं वाले कण बनते हैं। वे टुकड़े फिर अंतरिक्ष में निकल सकते हैं और शनि के ई-रिंग का हिस्सा बन सकते हैं।

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