खगोल-जीवविज्ञान: क्या पृथ्वी के बाहर जीवन है?

खगोल-जीवविज्ञान क्या है और जीवन को क्या चाहिए?

खगोल-जीवविज्ञान ब्रह्मांड में जीवन का अध्ययन है: पृथ्वी पर जीवन कैसे शुरू हुआ, और कहाँ हो सकता है, और उसे कैसे खोजें। इसमें खगोलशास्त्र, जीवविज्ञान, रसायन और भूविज्ञान मिलते हैं।

हमारे जाने हुए हर जीवन को तीन चीज़ें चाहिए:

• द्रव पानी: इसमें रसायन घुलकर मिलते और क्रिया करते हैं।
• ऊर्जा: सूर्य का प्रकाश, या चट्टानों और गरम झरनों से रासायनिक ऊर्जा।
• कार्बन वाले रसायन: कार्बन लंबी शृंखलाएँ और छल्ले बनाता है, जो प्रोटीन और DNA का ढाँचा हैं।

चरमजीवी (extremophiles) वे सूक्ष्मजीव हैं जो पृथ्वी की कठोर जगहों में रहते हैं: खौलते झरने, अम्लीय झीलें, गहरी बर्फ़, बिना रोशनी के समुद्र-तल के गरम छिद्र। ये दिखाते हैं कि जीवन बहुत मुश्किल हालात में भी टिक सकता है।

वासयोग्य क्षेत्र

वासयोग्य क्षेत्र (habitable zone या गोल्डीलॉक्स ज़ोन) तारे के चारों ओर दूरी की वह पट्टी है जहाँ वायुमंडल वाले ग्रह की सतह पर पानी द्रव रह सके।

• इसके अंदर: बहुत ज़्यादा रोशनी, पानी उबलकर उड़ जाता है (जैसे शुक्र)।
• इसके बाहर: बहुत कम रोशनी, पानी जम जाता है (जैसे आज का मंगल)।

यह क्षेत्र तारे पर निर्भर है। छोटा, ठंडा लाल बौना तारा कम रोशनी देता है, इसलिए उसका क्षेत्र बहुत पास है। बड़ा, गरम तारा ज़्यादा रोशनी देता है, इसलिए क्षेत्र दूर है। सूर्य का क्षेत्र लगभग 0.95 से 1.7 AU है (1 AU = पृथ्वी-सूर्य दूरी, लगभग 15 करोड़ km)।

सिर्फ़ क्षेत्र में होना काफ़ी नहीं

ग्रह का आकार ठीक होना चाहिए (वायुमंडल रोकने लायक गुरुत्व), रक्षा करने वाला चुंबकीय क्षेत्र और स्थिर तारा भी चाहिए। लाल बौनों के पास के ग्रहों पर तेज़ ज्वालाएँ (flares) पड़ सकती हैं। बहुत गरम तारे कुछ लाख साल ही जीते हैं, जो जीवन बनने के लिए बहुत कम है।

हम कहाँ खोज रहे हैं? मंगल, बर्फ़ीले उपग्रह और बाह्य ग्रह

मंगल

आज मंगल ठंडा और सूखा है, हवा बहुत पतली है। पर सूखी नदी-घाटियाँ और मिट्टी के खनिज बताते हैं कि अरबों साल पहले वहाँ द्रव पानी था। रोवर चट्टानें खोदकर पुराने सूक्ष्मजीवों के रासायनिक निशान ढूँढते हैं। सतह के नीचे बर्फ़ है। भविष्य में मनुष्यों की बस्ती (उपनिवेश) के विचार के सामने बड़ी मुश्किलें हैं: विकिरण, ठंड, कम दाब और साँस लेने लायक हवा का न होना।

बर्फ़ीले उपग्रह

यूरोपा (बृहस्पति का उपग्रह) और एन्सेलेडस (शनि का उपग्रह) में मोटी बर्फ़ के नीचे खारे पानी के महासागर हैं। बड़े ग्रह का ज्वारीय खिंचाव उन्हें गरम रखता है। एन्सेलेडस अंतरिक्ष में पानी की धाराएँ छोड़ता है जिनमें लवण और कार्बन यौगिक हैं। टाइटन (शनि) पर द्रव मीथेन की झीलें हैं।

बाह्य ग्रह (exoplanets)

बाह्य ग्रह किसी दूसरे तारे की परिक्रमा करने वाला ग्रह है। 5,000 से ज़्यादा मिल चुके हैं। मुख्य विधियाँ:

