चंद्रमा की सतह है प्राचीन लावा प्रवाह से आच्छादित जो अक्सर पृथ्वी पर पाए जाने वाले पदार्थों से भिन्न होते हैं। जबकि पृथ्वी पर ज्वालामुखीय चट्टानों में शायद ही कभी 2% से अधिक टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO.) होता है2), कुछ चंद्र बेसाल्ट – सामान्य ज्वालामुखीय चट्टानें – 18% तक ले जाती हैं, एक तथ्य जिसे ग्रह वैज्ञानिक दशकों से समझाने के लिए संघर्ष कर रहे हैं।
आईआईटी-खड़गपुर और फिजिकल रिसर्च लेबोरेटरी (पीआरएल), अहमदाबाद के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन प्रकाशित हुआ जियोचिमिका और कॉस्मोचिमिका एक्टाने अब एक प्रायोगिक विवरण प्रस्तुत किया है कि ये टाइटेनियम-समृद्ध बेसाल्ट कैसे बने होंगे।
अध्ययन के लेखक हिमेला मोइत्रा, सुजॉय घोष, तमलकांति मुखर्जी, सैबल गुप्ता और कुलजीत कौर मरहास थे।
लैंडर्स पर कैमरे
चंद्रयान -4 मिशन, जिसे भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (इसरो) ने 2028 के लिए योजना बनाई है, का लक्ष्य चंद्रमा से चट्टान के नमूने इकट्ठा करना और उन्हें पृथ्वी पर वापस लाना है, जिससे लैंडिंग साइट का चुनाव महत्वपूर्ण हो जाता है। अध्ययन के निष्कर्ष उस निर्णय को सूचित करने में मदद कर सकते हैं।
प्रमुख लेखकों में से एक और आईआईटी-खड़गपुर में एसोसिएट प्रोफेसर प्रोफेसर घोष ने कहा, “चंद्रमा के दक्षिणी ध्रुव के पास के क्षेत्र, जैसे कि चंद्रयान -4 के लिए मूल्यांकन किया जा रहा है, जिसमें शिव शक्ति क्षेत्र के पास के क्षेत्र भी शामिल हैं, का चंद्रयान -2, नासा के चंद्र टोही ऑर्बिटर और अन्य मिशनों के डेटा का उपयोग करके विस्तार से अध्ययन किया गया है। हमारा काम जो जोड़ता है वह एक गहरा आंतरिक परिप्रेक्ष्य है।”
अध्ययन के पहले लेखक हिमेला मोइत्रा के अनुसार, “लैंडर्स पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले सूक्ष्म कैमरे चंद्र चट्टानों में खनिजों की पहचान करने में मदद कर सकते हैं, जबकि एक्स-रे प्रतिदीप्ति और एक्स-रे विवर्तन जैसे उपकरण संग्रह से पहले उनकी रासायनिक संरचना निर्धारित कर सकते हैं।”
आईआईटी खड़गपुर के पीएचडी छात्र और अध्ययन के सह-लेखक तमलकांति मुखर्जी ने कहा, “रमन और दृश्य-निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरण चट्टानों में खनिज चरणों को एकत्र करने से पहले पुष्टि करने में मदद कर सकते हैं। इसी तरह के उपकरणों का मंगल मिशन में पहले ही सफलतापूर्वक उपयोग किया जा चुका है।”
यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी भी चंद्रमा पर पानी और इल्मेनाइट के वितरण को मैप करने के लिए 2028 में अपना लूनर वोलेटाइल और मिनरलॉजी मैपिंग ऑर्बिटर मिशन लॉन्च करने की योजना बना रही है।
बहुत ऊँचा या बहुत नीचा
लगभग 4.3 अरब वर्ष पहले, चंद्रमा अभी भी पिघली हुई चट्टान के वैश्विक महासागर से ठंडा हो रहा था। इस प्रक्रिया में, ओलिवाइन और ऑर्थोपाइरोक्सिन पहले क्रिस्टलीकृत हुए, फिर प्लाजियोक्लेज़, जो ऊपर तैरकर चंद्रमा की पीली परत का निर्माण किया। क्रिस्टलीकृत होने वाली अंतिम परत एक घनी, लौह और टाइटेनियम से भरपूर परत थी जिसमें क्लिनोपाइरोक्सिन, इल्मेनाइट और फ़ैयालिटिक ओलिविन नामक खनिज शामिल थे। वैज्ञानिक इसे इल्मेनाइट-बेयरिंग क्यूम्युलेट (आईबीसी) परत कहते हैं।
IBC परत टिके रहने के लिए बहुत घनी थी। गुरुत्वाकर्षण ने कम घने, मैग्नीशियम युक्त मेंटल के माध्यम से इसे कम्युलेट ओवरटर्न नामक प्रक्रिया में नीचे की ओर खींचा। जैसे ही यह चंद्रमा के आंतरिक भाग के गर्म क्षेत्रों में डूबा, IBC परत पिघलनी शुरू हो गई। इसके द्वारा उत्पादित टाइटेनियम-समृद्ध आंशिक पिघल को व्यापक रूप से चंद्रमा के टाइटेनियम-समृद्ध बेसाल्ट का स्रोत माना जाता है – लेकिन सटीक तंत्र पर विवाद बना हुआ है।
