সৌরজগতের প্রান্তসীমায় আছে পানির বিশাল মজুত, প্রমাণ পেলেন বিজ্ঞানীরা

সৌরজগতের প্রান্তসীমায় নেপচুনের কক্ষপথের বাইরে অবস্থিত কুইপার বেল্টে বিপুল পরিমাণ পানির অস্তিত্বের প্রমাণ পেয়েছেন বিজ্ঞানীরা। পৃথিবীতে আসা মহাজাগতিক ধূলিকণার মধ্যে কয়েক শ কোটি বছর আগের পানির রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য শনাক্ত করে তাঁরা এ প্রমাণ পেয়েছেন।

গবেষণায় দেখা গেছে, ওই পানির গঠন পৃথিবীর পানি কিংবা সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলে পাওয়া পানির তুলনায় আলাদা। এর মাধ্যমে সৌরজগতের প্রাথমিক পর্যায়ে বাইরের অঞ্চলে থাকা একটি পৃথক ও প্রায় বিচ্ছিন্ন পানির ভান্ডারের অস্তিত্ব সম্পর্কে নতুন তথ্য পাওয়া গেছে।

পৃথিবীর উপরিভাগের অধিকাংশ পানি দিয়ে ঢাকা থাকলেও সৌরজগতের সামগ্রিক পানির পরিমাণের তুলনায় তা সামান্য। বৃহৎ গ্রহগুলোর বহু উপগ্রহে বিপুল পরিমাণ পানি বরফ হিসেবে জমাট অবস্থায় রয়েছে। বিশেষ করে সূর্য থেকে অনেক দূরে অবস্থিত সৌরজগতের বাইরের অঞ্চলগুলোতে বরফের আধিক্য রয়েছে। নেপচুনের কক্ষপথের বাইরে বিস্তৃত কুইপার বেল্টে আনুমানিক কয়েক মিলিয়ন বরফাচ্ছাদিত বস্তু রয়েছে বলে ধারণা করা হয়। এসব বস্তুর মধ্যে বিপুল পরিমাণ পানি সঞ্চিত থাকতে পারে।

নাসার জনসন স্পেস সেন্টারের গ্রহবিজ্ঞানী লিন্ডসে কেলারের নেতৃত্বে পরিচালিত গবেষণায় কুইপার বেল্ট থেকে আসা ১২টি ক্ষুদ্র ধূলিকণা বিশ্লেষণ করা হয়। প্রতিটি ধূলিকণার আকার ছিল ১০ থেকে ৩০ মাইক্রোমিটার। নাসার উচ্চ উচ্চতায় উড্ডয়নক্ষম উড়োজাহাজের মাধ্যমে পৃথিবীর স্ট্র্যাটোস্ফিয়ার বা সমতাপমণ্ডল থেকে সংগ্রহ করা উপাদানের মধ্যে এসব ধূলিকণার সন্ধান পাওয়া যায়।

গবেষকদের মতে, ধূলিকণাগুলোর মধ্যে এমন কিছু খনিজের অস্তিত্ব পাওয়া গেছে, যেগুলো একসময় তরল পানির সঙ্গে রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে তৈরি হয়েছিল। এসব খনিজের মধ্যে প্রাচীন পানির অক্সিজেন আইসোটোপের চিহ্ন এখনো সংরক্ষিত রয়েছে। আইসোটোপ বিশ্লেষণে দেখা গেছে, ওই পানিতে ভারী অক্সিজেনের পরিমাণ ছিল অস্বাভাবিক বেশি। এই বৈশিষ্ট্য সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলের পানি থেকে আলাদা।

গবেষণাটিতে বলা হয়েছে, গ্যাসীয় দৈত্যাকার গ্রহগুলোর কক্ষপথের বাইরে ভারী পানি বা হেভি ওয়াটারের একটি বড় ভান্ডার ছিল। সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলের পদার্থের সঙ্গে এই পানির ভান্ডারের মিশ্রণ খুব সামান্য ঘটেছিল। ফলে এর আদি রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য দীর্ঘ সময় ধরে অক্ষুণ্ন ছিল।

