अन्य एक्सोप्लैनेट पर पौधे कैसे दिखते हैं?

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

अलौकिक जीवन की खोज अब विज्ञान कथा या यूएफओ शिकारी का क्षेत्र नहीं है। शायद आधुनिक प्रौद्योगिकियां अभी तक आवश्यक स्तर तक नहीं पहुंची हैं, लेकिन उनकी मदद से हम पहले से ही जीवित चीजों में अंतर्निहित मूलभूत प्रक्रियाओं की भौतिक और रासायनिक अभिव्यक्तियों का पता लगाने में सक्षम हैं।

खगोलविदों ने सौर मंडल के बाहर तारों की परिक्रमा करने वाले 200 से अधिक ग्रहों की खोज की है। उन पर जीवन के अस्तित्व की संभावना के बारे में अभी तक हम स्पष्ट उत्तर नहीं दे सकते हैं, लेकिन यह केवल समय की बात है। जुलाई 2007 में, एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल से गुजरने वाली तारों की रोशनी का विश्लेषण करने के बाद, खगोलविदों ने इस पर पानी की उपस्थिति की पुष्टि की। टेलीस्कोप अब विकसित किए जा रहे हैं जो पृथ्वी जैसे ग्रहों पर जीवन के निशान को उनके स्पेक्ट्रा द्वारा खोजना संभव बना देगा।

किसी ग्रह द्वारा परावर्तित प्रकाश के स्पेक्ट्रम को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारकों में से एक प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया हो सकती है। लेकिन क्या यह दूसरी दुनिया में संभव है? अत्यंत! पृथ्वी पर, प्रकाश संश्लेषण लगभग सभी जीवित चीजों का आधार है। इस तथ्य के बावजूद कि कुछ जीवों ने मीथेन और समुद्र के हाइड्रोथर्मल वेंट में ऊंचे तापमान पर रहना सीख लिया है, हम अपने ग्रह की सतह पर पारिस्थितिक तंत्र की समृद्धि के लिए सूर्य के प्रकाश के कारण हैं।

एक ओर, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, ऑक्सीजन का उत्पादन होता है, जो इससे बनने वाले ओजोन के साथ मिलकर ग्रह के वातावरण में पाया जा सकता है। दूसरी ओर, किसी ग्रह का रंग उसकी सतह पर क्लोरोफिल जैसे विशेष वर्णकों की उपस्थिति का संकेत दे सकता है। लगभग एक सदी पहले, मंगल की सतह के मौसमी कालेपन को देखते हुए, खगोलविदों को इस पर पौधों की उपस्थिति पर संदेह हुआ। ग्रह की सतह से परावर्तित प्रकाश के स्पेक्ट्रम में हरे पौधों के संकेतों का पता लगाने का प्रयास किया गया है। लेकिन इस दृष्टिकोण की संदेहास्पदता को लेखक हर्बर्ट वेल्स ने भी देखा था, जिन्होंने अपने "विश्व युद्ध" में टिप्पणी की थी: "जाहिर है, मंगल ग्रह के वनस्पति साम्राज्य, सांसारिक एक के विपरीत, जहां हरे रंग की प्रबलता होती है, में रक्त होता है- लाल रंग।" अब हम जानते हैं कि मंगल पर कोई पौधे नहीं हैं, और सतह पर गहरे क्षेत्रों की उपस्थिति धूल भरी आंधियों से जुड़ी है। वेल्स खुद आश्वस्त थे कि मंगल का रंग कम से कम उन पौधों द्वारा निर्धारित नहीं किया जाता है जो इसकी सतह को कवर करते हैं।

पृथ्वी पर भी, प्रकाश संश्लेषक जीव हरे रंग तक सीमित नहीं हैं: कुछ पौधों में लाल पत्ते होते हैं, और विभिन्न शैवाल और प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया इंद्रधनुष के सभी रंगों के साथ झिलमिलाते हैं। और बैंगनी बैक्टीरिया दृश्य प्रकाश के अलावा सूर्य से अवरक्त विकिरण का उपयोग करते हैं। तो अन्य ग्रहों पर क्या प्रबल होगा? और हम इसे कैसे देख सकते हैं? उत्तर उस तंत्र पर निर्भर करता है जिसके द्वारा विदेशी प्रकाश संश्लेषण अपने तारे के प्रकाश को आत्मसात करता है, जो सूर्य से विकिरण की प्रकृति में भिन्न होता है। इसके अलावा, वायुमंडल की एक अलग संरचना ग्रह की सतह पर विकिरण घटना की वर्णक्रमीय संरचना को भी प्रभावित करती है।

