ایک عظیم ٹکر کسی سیارے کے کرۂ ہوائی کو بچا سکتی ہے

چھوٹے بیرونِ شمسی سیاروں کی جسامت ناپیے تو وہ دو گروہوں میں بٹ جاتے ہیں: ایک چوٹی زمین کے نصف قطر کے تقریباً 1.3 گنا پر، دوسری تقریباً 2.4 گنا پر، اور 1.75 پر ایک گراوٹ۔ خیال ہے کہ چھوٹے سیارے ننگے چٹانی سیارے ہیں — فوق زمینیں (super-Earths)۔ بڑے، یعنی ذیلی نیپچون (sub-Neptunes)، ایسے چٹانی سیارے ہوں گے جو اب بھی اپنے ابتدائی کرۂ ہوائی میں لپٹے ہوئے ہیں، جو ہائیڈروجن سے بھرپور ہے۔ لہٰذا کچھ سیاروں نے ضرور بہت سی ہائیڈروجن کھوئی ہوگی۔ لیکن کن سیاروں نے، اور کیسے؟

معمول کا ملزم

توقع کی جاتی ہے کہ زمین کی جسامت یا اس سے بڑے چٹانی سیارے اپنی تشکیل کے آخر میں ایک یا زیادہ عظیم ٹکروں (giant impacts) کا سامنا کرتے ہیں، جن میں سے کچھ نوزائیدہ ستارے کے گرد گیس کی قرص (disc) کے منتشر ہو جانے کے بعد ہوتی ہیں۔ دونوں گروہوں کی ایک مقبول وضاحت انہی تاخیری ٹکروں کو ذمہ دار ٹھہراتی ہے: صدمہ سیارے کے غلاف (mantle) کو گرم کر دیتا ہے، جھلستی ہوئی سطح گیس کو فرار ہونے پر مجبور کرتی ہے، اور کرۂ ہوائی رکھنے والا سیارہ ایک فوق زمین میں بدل جاتا ہے۔

شنگھائی جیاؤ تونگ یونیورسٹی کے داریوس مدیررستا-گالیان (Darius Modirrousta-Galian) اور ییل یونیورسٹی کے جُن کورےناگا (Jun Korenaga) کا کہنا ہے کہ یہ تصویر کھاتے کا آدھا حصہ نظر انداز کر دیتی ہے۔ ان کا مطالعہ جریدے Nature Astronomy میں اشاعت کے لیے قبول ہو چکا ہے۔

کھاتے کا دوسرا رخ

ٹکر کسی سیارے کو صرف گرم نہیں کرتی۔ یہ کمیت میں اضافہ بھی کرتی ہے، اور یہ ساری کمیت اس ثقلی کنویں کو گہرا کرتی ہے جو کرۂ ہوائی کو تھامے رکھتا ہے۔ ساتھ ہی، ٹکر کی توانائی کا صرف ایک حصہ ہی دراصل غلاف کو گرم کرتا ہے:

ٹکرانے والے جسم کا دھاتی مرکزہ غلاف میں سے غوطہ لگاتا ہے، راستے میں تھوڑی سی توانائی چھوڑتا ہے، اور اب بھی شدید گرم حالت میں گہرائی میں جا پہنچتا ہے؛
پگھلتی ہوئی چٹان درجۂ حرارت بڑھائے بغیر توانائی کو مخفی حرارت (latent heat) کے طور پر جذب کر لیتی ہے؛
جو حرارت سطح تک پہنچتی ہے وہ کرۂ ہوائی میں بلندی پر مدھم پڑ جاتی ہے۔ فرار کو قابو کرنے والی تہوں کا درجۂ حرارت ستارے کی روشنی طے کرتی ہے، نیچے کی گرم زمین نہیں۔

جس سیارے کا دھاتی مرکزہ اس کی کمیت کا 30% ہو، اس کے لیے ٹکر کی توانائی کا تقریباً 84% غلاف میں جاتا ہے، جو ٹکر کی تفصیلی نقلی تجربات (simulations) کے مطابق ہے۔ ٹکرانے والا جسم براہِ راست جو گیس اکھاڑ لیتا ہے وہ کم ہوتی ہے؛ صدماتی لہر عام طور پر کرۂ ہوائی کا تقریباً 10 سے 20% ہٹاتی ہے۔ مجموعی طور پر، مصنفین کے مطابق، سیارے کی ثقلی گرفت اس کے غلاف کے گرم ہونے سے زیادہ بڑھتی ہے: ٹکر کے بعد کرۂ ہوائی پہلے سے زیادہ مضبوطی سے تھاما جاتا ہے۔