কুইপার বেল্ট সূর্য থেকে প্রায় ৩০ জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক একক দূরে অবস্থিত। অর্থাৎ, পৃথিবী থেকে সূর্যের দূরত্বের প্রায় ৩০ গুণ দূরে এর অবস্থান। সৌরজগতের এই শীতল ও অন্ধকারাচ্ছন্ন অঞ্চলে এখন পর্যন্ত মানুষের তৈরি খুব অল্প কয়েকটি মহাকাশযান পৌঁছাতে পেরেছে। সেখানে কোনো অনুসন্ধানী যান অবতরণ করানো কিংবা নমুনা সংগ্রহ করে পৃথিবীতে ফিরিয়ে আনা প্রযুক্তিগতভাবে অত্যন্ত কঠিন ও ব্যয়বহুল। এ কারণে সরাসরি কুইপার বেল্টের বস্তু পরীক্ষা করা এখনো বড় চ্যালেঞ্জ।

বিজ্ঞানীদের ধারণা, কুইপার বেল্টের বরফ ও পাথরের খণ্ডগুলো সৌরজগতের প্রাথমিক সময়ের সবচেয়ে কম পরিবর্তিত অবশেষগুলোর অন্যতম। প্রায় ৪৫০ কোটি বছর আগে সূর্যকে ঘিরে থাকা আদিম গ্যাস ও ধূলিকণার মেঘ থেকে সৌরজগতের সৃষ্টি হওয়ার পর থেকে এসব বস্তু তুলনামূলকভাবে অপরিবর্তিত অবস্থায় রয়েছে।

তবে কুইপার বেল্টের সব বস্তু যে সেখানেই থেকে যায়, তা নয়। সৌরজগতজুড়ে বিপুল পরিমাণ মহাজাগতিক ধূলিকণা ছড়িয়ে রয়েছে। প্রতিবছর আনুমানিক ৫ হাজার ২০০ মেট্রিক টন এসব ধূলিকণা পৃথিবীতে এসে পড়ে। এর একটি অংশ সৌরজগতের অনেক দূরবর্তী অঞ্চল থেকে দীর্ঘ পথ পাড়ি দিয়ে পৃথিবীতে পৌঁছায়।

কিন্তু পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের ওপরের স্তর থেকে সংগৃহীত কোনো ধূলিকণা যে নেপচুনের কক্ষপথের বাইরের কুইপার বেল্ট থেকে এসেছে, তা শনাক্ত করা সহজ নয়। এ ক্ষেত্রে বিজ্ঞানীরা ধূলিকণার মধ্যে থাকা বিকিরণজনিত ক্ষতচিহ্ন বিশ্লেষণ করেন।

আন্তঃগ্রহীয় মহাকাশে সূর্যের শক্তিশালী বিকিরণ থেকে সুরক্ষার জন্য কোনো বায়ুমণ্ডলীয় আবরণ নেই। ফলে সূর্য থেকে নির্গত উচ্চশক্তির কণা মহাকাশে ভেসে বেড়ানো ধূলিকণার ওপর প্রভাব ফেলে। এসব কণা ধূলিকণার মধ্য দিয়ে অতিক্রম করার সময় খনিজের স্ফটিক কাঠামোর পরমাণুগুলোকে সামান্য স্থানচ্যুত করে। এর ফলে ধূলিকণার মধ্যে বিশেষ ধরনের রেখা বা ক্ষতচিহ্ন তৈরি হয়। এই প্রক্রিয়া অনেকটা ক্লাউড চেম্বারে চার্জযুক্ত কণার চলার পথে তৈরি হওয়া রেখার মতো হলেও দুটি প্রক্রিয়ার কার্যপদ্ধতি আলাদা।

