खगोलशास्त्री लंबे समय से आश्चर्य करते रहे हैं कि पृथ्वी जल-समृद्ध कैसे हो गई – अथाह महासागरों, ठंडे ग्लेशियरों और आकाश से झीलों, नदियों और आर्द्रभूमि में होने वाली बारिश से भरपूर। पानी, जो ब्रह्मांड में पहले और तीसरे सबसे आम तत्वों से बना है, बनने में एक भ्रामक सरल अणु है। फिर भी जबकि हमारे जैसे चट्टानी ग्रहों पर इसकी डिलीवरी का विवरण जीवन की ब्रह्मांडीय व्यापकता को समझने के लिए आवश्यक हो सकता है, वे अधिकतर अज्ञात रहते हैं।

पानी जटिल कार्बनिक अणुओं के संयोजन के लिए एक शक्तिशाली माध्यम है और जैसा कि हम जानते हैं, यह जीवन के उद्भव और उसके बाद के विकास के लिए आश्रय प्रदान करता है। पृथ्वी के भीतर गहराई में यह लिथिक स्नेहन सुनिश्चित करता है जो जलवायु-स्थिर प्लेट टेक्टोनिक्स को पीसने से रोकता है – एक और तंत्र जो जीवन के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। और जब बर्फ के रूप में जम जाता है तो यह गोंद प्रदान करके ग्रह निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जो युवा दुनिया को बढ़ने में मदद करता है। इस प्रकार, वैज्ञानिक पानी के ग्रह परिभ्रमण को बेहतर ढंग से समझने के लिए उत्सुक हैं – वह मार्ग जो ग्रहों को सूखी चट्टानों से पृथ्वी जैसे भीगे हुए संसार में बदलने के लिए अपनाता है।

अधिक जानकारी प्राप्त करने के लिए, खगोलविद जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) का उपयोग प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में देखने के लिए कर रहे हैं: युवा सितारों के चारों ओर गैस और धूल के भंवर जहां ग्रह आज सक्रिय रूप से बन रहे हैं। हालाँकि खगोलविदों ने पहले भी ऐसी डिस्क के भीतर पानी की झलक देखी है, लेकिन उनका दृश्य धुंधला रहा है। उदाहरण के लिए, जल वाष्प अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर एरे (एएलएमए) में दिखाई देता है – जो कई मामलों में पृथ्वी पर सबसे शक्तिशाली रेडियो वेधशाला है – लेकिन यह सुविधा बड़े पैमाने पर पानी की बर्फ का पता नहीं लगा सकती है। यह प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के बाहरी क्षेत्रों को ALMA की जांच से रोकता है। सरणी डिस्क के गर्म, आंतरिक क्षेत्रों की भी गहराई से जांच नहीं कर सकती है जहां स्थलीय पिंड बनते हैं। दूसरी ओर, JWST को ऐसे अध्ययनों को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन किया गया था और वस्तुतः ऐसा ही किया गया है—बाढ़ के द्वार खोल दिए. नई अंतरिक्ष वेधशाला इस बात पर अभूतपूर्व नज़र डाल रही है कि पानी तारा-निर्माण करने वाले विशाल आणविक बादलों से प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में और अंततः ग्रहों पर कैसे गुजरता है – खगोल विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थों के साथ, जिसमें यह भी शामिल है कि क्या हमारी अपनी जलीय दुनिया किसी तरह विशेष या सामान्य है।

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प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क का अध्ययन करने वाले टेक्सास स्टेट यूनिवर्सिटी के खगोलशास्त्री एंड्रिया बंजत्ती कहते हैं, “जेडब्लूएसटी के साथ यह ऐसा है जैसे आप अचानक नए चश्मे पर कोशिश करते हैं, और वे आपको बहुत तेज दृश्य देते हैं।”

