जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) पर मिड-इन्फ्रारेड इंस्ट्रूमेंट (MIRI) का उपयोग करते हुए, पूर्व MPIA पीएचडी छात्र सेबेस्टियन ज़ीबा (अब हार्वर्ड और स्मिथसोनियन में) और MPIA निदेशक लौरा क्रेडबर्ग के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने चट्टानी एक्सोप्लैनेट LHS 3844 b की सतह की संरचना का अध्ययन किया है। सामान्य वायुमंडलीय अध्ययनों से आगे बढ़ते हुए, यह काम अन्य तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों के भूविज्ञान में गहराई से उतरता है - क्योंकि क्यों हमारे सौर मंडल को ही सारा मज़ा लेना चाहिए? निष्कर्ष नेचर एस्ट्रोनॉमी में प्रकाशित हुए हैं।

LHS 3844 b एक चट्टानी दुनिया है जो पृथ्वी से लगभग 30% बड़ी है और 11 घंटे से भी कम समय में एक ठंडे लाल बौने तारे की परिक्रमा करती है। यह अपने तारे के बेहद करीब परिक्रमा करता है - सतह से केवल लगभग तीन तारकीय व्यास ऊपर - और ज्वारीय रूप से बंद है, जिसका अर्थ है कि एक पक्ष स्थायी रूप से तारे की ओर है जबकि दूसरा शाश्वत अंधकार में डूबा रहता है। दिन का तापमान औसतन लगभग 1000 केल्विन (लगभग 725°C या 1340°F) है। यह प्रणाली अपेक्षाकृत निकट 48.5 प्रकाश-वर्ष (14.9 पारसेक) दूर है।

"JWST की अद्भुत संवेदनशीलता के लिए धन्यवाद, हम इस दूर के चट्टानी ग्रह की सतह से सीधे आने वाले प्रकाश का पता लगा सकते हैं," क्रेडबर्ग ने कहा। "हम एक अंधेरा, गर्म, बंजर चट्टान देखते हैं, जो किसी भी वायुमंडल से रहित है।" तो, छुट्टियां बिताने की जगह नहीं है।

इसका अंधेरा रूप बताता है कि यह एक विशाल चंद्रमा या बुध जैसा दिख सकता है। यह निष्कर्ष ग्रह के गर्म दिन के हिस्से द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण के विश्लेषण से आता है। वैज्ञानिक सीधे ग्रह की छवि नहीं बना सकते; इसके बजाय, वे परिक्रमा करते समय तारे और ग्रह के संयुक्त प्रकाश में सूक्ष्म चमक परिवर्तन को मापते हैं।

MIRI ने 5 से 12 माइक्रोमीटर के बीच अवरक्त उत्सर्जन की जांच की, प्रकाश को छोटे तरंगदैर्ध्य अंतरालों में विभाजित करके एक स्पेक्ट्रम बनाया - मूल रूप से एक इंद्रधनुष जो दर्शाता है कि प्रकाश कैसे वितरित है। स्पिट्जर स्पेस टेलीस्कोप के पहले के डेटा ने विश्लेषण को मजबूत किया।

टीम ने अपनी टिप्पणियों की तुलना कंप्यूटर मॉडल और पृथ्वी, चंद्रमा और मंगल से ज्ञात चट्टानों के पुस्तकालयों से की। इन तुलनाओं से पता चला कि LHS 3844 b में पृथ्वी जैसी परत का अभाव है - जो आमतौर पर ग्रेनाइट जैसे सिलिकेट खनिजों से भरपूर होती है। यह आश्चर्यजनक नहीं है, क्योंकि पृथ्वी ऐसी परत के लिए सौर मंडल में अद्वितीय है। पृथ्वी पर, सिलिकेट-समृद्ध परतें दीर्घकालिक टेक्टोनिक गतिविधि और पानी के माध्यम से बनती हैं, जिसमें चट्टान का बार-बार पिघलना और पुनर्चक्रण शामिल होता है।

"चूंकि LHS 3844 b में ऐसी सिलिकेट परत का अभाव है, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि पृथ्वी जैसी प्लेट टेक्टोनिक्स इस ग्रह पर लागू नहीं होती, या यह अप्रभावी है," ज़ीबा ने कहा। "इस ग्रह में संभवतः केवल थोड़ा पानी है।"

ग्रेनाइट के बजाय, डेटा बेसाल्ट या मेंटल जैसी चट्टान से बनी सतह की ओर इशारा करता है, जो पृथ्वी या चंद्रमा पर पाए जाने वाले ज्वालामुखी पदार्थ के समान है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ठोस बेसाल्ट या मैग्मैटिक चट्टान के बड़े क्षेत्र डेटा से सबसे अच्छी तरह मेल खाते हैं। ये चट्टानें मैग्नीशियम और लोहे से भरपूर होती हैं और इनमें ओलिविन हो सकता है। टूटे हुए चट्टान के टुकड़े जैसे बजरी भी काफी अच्छी तरह फिट बैठते हैं, जबकि महीन पाउडर या धूल अकेले मेल नहीं खाते - वे बहुत चमकीले होंगे।

इसे ढालने के लिए वायुमंडल के बिना, ग्रह लगातार तीव्र विकिरण और उल्कापिंड प्रभावों के संपर्क में रहता है। ये प्रक्रियाएं चट्टान को तोड़ती हैं और इसकी सतह को बदल देती हैं।

"यह पता चला है, ये प्रक्रियाएं न केवल कठोर चट्टानों को धीरे-धीरे रेगोलिथ में घोलती हैं, जैसा कि चंद्रमा पर पाया जाता है," ज़ीबा ने समझाया। "वे लोहे और कार्बन जोड़कर परत को काला भी कर देती हैं, जिससे रेगोलिथ के गुण अवलोकनों के अनुरूप हो जाते हैं।"

डेटा दो संभावित परिदृश्यों का समर्थन करता है। पहला: अपेक्षाकृत ताजा ठोस बेसाल्टिक चट्टान का प्रभुत्व वाला परिदृश्य, जो व्यापक ज्वालामुखी जैसी हालिया भूवैज्ञानिक गतिविधि का सुझाव देता है। दूसरा: दीर्घकालिक अंतरिक्ष अपक्षय द्वारा निर्मित एक अंधेरी सतह, जो चंद्रमा या बुध के समान काले रेगोलिथ की व्यापक परतें बनाती है - जिसका अर्थ है कि ग्रह लंबे समय से भूवैज्ञानिक रूप से निष्क्रिय है।

ये संभावनाएं मुख्य रूप से इस बात में भिन्न हैं कि ग्रह अभी भी सक्रिय है या नहीं। पृथ्वी पर, ज्वालामुखी प्रक्रियाएं सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) जैसी गैसें छोड़ती हैं। यदि LHS 3844 b वर्तमान में सक्रिय होता, तो MIRI संभवतः इस गैस का पता लगाता। ऐसा कोई संकेत नहीं मिला।