Spatially resolved observations of Mercury’s potassium and sodium exospheres with the Haleakala T60 Telescope

बुध, हमारे सौर मंडल का सबसे छोटा और सबसे आंतरिक ग्रह, चरम सीमाओं की एक दुनिया है। यह एक झुलसा हुआ, वायुहीन चट्टानी पिंड है जो किसी भी अन्य ग्रह की तुलना में सूर्य के अधिक निकट परिक्रमा करता है। फिर भी, एक वास्तविक वायुमंडल के अभाव के बावजूद, बुध एक विरल, काल्पनिक गैस की परत से घिरा हुआ है जिसे एक्सोस्फीयर (exosphere) कहा जाता है। यह सांस लेने योग्य या महसूस की जाने वाली हवा की चादर नहीं है; यह व्यक्तिगत परमाणुओं का एक विरल संग्रह है जिन्हें सौर पवन, सूक्ष्म उल्कापिंडों और सूर्य के प्रकाश के निरंतर प्रहार द्वारा ग्रह की सतह से बाहर फेंका गया है। ये परमाणु सतह के ऊपर ऊंचे चापों में यात्रा करते हैं और फिर या तो अंतरिक्ष में निकल जाते हैं, आयनित हो जाते हैं, या वापस जमीन पर गिर जाते हैं। इन परमाणुओं में सबसे प्रचुर और दृश्यमान परमाणुओं में सोडियम और पोटेशियम शामिल हैं। दोनों ही क्षारीय धातुएं हैं, जो रासायनिक रूप से उस नमक के समान हैं जिसका हम अपने रसोई घरों में उपयोग करते हैं, और दोनों सूर्य के प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया करने पर एक विशिष्ट, मंद प्रकाश के साथ चमकते हैं। दशकों से, खगोलविदों ने यह समझने के लिए इन चमकते निशानों पर नज़र रखी है कि बुध की सतह अंतरिक्ष के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है, लेकिन इन दो तत्वों के एक साथ व्यवहार करने का एक पूर्ण चित्र अभी भी मायावी बना हुआ है।

2025 में, जापान के टोहोकु विश्वविद्यालय के मसाटो कागितानी के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने हवाई के हालेआकला (Haleakalā) की ढलानों पर स्थित एक विशेष दूरबीन का उपयोग करके इस समस्या पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया। उन्होंने ग्रह के एक्सोस्फीयर की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया, जिसका लक्ष्य यह मानचित्रण करना था कि सोडियम और पोटेशियम परमाणु वास्तव में कहाँ स्थित थे और बुध के अपनी कक्षा में आगे बढ़ने के साथ उनके वितरण में कैसे परिवर्तन आया। टीम ने एक 60 सेंटीमीटर की दूरबीन का उपयोग किया जो उन्नत तकनीक से लैस थी जो वास्तविक समय में पृथ्वी के अपने वायुमंडल के धुंधलेपन के प्रभावों को ठीक कर सकती थी। इसने उन्हें अभूतपूर्व स्पष्टता के साथ ग्रह को देखने की अनुमति दी। उन्होंने केवल एक तस्वीर नहीं ली; इसके बजाय, उन्होंने ग्रह की छवि को सैकड़ों छोटे टुकड़ों में विभाजित किया, जिसमें प्रत्येक टुकड़े में सोडियम और पोटेशियम द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के विशिष्ट रंगों को कैप्चर किया गया। इस तकनीक ने ग्रह के चारों ओर मौजूद गैस का एक विस्तृत, द्वि-आयामी मानचित्र तैयार किया, जिससे यह पता चला कि परमाणु कहाँ केंद्रित थे और कहाँ विरल थे।