पानी की ब्रह्मांडीय यात्रा महाविस्फोट के करोड़ों वर्ष बाद शुरू हुई। तभी पहले तारे – जो भारी तत्वों का मंथन करने के लिए अपने हाइड्रोजन भंडार के माध्यम से उग्र रूप से विलीन हो गए थे – सुपरनोवा में फट गए, जिससे ब्रह्मांड में ऑक्सीजन का बीजारोपण हुआ। इस बिंदु पर, ऑक्सीजन का एक परमाणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ मिलकर पानी का एक अणु बना सकता है – एक ऐसा अणु जो सृजन और विनाश के ब्रह्मांडीय चक्र में, सितारों और अन्य खगोलभौतिकी स्रोतों से उच्च-ऊर्जा विकिरण द्वारा फिर से नष्ट हो सकता है। फिर भी देर-सबेर – निस्संदेह अरबों साल बाद, कुछ मामलों में – ऐसा पानी आणविक बादलों के ठंडे दायरे में पहुंच गया, जहां उसकी यात्रा का एक और अराजक और हिंसक अध्याय शुरू होगा। आणविक बादल धूल और जमी हुई गैस के विशाल, ठंडे गुच्छे होते हैं जिनमें प्रचुर मात्रा में पानी की बर्फ होती है और यह सितारों और ग्रहों के लिए पालने के रूप में काम करते हैं। जब बादल का एक हिस्सा कुछ महत्वपूर्ण घनत्व तक पहुँच जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण उस घने, मोटे तौर पर गोलाकार क्षेत्र को उसके केंद्र में एक नवजात, चमकते तारे के साथ एक चपटी, चक्करदार प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में ढहने का कारण बनता है। इस प्रक्रिया का अधिकांश भाग धूल से ढका हुआ है और JWST तक इसकी जांच करना लगभग असंभव साबित हुआ है। हार्वर्ड विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री कैरिन ओबर्ग कहते हैं, “हमें कुछ फोटॉनों को पकड़ने में सक्षम बनाने के लिए JWST की अविश्वसनीय संवेदनशीलता की आवश्यकता है जो तारे और ग्रह के निर्माण की शुरुआत से ठीक पहले बर्फीले कणों को चिह्नित करते हैं।”

वहां से, बढ़ता हुआ तारा अपनी ढकी हुई डिस्क से बरसने वाली सामग्री पर फ़ीड करता है, जिससे अधिक रोशनी और गर्मी पैदा होती है – और संभावित रूप से नमी को सेंकने के लिए डिस्क के पानी के अणुओं को तोड़ता है जो अन्यथा दुनिया में प्रवाहित होता। यदि यह प्रक्रिया बहुत कुशलता से होती है, तो इसका परिणाम सूखे ग्रह प्रणालियों से भरी आकाशगंगाएँ होंगी, और हम शायद यहाँ नहीं होंगे – यह कोई छोटी बात नहीं है कि अधिकांश वैज्ञानिकों को संदेह है कि यह मामला नहीं हो सकता है। किसी तरह पानी को शांत आणविक बादलों से जलती हुई सितारा बनाने वाली डिस्क के माध्यम से बिना किसी नुकसान के गुजरना होगा।

2021 में नेशनल रेडियो एस्ट्रोनॉमी ऑब्ज़र्वेटरी के एक खगोलशास्त्री जॉन टोबिन और अन्य लोगों ने V883 ओरियोनिस का निरीक्षण करने के लिए ALMA का उपयोग किया – पृथ्वी से 1,305 प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित एक डिस्क-पुष्पांजलि प्रोटोस्टार जो हमारे सूर्य से थोड़ा अधिक विशाल है लेकिन लगभग 200 गुना अधिक चमकीला है। प्रोटोस्टार की चमक ठंडी बाहरी डिस्क को गर्म करती है, बर्फ को जलवाष्प में बदल देती है जो ALMA की रेडियो दृष्टि के लिए एक प्रकाशस्तंभ बन जाती है। यह एक भाग्यशाली ब्रेक था. टोबिन की टीम ने अर्धभारी पानी का उच्च अनुपात देखा – जिसमें भारी हाइड्रोजन आइसोटोप ड्यूटेरियम पानी के अणु के दो मानक, हल्के हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को प्रतिस्थापित करता है। क्योंकि अर्धभारी पानी केवल ठंडे तापमान में ही बन सकता है – न कि तारे के निर्माण से सीधे तौर पर जुड़े उच्च तापमान में – इसकी उत्पत्ति V883 ओरियोनिस के आसपास आणविक बादल से ही हुई होगी, जिससे पता चलता है कि पानी बिना किसी बदलाव के तारे के निर्माण की प्रक्रिया से गुजरा था। वास्तव में, टोबिन और उनके सहयोगियों द्वारा देखे गए अर्धभारी पानी और सामान्य पानी का अनुपात अन्य आणविक बादलों में देखे गए अनुपात से पूरी तरह मेल खाता है। यह हमारे सौर मंडल के धूमकेतुओं में पाए जाने वाले अनुपात से भी मेल खाता है – एक तरह से संकेत करता है कि पानी चट्टानी दुनिया तक पहुंच सकता है।