سو ملین سیارے

اسے ایک پوری آبادی پر آزمانے کے لیے ٹیم نے کمیتوں، درجۂ حرارت، دھاتی مرکزوں اور کرۂ ہوائی کے حقیقت پسندانہ پھیلاؤ کے ساتھ 100 ملین سیاروں کی نقل (simulation) کی۔ ہر دور (run) میں ہر سیارے کے لیے گیس کی قرص ختم ہونے کے بعد کسی عظیم ٹکر کا امکان، دور کے لحاظ سے، 52، 63 یا 74% ہے — یہ قدریں سیاروں کی تشکیل کی نقلوں سے لی گئی ہیں — جس میں ٹکرانے والا جسم حتمی کمیت کے نصف تک ہو سکتا ہے۔ پھر ماڈل 5 ارب سال تک پگھلے ہوئے غلاف کے ٹھنڈا ہونے اور کرۂ ہوائی کے رسنے کا پیچھا کرتا ہے۔

نتیجہ دونوں مشاہدہ شدہ چوٹیوں کو دوبارہ پیدا کرتا ہے، یعنی زمین کے نصف قطر کے تقریباً 1.3 اور 2.4 گنا پر، اور 1.75 پر ایک گراوٹ، ٹکر کے ہر آزمودہ نسخے کے لیے۔ دو ضابطی تجربات (control runs) اس کی وجہ دکھاتے ہیں۔ کسی تاخیری ٹکر کے بغیر بہت زیادہ سیارے ننگے رہ جاتے ہیں۔ ہر سیارے کے لیے ایک ٹکر کے ساتھ بہت زیادہ سیارے اپنی ہائیڈروجن برقرار رکھتے ہیں۔ ٹکریں سیاروں کو ایک کمیتی دہلیز کے پار دھکیل کر توازن قائم کرتی ہیں، جس سے اوپر ہائیڈروجن اپنی جگہ ٹکی رہتی ہے۔

ٹکر جتنی بڑی، کرۂ ہوائی اتنا محفوظ

پورا کرۂ ہوائی کھونے کا امکان سیارے کی ابتدائی کمیت اور ٹکرانے والے جسم کے حصے کے بڑھنے کے ساتھ گھٹتا ہے۔ مصنفین ٹکرانے والے جسم کے اس حصے کے لیے ایک سادہ منحنی موزوں کرتے ہیں جس پر صرف 1% سیارے سب کچھ کھوتے ہیں: χ = 0.58 − 0.0188 (M/M⊕)^1.794، جہاں χ ٹکرانے والے جسم کی کمیت کو حتمی کمیت سے تقسیم کرنے کا حاصل ہے اور M زمینی کمیتوں میں ابتدائی کمیت۔ 5 زمینی کمیتوں سے شروع ہونے والے سیارے کے لیے اس کا مطلب حتمی کمیت کے تقریباً ایک چوتھائی کا ٹکرانے والا جسم ہے؛ منحنی سے اوپر سیارے تقریباً ہمیشہ اپنا ابتدائی کرۂ ہوائی برقرار رکھتے ہیں۔

ذیلی نیپچونوں کے بھاری دل

اگر ٹکریں سیاروں کو اپنی ہائیڈروجن برقرار رکھنے میں مدد دیتی ہیں، تو ذیلی نیپچون غالباً زیادہ ٹکروں کے ذریعے بڑھے اور فوق زمینوں کے مقابلے میں زیادہ کمیت والے چٹانی اندرون رکھتے ہیں۔ ناپے گئے سیارے پہلے ہی اسی طرف اشارہ کرتے ہیں: ذیلی نیپچونوں کا وزن تقریباً 4 سے 5 زمینی کمیتوں سے زیادہ ہے، فوق زمینوں کا کم۔ مصنفین ان آلات کی فہرست دیتے ہیں جو اس خیال کو جانچ سکتے ہیں — JWST، Ariel اور Twinkle، جو بڑے سیاروں کے کرۂ ہوائی میں ہائیڈروجن تلاش کریں گے، PLATO اور JUST، جو ان کا وزن کریں گے، اور Nancy Grace Roman خلائی دوربین، جو چھوٹی، زیادہ دور دنیاؤں تک پہنچے گی۔