কোনো খনিজে এ ধরনের ক্ষতচিহ্নের সংখ্যা যত বেশি হয়, সেটি আন্তঃগ্রহীয় মহাকাশে তত বেশি সময় কাটিয়েছে বলে ধারণা করা যায়। এ ছাড়া সূর্যের আলো ধূলিকণার ওপর সামান্য টান সৃষ্টি করে। এই প্রভাবকে পয়েন্টিং-রবার্টসন ইফেক্ট বলা হয়। এর ফলে ধূলিকণাগুলো ধীরে ধীরে শক্তি হারিয়ে সর্পিল পথে সূর্যের দিকে এগিয়ে আসে। বিজ্ঞানীরা ক্ষতচিহ্নের ঘনত্ব বিশ্লেষণ করে কোনো ধূলিকণা সৌরজগতের দূরবর্তী অঞ্চল থেকে আসার মতো দীর্ঘ সময় মহাকাশে ছিল কি না, তা নির্ণয় করতে পারেন।

কেলার ও তাঁর দলের শনাক্ত করা ১২টি ধূলিকণায় বিকিরণজনিত ক্ষতচিহ্নের ঘনত্ব গ্রহাণু বলয় কিংবা বৃহস্পতির পরিবারভুক্ত ধূমকেতু থেকে আসা ধূলিকণার ক্ষেত্রে প্রত্যাশিত ঘনত্বের তুলনায় প্রায় ১০০ গুণ বেশি ছিল। গবেষকদের মতে, এই বৈশিষ্ট্য ধূলিকণাগুলোর উৎপত্তি সৌরজগতের আরও দূরবর্তী অঞ্চলে হওয়ার ইঙ্গিত দেয়। এমনকি এগুলোর উৎস কুইপার বেল্টও হতে পারে।

ধূলিকণাগুলোর রাসায়নিক ও খনিজ গঠন বিশ্লেষণ করেও এর পক্ষে প্রমাণ পাওয়া গেছে। এগুলোতে কার্বনের পরিমাণ ছিল অত্যন্ত বেশি। নির্দিষ্ট কিছু কার্বনসমৃদ্ধ উল্কাপিণ্ডের তুলনায় এসব ধূলিকণায় কার্বনের পরিমাণ প্রায় চার গুণ। এটি নির্দেশ করে, ধূলিকণাগুলো সূর্য থেকে অনেক দূরে ভিন্ন পরিবেশে সৃষ্টি হয়েছিল।

তবে গবেষণার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সূত্র পাওয়া যায় ধূলিকণার মধ্যে থাকা কাদামাটিজাতীয় খনিজ থেকে। এসব ধূলিকণার অনেকগুলোতে স্যাপোনাইট ও সার্পেন্টাইন নামের খনিজ পাওয়া গেছে। পাশাপাশি ছিল আরও কিছু জলযোজিত খনিজ। পানি অন্য খনিজের সঙ্গে রাসায়নিক বিক্রিয়া করলে এসব খনিজ তৈরি হয় এবং এর ফলে সংশ্লিষ্ট খনিজের রাসায়নিক গঠন পরিবর্তিত হয়।

এ থেকে গবেষকেরা ধারণা করেন, বহু আগে যেসব মূল বরফ ও পাথুরে বস্তু থেকে ধূলিকণাগুলোর উৎপত্তি, সেগুলোর অভ্যন্তরে একসময় তরল পানির অস্তিত্ব ছিল। বর্তমানে কুইপার বেল্ট হিমশীতল হলেও অতীতে তেজস্ক্রিয় পদার্থের ক্ষয় কিংবা বিভিন্ন বস্তুর সংঘর্ষে সৃষ্ট তাপ এসব বস্তুর অভ্যন্তরকে উষ্ণ করে তুলতে পারে। এর ফলে বরফ গলে তরল পানিতে পরিণত হয় এবং সেই পানি আশপাশের পাথুরে খনিজের সঙ্গে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নেয়।

সেই পানি দীর্ঘ আগেই হারিয়ে গেছে। তবে পানির অণুর অংশ হিসেবে থাকা কিছু অক্সিজেন খনিজগুলোর মধ্যে রয়ে গেছে। বিজ্ঞানীরা এই অক্সিজেনের আইসোটোপ বিশ্লেষণ করে প্রাচীন পানির বৈশিষ্ট্য শনাক্ত করেছেন।