• पारगमन विधि: ग्रह तारे के सामने से गुज़रे तो तारा बार-बार थोड़ा धुँधला होता है।
• त्रिज्य वेग (डगमगाहट) विधि: ग्रह का खिंचाव तारे को डगमगाता है; उसका प्रकाश थोड़ा नीला-लाल खिसकता है।
• सीधी तस्वीर (कम, बड़े और दूर के ग्रहों के लिए)।

अंतरिक्ष दूरबीनें बाह्य ग्रह की हवा से गुज़रे प्रकाश में जैव-संकेत (biosignatures) ढूँढती हैं: ऑक्सीजन, ओज़ोन और मीथेन जैसी गैसें एक साथ, जिन्हें पृथ्वी पर जीव बनाते हैं।

ड्रेक समीकरण, SETI, फ़र्मी विरोधाभास और मानव-केंद्री सिद्धांत

ड्रेक समीकरण (1961) एक बड़े सवाल को छोटे अनुमानों में तोड़ता है:

N = R* × f_p × n_e × f_l × f_i × f_c × L

• R*: हमारी आकाशगंगा में हर साल बनने वाले नए तारे
• f_p: ग्रहों वाले तारों का भाग; n_e: ऐसे तंत्र में रहने लायक ग्रह
• f_l: जहाँ जीवन शुरू हो; f_i: जहाँ बुद्धि विकसित हो; f_c: जहाँ वे संकेत भेजें
• L: ऐसी सभ्यता कितने साल संकेत भेजती रहे

पहले पद अब अच्छी तरह मापे गए हैं; आख़िरी पद अज्ञात हैं, इसलिए उत्तर एक से कम से लाखों तक आते हैं। यह सोचने का तरीका है, पक्का उत्तर नहीं।

SETI (पृथ्वी से बाहर बुद्धिमान जीवन की खोज) रेडियो और प्रकाशीय दूरबीनों से ऐसे संकेत सुनता है जो प्रकृति नहीं बना सकती, जैसे बहुत पतली रेडियो ध्वनि। अभी तक कुछ पक्का नहीं मिला।

फ़र्मी विरोधाभास पूछता है: अगर आकाशगंगा इतनी पुरानी और बड़ी है, तो किसी और का कोई निशान क्यों नहीं? संभावित उत्तर: जीवन दुर्लभ है, सभ्यताएँ ज़्यादा नहीं टिकतीं, दूरियाँ बहुत बड़ी हैं, या हमने अभी बहुत कम खोजा है।

मानव-केंद्री सिद्धांत (anthropic principle) कहता है कि हम ऐसा ब्रह्मांड देखते हैं जिसके नियम जीवन की अनुमति देते हैं, क्योंकि सिर्फ़ ऐसे ब्रह्मांड में ही हम जैसे देखने वाले हो सकते हैं। कुछ वैज्ञानिक इसे बहु-ब्रह्मांड (multiverse) विचार से जोड़ते हैं: अलग नियमों वाले कई ब्रह्मांड, और हम उसमें हैं जो जीवन के अनुकूल है। यह विचार अभी जाँचा नहीं जा सकता।

करके देखो

3D दृश्य (कदम 6) में हर तारा चुनो और वह दूरी ढूँढो जहाँ पानी द्रव रहे। फिर अपने अनुमानों से ड्रेक समीकरण भरो और देखो उत्तर कितना बदलता है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

• जीवन की ज़रूरतें (जैसा हम जानते हैं): द्रव पानी + ऊर्जा + कार्बन रसायन
• वासयोग्य क्षेत्र: दूरी की वह पट्टी जहाँ सतह पर पानी द्रव रह सके
• ज़्यादा गरम, चमकीला तारा → वासयोग्य क्षेत्र और दूर
• ड्रेक समीकरण: N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
• 1 AU ≈ 1.5 × 10^8 km; 1 प्रकाश-वर्ष ≈ 9.46 × 10^12 km

हल किए गए उदाहरण

आम गलतियाँ

• यह मानना कि वासयोग्य क्षेत्र में हर ग्रह पर जीवन है। इसका मतलब बस इतना है कि पानी द्रव रह सकता है।
• यह मानना कि हर तारे का वासयोग्य क्षेत्र 1 AU पर है। यह तारे की गर्मी और चमक पर निर्भर है।
• बाह्य ग्रहों को सौरमंडल के ग्रह समझना। बाह्य ग्रह दूसरे तारों की परिक्रमा करते हैं।
• ड्रेक समीकरण को पक्की संख्या देने वाला मानना। इसके ज़्यादातर पद अभी अनुमान हैं।