Exoplanet interiors
વર્ષોથી, એક્સોપ્લેનેટ અને તેમના વાતાવરણને શોધવાની, પુષ્ટિ કરવાની અને લાક્ષણિકતા આપવાની અમારી ક્ષમતામાં સુધારો થયો છે, જેનાથી સંશોધકો એક્સોપ્લેનેટની આંતરિક રચના અને માળખાને અવરોધિત કરવાનું શરૂ કરી શકે છે. જ્યારે મોટાભાગના એક્સોપ્લેનેટ વિજ્ઞાન એક્સોપ્લેનેટરી વાતાવરણીય વાતાવરણ પર કેન્દ્રિત છે, ત્યારે ગ્રહનો સમૂહ અને ત્રિજ્યા આપણને ગ્રહની ઘનતા અને તેથી તેની આંતરિક પ્રક્રિયાઓ વિશે કહી શકે છે. ગ્રહની આંતરિક પ્રક્રિયાઓ તેના વાતાવરણ માટે અંશતઃ જવાબદાર છે, અને તેથી તે ગ્રહની જીવનને ટેકો આપવાની ક્ષમતામાં પણ નિર્ણાયક પરિબળ છે. પદ્ધતિઓ કારણ કે મનુષ્યો એક્સોપ્લેનેટની મુસાફરી કરી શકતા નથી અને સીધા માપ લઈ શકતા નથી, વૈજ્ઞાનિકોએ તેમની આંતરિક રચનાને મર્યાદિત કરવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ. ગ્રહના દળ અને ત્રિજ્યાને માપવાથી-જે લાક્ષણિકતાઓ અવલોકન કરી શકાય છે-તેની આંતરિક રચનાના સંકેતો મળી શકે છે. આપણે આ લાક્ષણિકતાઓને પરિવહન પદ્ધતિ અને રેડિયલ વેગ પદ્ધતિ બંનેમાંથી અનુમાન કરી શકીએ છીએ. જેમ જેમ ગ્રહ તેના તારાની સામે સંક્રમણ કરે છે, ગ્રહની ત્રિજ્યા તારામાંથી પ્રકાશમાં ઘટાડાથી નક્કી કરી શકાય છે. તેવી જ રીતે, તારો પર ગ્રહના ખેંચાણને કારણે તારો "ધ્રુજી" જાય છે, તેથી આપણે તેના મૂળ તારાની તુલનામાં ગ્રહના દળનું અનુમાન કરવા માટે તારાના પ્રકાશની પરિણામી ડોપ્લર પાળીનો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ. સૌર મંડળની અંદર, ખડકાળ ગ્રહોમાં સિલિકેટ્સ, ઓક્સાઇડ અને સિલિકેટ ઓગળે છે અને આયર્નથી સમૃદ્ધ કોર ધરાવતું આવરણ અને પોપડો હોય છે. ખડકાળ ગ્રહોની રચના કરતા મુખ્ય ઘટકો, જે મેગ્નેશિયમ, આયર્ન, ઓક્સિજન, કાર્બન અને સિલિકોન છે, તે આ ગ્રહ પ્રકારોના આંતરિક ભાગોમાં સાર્વત્રિક હોવાનું માનવામાં આવે છે. આ તત્વોની વિપુલતા, તેમજ ગ્રહની રચના દરમિયાન તેઓ જે ગરમી અને ઠંડક પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે, તે ગ્રહની અંતિમ રચના માટે જવાબદાર છે. એક્સોપ્લેનેટના દળ અને ત્રિજ્યાને માપીને ગ્રહની સરેરાશ ઘનતા ગણી શકાય. ગાઢ ગ્રહોમાં આયર્ન જેવા ભારે તત્વોનું પ્રમાણ વધારે હોવું જોઈએ, જ્યારે હળવા ગ્રહોમાં હાઇડ્રોજન જેવા હળવા તત્વોની સાંદ્રતા વધારે હોવી જોઈએ. જો કે, સરેરાશ ઘનતા એ ભેદ પાડતી નથી કે ગ્રહના આંતરિક ભાગમાં વિવિધ ઘટકો કેવી રીતે વહેંચાય છે; ગાઢ ગ્રહમાં તેની ગાઢ સામગ્રી નાના કોરમાં પેક થઈ શકે છે, અથવા તેના આવરણ દ્વારા વિતરિત થઈ શકે છે. ગ્રહોના સામૂહિક-ત્રિજ્યા સંબંધોનું વિશ્લેષણ કરવા ઉપરાંત, ગ્રહની આંતરિક