অক্সিজেনের বিভিন্ন আইসোটোপের মধ্যে সবচেয়ে প্রচলিত হলো অক্সিজেন-১৬। এর নিউক্লিয়াসে আটটি প্রোটন ও আটটি নিউট্রন রয়েছে। এ ছাড়া প্রকৃতিতে স্থিতিশীল অবস্থায় আরও দুটি ভারী আইসোটোপ পাওয়া যায়। অক্সিজেন-১৭-এর নিউক্লিয়াসে আটটি প্রোটন ও নয়টি নিউট্রন এবং অক্সিজেন-১৮-এর নিউক্লিয়াসে আটটি প্রোটন ও ১০টি নিউট্রন রয়েছে।

কোনো পদার্থ কোথায় এবং কীভাবে সৃষ্টি হয়েছে, তার ওপর নির্ভর করে এসব আইসোটোপের অনুপাত ভিন্ন হতে পারে। ফলে আইসোটোপের অনুপাত কোনো পদার্থের উৎপত্তি ও অতীত ইতিহাসের রাসায়নিক পরিচয় বহন করে।

কেলার ও তাঁর সহকর্মীরা ধূলিকণাগুলোর অক্সিজেন আইসোটোপ পরিমাপ করে ভারী অক্সিজেন আইসোটোপের অস্বাভাবিক আধিক্য দেখতে পান। পরে জলযোজিত খনিজগুলো যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে তৈরি হয়েছিল, তা পুনর্গঠন করে তাঁরা সংশ্লিষ্ট পানির সম্ভাব্য আইসোটোপিক গঠন নির্ণয় করেন।

বিশ্লেষণে দেখা যায়, খনিজগুলো এমন পানি থেকে ভারী অক্সিজেন আইসোটোপ পেয়েছিল, যাতে এই আইসোটোপগুলোর পরিমাণ ছিল অস্বাভাবিক বেশি। এর মাধ্যমে কয়েক শ কোটি বছর আগে সৌরজগতের বাইরের অঞ্চলে থাকা আদিম পানির একটি রাসায়নিক স্বাক্ষর শনাক্ত করা সম্ভব হয়েছে।

এই পানির আইসোটোপিক বৈশিষ্ট্য কার্বনসমৃদ্ধ উল্কাপিণ্ড থেকে অনুমান করা পানির বৈশিষ্ট্যের তুলনায় স্পষ্টতই আলাদা। ওই উল্কাপিণ্ডগুলো সৌরজগতের প্রাথমিক পর্যায়ের অন্য অঞ্চলে সৃষ্টি হয়েছিল। গবেষকদের মতে, এই পার্থক্য প্রমাণ করে যে কুইপার বেল্টের পানি ছিল আলাদা একটি ভান্ডারের অংশ। সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলে পদার্থের মিশ্রণ ও রাসায়নিক পরিবর্তন ঘটলেও বাইরের এই পানির ভান্ডার দীর্ঘদিন প্রায় বিচ্ছিন্ন ছিল।

এই বিচ্ছিন্নতা বজায় রাখার ক্ষেত্রে বৃহৎ গ্রহগুলোর ভূমিকা ছিল বলে মনে করছেন বিজ্ঞানীরা। বিশেষ করে শনির ভূমিকা নিয়ে গবেষকদের ধারণা রয়েছে।

প্রাথমিক সৌরজগতের বিভিন্ন মডেল অনুযায়ী, নবীন সূর্যকে ঘিরে থাকা গ্যাস ও ধূলিকণার চাকতিতে শনি গ্রহ একটি উচ্চচাপের অঞ্চল বা ‘প্রেশার বাম্প’ তৈরি করে থাকতে পারে। এর ফলে চাকতির ভেতরের পদার্থের সূর্যের দিকে সরে যাওয়ার গতি কমে যেত, এমনকি কোনো কোনো ক্ষেত্রে সেই প্রবাহ পুরোপুরি বন্ধ হয়ে যেতে পারত।

গবেষকদের ধারণা, শনির পাশাপাশি সৌরজগতের বরফাচ্ছাদিত বৃহৎ গ্রহগুলোও বাইরের অঞ্চলের পানির ভান্ডারকে সূর্যের কাছাকাছি অঞ্চলের পদার্থের সঙ্গে মিশে যাওয়া থেকে রক্ষা করতে ভূমিকা রেখেছিল। এর ফলে ওই পানির স্বতন্ত্র আইসোটোপিক বৈশিষ্ট্য দীর্ঘদিন সংরক্ষিত থাকতে পারে।