जब शोधकर्ताओं ने पहले प्रयोगशाला में IBC चट्टानों को पिघलाने की कोशिश की, तो परिणामी तरल पदार्थ चंद्रमा की सतह पर बेसाल्ट से मेल नहीं खाते थे: या तो उनमें पर्याप्त मैग्नीशियम नहीं था या वे लावा के रूप में उभरने और फूटने के लिए बहुत घने थे। नए अध्ययन के लेखक लापता लिंक को खोजने के लिए निकल पड़े।
उन्होंने आईआईटी खड़गपुर में एक पिस्टन-सिलेंडर उपकरण का उपयोग किया, जो 3 गीगापास्कल (जीपीए) दबाव – चंद्रमा के अंदर 700 किमी से कम गहराई के बराबर – और 1,500 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक दबाव डालने में सक्षम है।
टीम ने प्रयोगों के दो सेट डिज़ाइन किए। एक सेट में, उन्होंने सैन कार्लोस ओलिविन की एक परत के ऊपर सिंथेटिक आईबीसी परत की एक पतली परत रखी, जो पृथ्वी पर एक खनिज है जो चंद्रमा के मैग्नीशियम युक्त मेंटल के लिए एक अच्छा प्रॉक्सी है, एक कैप्सूल के अंदर और इसे 1-3 जीपीए के दबाव और 1,075-1,500 डिग्री सेल्सियस के तापमान के अधीन रखा। इस सेटअप ने उस स्थान की नकल की जहां एक डूबती हुई IBC परत मेंटल के संपर्क में आती है। अन्य प्रकार के प्रयोगों में, टीम ने धीमी गति से उतरने या चढ़ने के दौरान रासायनिक संपर्क का अनुकरण करते हुए, समान परिस्थितियों में रखने से पहले दो सामग्रियों को एक साथ मिश्रित किया।
‘महत्वपूर्ण प्रगति’
परीक्षणों के परिणामों से पता चला कि टाइटेनियम से भरपूर बेसाल्ट एक जटिल प्रक्रिया में बनाए गए थे जिसमें प्रतिक्रिया और मिश्रण दोनों शामिल थे।
पहले प्रकार के प्रयोगों में 9-19% टाइटेनियम डाइऑक्साइड वाले पिघल उत्पन्न हुए, लेकिन उनमें मैग्नीशियम ऑक्साइड की मात्रा बहुत कम थी, जो वही विसंगति है जो पुराने अध्ययनों में सामने आई थी। दूसरी ओर, मिश्रित प्रयोगों से बेसाल्ट का उत्पादन हुआ जिसमें मैग्नीशियम की मात्रा बहुत अधिक और टाइटेनियम की मात्रा बहुत कम थी।
प्रोफेसर घोष ने कहा, “आईआईटी खड़गपुर, पीआरएल अहमदाबाद और अन्य इसरो केंद्रों सहित भारतीय प्रयोगशालाओं ने हाल के वर्षों में महत्वपूर्ण प्रगति की है।” “हमारा अध्ययन दर्शाता है कि ग्रहों की आंतरिक संरचना से संबंधित उच्च दबाव वाले प्रायोगिक कार्य अब पूरी तरह से भारत के भीतर ही किए जा सकते हैं, जो ग्रह विज्ञान में स्वदेशी क्षमता के निर्माण की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।”
जब टीम ने कंप्यूटर पर इन प्रक्रियाओं और परिणामों के संयोजन का अनुकरण किया, तो उन्होंने पाया कि कुछ पिघली हुई चट्टानें सीधे ऊपर उठ सकती थीं और मध्यम मात्रा में टाइटेनियम के साथ फूट सकती थीं। हालाँकि, टाइटेनियम से भरपूर वे चट्टानें चंद्रमा के अंदर गहराई में फंस सकती थीं। बाद में, नीचे से उठने वाला ताजा मैग्मा इन फंसे हुए पॉकेटों के साथ मिश्रित हो सकता था और संयुक्त पिघला हुआ द्रव्यमान टाइटेनियम से भरपूर लावा के रूप में फूट सकता था।
पिघलने का भंडार
अध्ययन के अनुसार, यह दो-चरण वाला मॉडल चंद्रमा के उच्च-टाइटेनियम बेसाल्ट में देखी गई मैग्नीशियम, टाइटेनियम, सिलिकॉन और लौह सामग्री को सफलतापूर्वक पुन: पेश कर सकता है, लेकिन एल्यूमीनियम ऑक्साइड और कैल्शियम ऑक्साइड को कम करके आंका जा सकता है।
मॉडल यह भी बता सकता है कि टाइटेनियम की उच्च मात्रा वाली ज्वालामुखीय गतिविधि चंद्रमा के प्रारंभिक काल तक सीमित रहने के बजाय चंद्रमा के भूवैज्ञानिक इतिहास में क्यों जारी रही: क्योंकि प्राकृतिक उपग्रह के आंतरिक भाग में अरबों वर्षों से टाइटेनियम युक्त पिघले हुए पदार्थों का भंडार था, जो उन्हें सतह पर लाने के लिए सही परिस्थितियों की प्रतीक्षा कर रहा था।
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