રચનાની ધારણા કરતી વખતે સંશોધકો ગ્રહના યજમાન તારાની રચનાને પણ જુએ છે. આનું કારણ એ છે કે ગ્રહો અને તેમના યજમાન તારાઓ એક જ પ્રણાલીમાંથી ઉદ્ભવે છે, તેથી તેઓ સંચય ડિસ્કમાંથી સમાન સામગ્રી વહેંચે છે. જો કે ગ્રહોની રચના તેમના યજમાન તારા જેવી ચોક્કસ નહીં હોય, તેમ છતાં તેઓ ચોક્કસ તત્વોના સમાન અપૂર્ણાંકો શેર કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, ધાતુ-ગરીબ તારાઓ ધરાવતી આકાશગંગાના ધાતુ-ગરીબ વિસ્તારોમાં, સંશોધકો માને છે કે ગ્રહોમાં પણ ધાતુઓથી સમૃદ્ધ પ્રણાલીઓ અને તારાઓની તુલનામાં ધાતુની વિપુલતા ઓછી છે. સિસ્ટમની લોખંડની વિપુલતા ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે નિકેલ અને ધાતુના મિશ્રધાતુ જેવા તત્વો સાથે ગ્રહોના આંતરિક ભાગમાં એક સામાન્ય ઘટક છે. આયર્ન પ્રમાણમાં ભારે તત્વ છે જે ખડકાળ ગ્રહોમાં સાર્વત્રિક રીતે અસ્તિત્વમાં હોવાનું માનવામાં આવે છે. આ લોખંડ સિલિકેટ્સ અને ઓક્સાઇડમાં આવરણમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે જો તે ઓક્સિડાઇઝ્ડ હોય, પરંતુ અન્યથા ધાતુ તરીકે પાર્થિવ ગ્રહના કેન્દ્રની રચના કરશે. તેથી, ઓક્સિજનની ઉપલબ્ધતા, જાણીતા ખડકાળ ગ્રહો સાથે દળ અને ત્રિજ્યામાં સમાનતા સાથે, ઓક્સિડાઇઝ્ડ આયર્ન સાથે આવરણની શક્યતા સૂચવવામાં મદદ કરી શકે છે. સંભવિત આંતરિક પ્રકારો સૌરમંડળમાં વિવિધ પ્રકારના ગ્રહોના આંતરિક ભાગો છે; પૃથ્વીનું આંતરિક અને બાહ્ય કેન્દ્ર (પૃથ્વીની ત્રિજ્યાના આશરે 55 ટકા સુધી પહોંચતું), આવરણ અને પોપડું છે, અને શુક્રનું માળખું સામાન્ય રીતે સમાન હોવાનું માનવામાં આવે છે. બુધની કોર ત્રિજ્યા ગ્રહોની ત્રિજ્યાના 80 ટકા જેટલી મોટી છે, તેમજ અન્ય પાર્થિવ ગ્રહોની તુલનામાં ગંધકમાં વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં અને આયર્નમાં ઘણી ઓછી વિપુલ પ્રમાણમાં એક આવરણ છે. મંગળનું કેન્દ્રબિંદુ પ્રમાણમાં નાનું હોય છે, અને પૃથ્વીની સરખામણીમાં લગભગ બમણું લોહ દ્રવ્યમાન ધરાવતું આવરણ ધરાવે છે. બાહ્ય ગ્રહો ગુરુ, શનિ, યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુનના કણોને બહુ ઓછા સમજવામાં આવે છે, જો કે એવું માનવામાં આવે છે કે ગુરુ અને શનિમાં આયર્ન અને નિકલ ધરાવતા કણો છે જે તાપમાન અને દબાણમાં આંતરિક, ખડકાળ ગ્રહોના આંતરિક ભાગોમાં જોવા મળતા કણો કરતા ઘણા વધારે છે. વધુમાં, બાહ્ય ગ્રહોના આંતરિક ભાગમાં આંતરિક ખડકાળ ગ્રહોની તુલનામાં વધુ બરફ અને વોલેટાઇલ છે. કારણ કે સૌરમંડળમાં ગ્રહો આંતરિક ભાગોના વૈવિધ્યસભર સમૂહ ધરાવે છે, એક્સોપ્લેનેટના આંતરિક ભાગ સંભવતઃ સમાન અથવા તેનાથી પણ વધુ વિવિધતા દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગ્રહોના પોપડાની જાડાઈ તેની રચના પછી ગ્રહ કેટલો ઝડપથી ઠંડો થયો તેના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે. નાના ગ્રહ, ઓછા દળવાળા ગ્રહ અથવા તેના તારાથી વધુ દૂરના ગ્રહ માટે ઝડપી ઠંડક દરની અપેક્ષા છે. ચંદ્ર અને મંગળ ગ્રહમાં જોવા મળે છે તેમ આવા ગ્રહોમાં પ્રમાણસર જાડા પોપડો હશે. જો કે, એવા કેટલાક ગ્રહો છે જે સૌરમંડળમાં જોવા મળતા નથી, જેમ કે ઓછી ગીચતા ધરાવતા "ગરમ ગુરુ", જે સૌરમંડળના વાયુ દિગ્ગજો કરતાં વધુ ગરમ અને મોટા હોય છે. નિરીક્ષકોને ઘણા "સુપર-અર્થ" અથવા "સબ-નેપ્ચ્યુન" પણ મળ્યા છે, એટલે કે. પૃથ્વી અને નેપ્ચ્યુન વચ્ચેની ત્રિજ્યા ધરાવતા ગ્રહો, જેમની ત્રિજ્યા પૃથ્વી કરતા 4 ગણી છે. સૌરમંડળમાં રજૂ ન થયેલા ગ્રહોના પ્રકારોનું અસ્તિત્વ સૂચવે છે કે ગ્રહોના આંતરિક ભાગો એવા છે જે સૌરમંડળમાં પણ રજૂ કરવામાં આવતા નથી. કેટલાક સૂચિત આંતરિક પ્રકારોમાં નાના કોર, વિશાળ મેન્ટલ અને કોઈ ખંડો વિનાની સમુદ્રની સપાટીનો સમાવેશ થાય છેઃ અથવા, એક વિશાળ કોર અને મેન્ટલ, અથવા કદાચ તેના મેન્ટલ અને સપાટી વચ્ચે બરફના સ્તરવાળા ગ્રહો હોઈ શકે છે, બંને કોરની ઉપર. આ સૂચિત આંતરિક માળખાઓના કોઈ પુષ્ટિ થયેલા ઉદાહરણો નથી. જો કે, કેટલાક એક્સોપ્લેનેટની સંભવિત આંતરિક રચનાઓની પૂર્વધારણાઓ છે. આવું જ એક ઉદાહરણ GJ 1214b છે, જેનું દળ પૃથ્વી કરતાં 6,55 ગણું વધારે છે અને તે પૃથ્વીની ત્રિજ્યા કરતાં 2.68 ગણું વધારે છે, પરંતુ પૃથ્વીની ઘનતા લગભગ એક તૃતીયાંશ છે. GJ 1214b ની ગીચતા 1870 કિલોગ્રામ m−3 ગ્રહના મોટા કદ હોવા છતાં, ધાતુ અને સિલિકેટ ખડકની રચનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરવા માટે ખૂબ ઓછી છે. આ ગ્રહ માટે ત્રણ અલગ અલગ પ્રકારના આંતરિક મેકઅપની ધારણા કરવામાં આવી છે. એક એ છે કે ગ્રહમાં લોખંડનું કેન્દ્ર, સિલિકેટ્સથી બનેલું આવરણ અને પાણીનું સૌથી બહારનું સ્તર છે, જે હાઇડ્રોજન અને હિલીયમના જાડા આવરણને ટેકો આપે છે. અન્ય પૂર્વધારણા આયર્ન કોર અને સિલિકેટ મેન્ટલની ધારણાને જાળવી રાખે છે, પરંતુ પાણીના બાહ્ય સ્તરને દૂર કરે છે, અને ગાઢ હાઇડ્રોજન/હિલીયમ પરબિડીયુંની જરૂર પડે છે. ત્રીજી પૂર્વધારણા સૂચવે છે કે ગ્રહ મોટાભાગે પાણી છે, અને તેમાં મોટાભાગે વરાળથી બનેલું વિશાળ વાતાવરણ છે. જીજે 1214બીની જેમ, ઘણી અટકળો છે પરંતુ એક્સોપ્લેનેટની કોઈ પુષ્ટિ કરેલી રચના નથી. જેમ જેમ વધુ એક્સોપ્લેનેટની શોધ થાય છે, તેમ તેમ ગ્રહોના પ્રકારોની શ્રેણી પણ વધે છે, જે સૌરમંડળમાં ન જોવા મળતા ગ્રહોના પ્રકારોથી આગળ વધે છે. કેટલાક એક્સોપ્લેનેટ ત્રિજ્યામાં પૃથ્વી જેવા હોઈ શકે છે, પરંતુ તે ઘણા ઓછા ગાઢ અથવા વધુ ગાઢ હોય છે. અન્ય એક્સોપ્લેનેટ ઘનતામાં પૃથ્વી જેવા હોઈ શકે છે, પરંતુ તેનું કદ ખૂબ જ અલગ છે. જેમ કે, સૌરમંડળના પદાર્થો સાથે તેમની સમાનતાના આધારે સંભવિત ગ્રહોના આંતરિક ભાગોનું વર્ગીકરણ કરવું મુશ્કેલ છે. સતત એક્સોપ્લેનેટ શોધો ગ્રહના પ્રકારોનું આંકડાકીય વિશ્લેષણ અને ચોક્કસ સમૂહ અને ત્રિજ્યાની અલગ ગ્રહોની વસ્તીની ઓળખની મંજૂરી આપે છે. આ "પાર્થિવ" ગ્રહો અથવા "ગેસ જાયન્ટ્સ" જેવી શ્રેણીઓની વ્યાખ્યાને સૌરમંડળમાં જોવા મળતી વ્યાખ્યાથી આગળ તમામ જાણીતા એક્સોપ્લેનેટની શ્રેણી સુધી વિસ્તારવાની મંજૂરી આપે છે. વસવાટયોગ્યતા વસવાટયોગ્યતા માટે ગ્રહો-સ્કેલ ચક્રની સુસંગતતા એક્સોપ્લેનેટરી આંતરિકમાં ઘણું સંશોધન કરે છે. પૃથ્વી પર, સપાટી અને ઉપ-સપાટીની પ્રક્રિયાઓ જેવી કે પ્લેટ ટેકટોનિક્સ, બાહ્ય કોર સંવહન જે ભૂગતિકતાને શક્તિ આપે છે જે આપણું ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે, અને સપાટી અને આંતરિક વચ્ચેની સામગ્રીનું ચક્ર પૃથ્વીની આબોહવા અને વાતાવરણીય રચનામાં ફાળો આપે છે, અને તેથી, તેની રહેઠાણ. આ કારણે, ગ્રહોની આંતરિક સમજણ વધુ લોકપ્રિય બની રહી છે કારણ કે ગ્રહોની રહેઠાણનો અભ્યાસ પણ વધે છે. પૃથ્વી એ જીવનને આશ્રય આપનાર એકમાત્ર જાણીતો ગ્રહ છે, તેથી એક્સોપ્લેનેટમાં જીવનની શોધમાં, ઘણા સંશોધકો પ્રારંભિક અથવા આધુનિક પૃથ્વીની પરિસ્થિતિઓ, ખાસ કરીને વાતાવરણીય ઓક્સિજનની હાજરીની શોધ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. તેવી જ રીતે, વસવાટયોગ્ય ગ્રહોની શોધમાં, જે પૃથ્વી (દળ, ત્રિજ્યા, આંતરિક માળખું) સમાન છે તે વિશેષ રસ ધરાવે છે. વધુમાં, ગ્રહનું કદ અને દળ તે તેના વાતાવરણને જાળવી શકે છે કે કેમ તેમાં ફાળો આપે છે. ઓછા કદના ગ્રહોમાં ગુરુત્વાકર્ષણનું દબાણ નબળું હોય છે અને તેઓ વાતાવરણ જાળવી રાખવામાં ઓછા સક્ષમ હોય છે. જીવન તરીકે આપણે જાણીએ છીએ કે તેને વાતાવરણની જરૂર છે, તેથી પર્યાપ્ત ગ્રહોના સમૂહને પ્રાપ્ત કરવા માટે યોગ્ય રચના ધરાવતા ગ્રહો ગ્રહની રહેઠાણ નક્કી કરવામાં ચાવીરૂપ છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરી પણ ગ્રહની વસવાટયોગ્યતામાં ફાળો આપે છે, અને સંભવિત એક્સોપ્લેનેટરી ચુંબકીય ક્ષેત્રની સહીઓ મળી આવી છે. સતત વાતાવરણીય અવલોકનો કે જે ચુંબકીય ક્ષેત્રની શોધ કરે છે, જ્યારે એક્સોપ્લેનેટની આંતરિક રચનાઓની ગણતરી સાથે જોડાય છે, ત્યારે તે એક્સોપ્લેનેટની આંતરિક રચનામાં વધુ સમજ આપી શકે છે. સંદર્ભો ખગોળશાસ્ત્ર એક્સોપ્લેનેટ્સ ગ્રહોના વાતાવરણ ગ્રહોની ભૂસ્તરશાસ્ત્ર