সৌরজগতের প্রাথমিক পর্যায়ে ভারী অক্সিজেনসমৃদ্ধ পানির এমন একটি পৃথক ভান্ডারের অস্তিত্ব ছিল বলে বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে ধারণা করে আসছিলেন। তবে এত দিন এর পক্ষে নির্ভরযোগ্য প্রমাণ পাওয়া কঠিন ছিল। গবেষণার জন্য পাওয়া অধিকাংশ উল্কাপিণ্ডই সৌরজগতের এমন অঞ্চল থেকে এসেছে, যেখানে পদার্থের ব্যাপক মিশ্রণ ও রাসায়নিক পরিবর্তনের কারণে পানির আদি আইসোটোপিক বৈশিষ্ট্য অনেকটাই হারিয়ে গেছে।

নতুন গবেষণায় পাওয়া প্রমাণ বলছে, সৌরজগতের সেই আদিম পানির অস্তিত্বের চিহ্ন হয়তো এত দিন পৃথিবীর কাছেই ভেসে বেড়াচ্ছিল।

গবেষকদের মতে, মাত্র ১২টি ধূলিকণা বিশ্লেষণ করেই এমন গুরুত্বপূর্ণ তথ্য পাওয়া সম্ভব হয়েছে। তবে বিষয়টির গুরুত্ব বুঝতে হলে ধূলিকণাগুলোর উৎপত্তিস্থল থেকে পৃথিবীতে পৌঁছানোর দীর্ঘ পথ এবং সেগুলো সংগ্রহের প্রক্রিয়া বিবেচনায় নিতে হবে।

এর আগে ২০২২ সালে প্রকাশিত এক গবেষণাপত্রে লিন্ডসে কেলার ও স্টেট ইউনিভার্সিটি অব নিউইয়র্কের সহগবেষক জর্জ ফ্লিন অনুমান করেছিলেন, সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ অঞ্চলে প্রবেশ করা আন্তঃগ্রহীয় ধূলিকণার প্রায় এক-চতুর্থাংশ কুইপার বেল্ট থেকে আসতে পারে।

বিজ্ঞানীদের ধারণা, মহাকাশ থেকে প্রতিনিয়ত পৃথিবীতে ঝরে পড়া মহাজাগতিক ধূলিকণার মধ্যে সৌরজগতের জন্মলগ্নের ইতিহাস বহনকারী আরও অসংখ্য ক্ষুদ্র খণ্ড রয়েছে। দীর্ঘ মহাজাগতিক যাত্রার ক্ষতচিহ্ন বুকে নিয়ে এসব ধূলিকণা কয়েক শ কোটি বছরের পুরোনো রাসায়নিক রহস্য সংরক্ষণ করে চলেছে। সেগুলোর কোনো কোনোটি শেষ পর্যন্ত এসে জমা হচ্ছে পৃথিবীর বাড়িঘরের ছাদের নালায়।

এই গবেষণা সৌরজগতের বাইরের অঞ্চলে পানির উৎপত্তি, রাসায়নিক গঠন এবং বিবর্তন সম্পর্কে নতুন ধারণা দিয়েছে। বিশেষ করে কুইপার বেল্টের মতো দূরবর্তী অঞ্চলের বরফ ও পাথুরে বস্তু সরাসরি পরীক্ষা করা কঠিন হলেও পৃথিবীতে আসা মহাজাগতিক ধূলিকণা বিশ্লেষণের মাধ্যমে সেসব অঞ্চলের অতীত সম্পর্কে গুরুত্বপূর্ণ তথ্য পাওয়া সম্ভব বলে গবেষণাটি দেখিয়েছে।

তথ্যসূত্র: সায়েন্স অ্যাডভার্স জার্নালে প্রকাশিত গবেষণাপত্র থেকে সংবাদ হিসেবে প্রকাশ করেছে সায়েন্সঅ্যালার্ট