खगोलशास्त्री वर्तमान में सोचते हैं कि स्थलीय ग्रह तीन अलग-अलग तरीकों से पानी प्राप्त कर सकते हैं। ऐसा हो सकता है कि पानी शुरू से ही वहां रहा हो – धूल के कणों के भीतर जमा हुआ जो स्वयं ग्रहों के निर्माण खंड हैं। या शायद बढ़ते हुए ग्रह प्राइमर्डियल डिस्क में मौजूद गैस से सीधे जलवाष्प खींचते हैं – जिससे गुरुत्वाकर्षण उनके चट्टानी कोर के चारों ओर एक आर्द्र वातावरण बना सके। या हो सकता है कि एक बार ग्रह बन जाने के बाद, वे ग्रह प्रणाली के दूर-दराज के क्षेत्रों से गिरने वाले बचे हुए बर्फीले मलबे के माध्यम से आयातित पानी को निगल लेते हैं। टोबिन के नतीजे बताते हैं कि यह बाद वाला मार्ग एक प्रमुख भूमिका निभाता है लेकिन पानी पहुंचाने वाले धूमकेतु और उल्कापिंड अकेले काम नहीं करते हैं। पृथ्वी पर पानी में अर्धभारी पानी और सामान्य पानी का अनुपात धूमकेतुओं में पाए जाने वाले पानी की तुलना में थोड़ा कम है – जिसका अर्थ है कि जबकि हमारे ग्रह का अधिकांश पानी बाहरी सौर मंडल के बर्फीले अंदरूनी इलाकों से आया है, कुछ को सूर्य के पास उच्च तापमान के संपर्क में आना चाहिए। हालाँकि, वह प्रदर्शन कैसा दिखता है, यह एक खुला प्रश्न बना हुआ है।

उत्तर खोजने के लिए, ओबर्ग एक ब्रह्मांडीय मानचित्र बनाना चाहते हैं – इन युवा प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के चारों ओर पानी के स्थानों को इंगित करके यह देखना चाहते हैं कि यह किसी भी गठित दुनिया को खिलाने के लिए आसानी से कहां उपलब्ध है। ALMA ने पहले ही एक धुंधली छवि बना दी है, और JWST शानदार विवरण के साथ अंतराल को भरना शुरू कर रहा है। पिछले अप्रैल में जर्मनी के गारचिंग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एक्स्ट्राटेरेस्ट्रियल फिजिक्स के एक खगोलशास्त्री सिएरा ग्रांट और उनके सहयोगियों ने JWST का उपयोग उस डिस्क में पानी का निरीक्षण करने के लिए किया था जो पहले सूखी दिखाई देती थी – अच्छी तरह से अध्ययन किए गए सिस्टम से भी ताजा अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए अंतरिक्ष वेधशाला की उल्लेखनीय क्षमता का प्रदर्शन करती है। ग्रांट कहते हैं, “हम वास्तव में JWST के साथ एक नए युग में हैं।” “यह उल्लेखनीय है कि हम उन चीज़ों का पता लगा सकते हैं जिनका हम पहले पता नहीं लगा सकते थे।”