इन अवलोकनों के परिणामों ने दोनों तत्वों के बीच एक चौंकाने वाला अंतर प्रकट किया। जबकि सोडियम और पोटेशियम रासायनिक रूप से समान हैं और अक्सर एक साथ चलते हुए माने जाते हैं, वे हमेशा एक ही स्थानों पर नहीं रहे। सोडियम परमाणु एक विस्तृत क्षेत्र में फैलने की प्रवृत्ति रखते थे, जो ग्रह के उत्तर और दक्षिण ध्रुवों की ओर ऊपर तक पहुँचते थे। इसके विपरीत, पोटेशियम परमाणु ज्यादातर भूमध्य रेखा के करीब रहे, सूर्य की ओर वाले ग्रह के हिस्से के पास केंद्रित रहे। यह अलगाव कई अलग-अलग अवलोकन तिथियों में सुसंगत था, भले ही शोधकर्ताओं को अपने उपकरणों की सीमाओं के कारण दोनों तत्वों का अवलोकन थोड़े अलग दिनों पर करना पड़ा था। उनका अलग-अलग क्षेत्रों में बने रहना यह सुझाव देता है कि उनके आंदोलन को नियंत्रित करने वाली भौतिक प्रक्रियाएं एक जैसी नहीं हैं। भारी पोटेशियम परमाणु संभवतः सतह से फेंके जाने के बाद छोटे, तंग रास्तों का अनुसरण करते हैं, जबकि हल्के सोडियम परमाणु अधिक दूरी तय करते हैं और ऊंचे जाते हैं, जिससे वे एक व्यापक क्षेत्र में फैल जाते हैं।

अध्ययन ने यह भी देखा कि बुध पर दिन के समय और ग्रह अपनी कक्षा में कहाँ है, इसके आधार पर गैस की मात्रा कैसे बदलती है। जब शोधकर्ताओं ने शाम की ओर वाले हिस्से (डस्क साइड) की तुलना सुबह की ओर वाले हिस्से (डॉन साइड) से की, तो उन्होंने सोडियम के लिए एक स्पष्ट अंतर पाया। शाम की ओर वाले हिस्से में सुबह की तुलना में लगभग बीस प्रतिशत अधिक सोडियम था। यह इस विचार का समर्थन करता है कि सोडियम परमाणुओं को रात के दौरान ठंडी सतह की मिट्टी में अस्थायी रूप से संग्रहीत किया जा सकता है और फिर सूर्य के उदय होने पर फिर से छोड़ा जा सकता है। हालांकि, पोटेशियम ने सुबह और शाम के बीचों-बीच कोई ऐसा अंतर नहीं दिखाया। पोटेशियम की मात्रा दिन के समय के बावजूद लगभग समान रही, जो यह सुझाव देती है कि यह उसी तरह से फंसता और मुक्त नहीं होता है। इसके अलावा, बुध के अपने वर्ष के माध्यम से आगे बढ़ने के साथ सोडियम और पोटेशियम की कुल मात्रा में महत्वपूर्ण बदलाव आया। अपनी कक्षा में एक बिंदु पर, शोधकर्ता पर्याप्त पोटेशियम का पता लगा सके, लेकिन कुछ महीनों बाद, जब ग्रह एक अलग स्थिति में था, तो पोटेशियम इतना धुंधला हो गया कि वह मुश्किल से पता लगाने योग्य रह गया, जबकि सोडियम दृश्यमान बना रहा।

ये निष्कर्ष बुध के वातावरण को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण नया हिस्सा प्रदान करते हैं। तथ्य यह है कि सोडियम और पोटेशियम, अपनी रासायनिक समानता के बावजूद, इतने अलग व्यवहार करते हैं, यह दर्शाता है कि उनके निकलने, गति करने और खो जाने को नियंत्रित करने वाले तंत्र जटिल और प्रत्येक तत्व के लिए विशिष्ट हैं। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि उनके जमीनी माप भविष्य के अध्ययनों के लिए एक महत्वपूर्ण संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करते हैं, विशेष रूप से उन अध्ययनों के लिए जो वर्तमान में ग्रह की कक्षा में घूम रहे यूरोपीय और जापानी अंतरिक्ष एजेंसियों के एक संयुक्त मिशन, बेपीकोलोम्बो (BepiColombo) अंतरिक्ष यान द्वारा किए जा रहे हैं। अपने विस्तृत मानचित्रों की तुलना अंतरिक्ष यान के डेटा से करके, वैज्ञानिक एक पूर्ण मॉडल बनाने की आशा करते हैं कि बुध की सतह अपने वायुमंडल में कैसे सांस लेती और छोड़ती है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि एक्सोस्फीयर एक समान बादल नहीं है बल्कि एक गतिशील, परिवर्तनशील परिदृश्य है जहाँ विभिन्न तत्व अलग-अलग नियमों के तहत चलते हैं, जो आंतरिक सौर मंडल की तीव्र और परिवर्तनशील स्थितियों द्वारा संचालित होते हैं।