फिर पिछले अगस्त में जर्मनी के हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी के एक खगोलशास्त्री गिउलिया पेरोटी और अन्य ने पीडीएस 70 में जल वाष्प का पता लगाया – एकमात्र प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क जो अभी तक एक नहीं बल्कि दो विशाल ग्रहों को आश्रय देने के लिए जानी जाती है। उनकी उपस्थिति का अर्थ यह है कि स्थलीय ग्रह भी आंतरिक डिस्क के भीतर ठीक उसी स्थान पर एकत्रित हो रहे हैं जहां खगोलविदों को अब पानी मिला है। “यह पहली बार है जब हम मध्य क्षेत्रों में जल वाष्प का पता लगा रहे हैं ग्रह-होस्टिंग डिस्क,” पेरोटी कहते हैं। पिछले अवलोकनों में बिल्कुल भी पानी नहीं दिखाया गया था – जो कि आश्चर्यजनक नहीं था, यह देखते हुए कि पानी को तारे के इतने करीब तीव्र विकिरण से बचने के लिए कड़ी मेहनत करनी होगी। अब खगोलविदों को पता है कि यह ग्रहों के बढ़ने के साथ-साथ उनके वायुमंडल में चमक सकता है – जैसा कि बाद में अंतरग्रहीय आगंतुकों के माध्यम से शुष्क ग्रहों तक पहुंचने के विपरीत है। इस प्रकार, ब्रह्मांड में अधिकांश स्थलीय दुनिया समृद्ध पैदा हो सकती है, जिसमें पानी की प्रचुर मात्रा होती है। बहुत शुरुआत.

ओबर्ग का कहना है कि यह अपने आप में एक समस्या हो सकती है, जो ऐसी दुनिया को जन्म दे सकती है बहुत पानी से भरपूर. वैज्ञानिक वर्तमान में सोचते हैं कि महासागरीय दुनिया में जीवन बनाने के लिए संघर्ष करना पड़ेगा, लेकिन तालाब-जैसे महाद्वीपों वाले ग्रह का भाग्य कहीं बेहतर होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि कई प्रतिक्रियाएं प्रीबायोटिक रसायन विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण मानी जाती हैं और जटिल रासायनिक प्रणालियों का उदय विशाल, पतले महासागरों की तुलना में छोटे, केंद्रित तालाबों में अधिक कुशलता से होता है। इसके अलावा, महाद्वीपों से नष्ट होने वाले खनिज पानी में महत्वपूर्ण पोषक तत्व जोड़ देंगे। लेकिन यह जानने के लिए कि ब्रह्मांड कितनी बार पृथ्वी की तरह टेराक्वेज़ ऑर्बिट बनाता है, ओबर्ग का तर्क है कि हमें सबसे पहले युवा प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क को समझने की ज़रूरत है – उस ब्रह्मांडीय मानचित्र को पूरा करके, जो न केवल इन डिस्क के आसपास पानी के स्थानों को दिखाता है बल्कि यह भी दिखाता है कि यह एक स्थान से दूसरे स्थान तक कैसे बहता है।

हालाँकि, डिस्क के बर्फीले बाहरी क्षेत्र से पानी अंदर की ओर कैसे बहता है, यह स्पष्ट नहीं है – विशेष रूप से पीडीएस 70 में, जहां बाहरी और आंतरिक डिस्क के बीच एक बड़ा अंतर है। फिर पिछले नवंबर में बंजत्ती, ओबर्ग और अन्य ने सिस्टम की बर्फ रेखा के भीतर जल वाष्प देखा, संक्रमणकालीन क्षेत्र जहां तापमान में बदलाव पानी को ठोस से तरल या गैस में बदल देता है। इसने एक भौतिक प्रक्रिया की पुष्टि की जिसके तहत पानी अंदर की ओर स्थानांतरित होता है। चालीस साल पहले, खगोलविदों ने अनुमान लगाया था कि बाहरी डिस्क में पानी की बर्फ मजबूत ठोस सामग्री – धूल के कण और तथाकथित बर्फीले कंकड़ पर अंदर की ओर बहती रहेगी, जिनका आकार कुछ मिलीमीटर से लेकर कुछ मीटर तक होता है – जब तक कि जल वाष्प के एक महान कोहरे में बर्फ की रेखा पर उर्ध्वपातन न हो जाए। यह सटीक हस्ताक्षर है जिसे बंजत्ती ने देखा। “यह बिल्कुल वैसा ही है जैसा ग्रह निर्माण के इस मौलिक सिद्धांत में अपेक्षित था, यह ‘कंकड़ बहाव’ परिदृश्य जिसे निर्माण को बढ़ावा देना चाहिए [terrestrial planets] और यहां तक ​​कि पानी भी पहुंचाते हैं,” बंजत्ती कहते हैं। ”उस छोटे से संकेत से हम एक सुंदर कहानी बना सकते हैं।” और इसका पीडीएस 70 पर प्रभाव पड़ता है। पेरोटी को संदेह है कि यह तंत्र सिस्टम की डिस्क के बाहरी और आंतरिक क्षेत्रों के बीच बने अंतराल से पहले पानी को अंदर ले जाता था। या यह हो सकता है कि पानी अभी भी अंतराल के माध्यम से स्थानांतरित हो रहा है, भले ही अभी तक अनदेखी माइक्रोन आकार की बहुत छोटी बर्फीली धूल पर। यह धूल, पानी के कुछ अणुओं के साथ, एक सुरक्षा कवच के रूप में कार्य कर सकती है, जो पानी के कई अणुओं को टूटने से बचाती है।

ओबर्ग का ब्रह्मांडीय मानचित्र इस प्रकार अधिक से अधिक विस्तृत होता जा रहा है – प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के कई क्षेत्रों में पाए जाने वाले विशाल जलाशयों से पता चलता है कि पानी असंख्य तरीकों से चट्टानी दुनिया में प्रवाहित हो सकता है। लेकिन फिर भी, खगोलविदों को यह नहीं पता है कि एक परिदृश्य का पलड़ा भारी है या नहीं। पेरोटी कहते हैं, “हमारे शोध के इस चरण में, हम विशिष्ट होने की स्थिति में नहीं हैं।” उदाहरण के लिए, पीडीएस 70 में, यह हो सकता है कि ये स्थलीय ग्रह अपने लिए आसानी से उपलब्ध पानी में से कुछ को खो देते हैं – बाद में इसकी भरपाई के लिए क्षुद्रग्रहों पर निर्भर रहते हैं। भविष्य के अवलोकनों से प्रमुख मार्ग पर प्रकाश डाला जाना चाहिए, जो ग्रह प्रणाली की कुछ विशेषताओं के आधार पर बदल सकता है।

उदाहरण के लिए, ग्रांट यह देखने के लिए उत्सुक है कि पानी की गतिशीलता तारकीय द्रव्यमान के साथ कैसे मापी जाती है। अब तक, उच्च द्रव्यमान वाले तारे अधिकतर शुष्क प्रतीत होते हैं^{&कोई तोड़;} जबकि छोटे, अधिक सूर्य जैसे तारे अपेक्षाकृत जलयुक्त प्रतीत होते हैं, लेकिन ग्रांट जानना चाहता है कि कुछ सबसे छोटे तारों की विशेषता क्या है। एम बौने कहे जाने वाले, ये तारे फीके हैं, जिसका अर्थ है कि इनका चक्कर लगाने वाले ग्रहों को जीवन के लिए पर्याप्त गर्म होने के लिए एक करीबी कक्षा में होना चाहिए – एक विचित्रता जो उन्हें JWST और अन्य दूरबीनों का उपयोग करके ग्रह शिकारियों के लिए जांच करना अपेक्षाकृत आसान बनाती है। उनकी प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क लंबे समय से जल-रहित दिखाई दे रही है – लेकिन अब ताजा डेटा कुछ और ही सुझाव देता है। पिछले दिसंबर में बंजत्ती, ओबर्ग और उनके सहयोगियों ने एक अध्ययन प्रकाशित किया जिसमें एम बौने तारे के चारों ओर पानी से भरपूर डिस्क के पहले मामले का विवरण दिया गया था। ग्रांट ने यथासंभव छोटे सितारों की खोज करके इस प्रश्न की और जांच करने की योजना बनाई है। इस बीच 30 अलग-अलग प्रणालियों से स्नोलाइनों के बंजत्ती के चल रहे विश्लेषण से पहले से ही पता चल रहा है कि छोटी, कॉम्पैक्ट डिस्क बड़ी, विस्तारित, गैप-भरी डिस्क की तुलना में अपने आंतरिक क्षेत्रों की ओर 10 गुना अधिक पानी भेजती है। पानी की ब्रह्मांडीय यात्रा आख़िरकार ध्यान में आ रही है।

टोबिन कहते हैं, “इन परिणामों को एक साथ आते देखना वाकई रोमांचक है।” “यह खोज का एक आश्चर्यजनक समय है – फिर भी हमने वास्तव में केवल वहां मौजूद चीजों की सतह को ही खंगाला है।”