वर्णक्रमीय वर्ग M (लाल बौने) के तारे कम चमकते हैं, इसलिए जितना संभव हो उतना प्रकाश अवशोषित करने के लिए उनके पास पृथ्वी जैसे ग्रहों पर पौधों को काला होना चाहिए। युवा एम सितारे ग्रहों की सतह को पराबैंगनी चमक से झुलसाते हैं, इसलिए वहां के जीवों को जलीय होना चाहिए। हमारा सूर्य कक्षा जी है। और एफ-श्रेणी के सितारों के पास, पौधे बहुत अधिक प्रकाश प्राप्त करते हैं और इसके एक महत्वपूर्ण हिस्से को प्रतिबिंबित करना चाहिए।

यह कल्पना करने के लिए कि अन्य दुनिया में प्रकाश संश्लेषण कैसा होगा, आपको सबसे पहले यह समझना होगा कि पौधे इसे पृथ्वी पर कैसे करते हैं।नीले-हरे क्षेत्र में सूर्य के प्रकाश के ऊर्जा स्पेक्ट्रम की एक चोटी होती है, जिसने वैज्ञानिकों को लंबे समय तक आश्चर्यचकित किया कि पौधे सबसे अधिक उपलब्ध हरी रोशनी को अवशोषित क्यों नहीं करते हैं, लेकिन इसके विपरीत, इसे प्रतिबिंबित करते हैं? यह पता चला कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया सौर ऊर्जा की कुल मात्रा पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा और प्रकाश बनाने वाले फोटॉन की संख्या पर निर्भर करती है।

प्रत्येक नीला फोटॉन लाल रंग की तुलना में अधिक ऊर्जा वहन करता है, लेकिन सूर्य मुख्य रूप से लाल रंग का उत्सर्जन करता है। पौधे अपनी गुणवत्ता के कारण नीले फोटॉन का उपयोग करते हैं, और लाल उनकी मात्रा के कारण। हरे रंग की रोशनी की तरंग दैर्ध्य बिल्कुल लाल और नीले रंग के बीच होती है, लेकिन हरे रंग के फोटॉन उपलब्धता या ऊर्जा में भिन्न नहीं होते हैं, इसलिए पौधे उनका उपयोग नहीं करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान एक कार्बन परमाणु (कार्बन डाइऑक्साइड से व्युत्पन्न, CO.) को ठीक करने के लिए₂) एक चीनी अणु में, कम से कम आठ फोटॉन की आवश्यकता होती है, और पानी के अणु (H) में हाइड्रोजन-ऑक्सीजन बंधन की दरार के लिए₂ओ) - सिर्फ एक। इस मामले में, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रकट होता है, जो आगे की प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक है। कुल मिलाकर, एक ऑक्सीजन अणु (O.) के निर्माण के लिए₂) ऐसे चार बंधनों को तोड़ने की जरूरत है। चीनी अणु बनाने के लिए दूसरी प्रतिक्रिया के लिए, कम से कम चार और फोटॉन की आवश्यकता होती है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रकाश संश्लेषण में भाग लेने के लिए एक फोटॉन में कुछ न्यूनतम ऊर्जा होनी चाहिए।

जिस तरह से पौधे सूरज की रोशनी को अवशोषित करते हैं वह वास्तव में प्रकृति के चमत्कारों में से एक है। प्रकाश संश्लेषक वर्णक व्यक्तिगत अणुओं के रूप में नहीं होते हैं। वे कई एंटेना से मिलकर क्लस्टर बनाते हैं, जिनमें से प्रत्येक को एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के फोटॉन को देखने के लिए तैयार किया जाता है। क्लोरोफिल मुख्य रूप से लाल और नीले प्रकाश को अवशोषित करता है, जबकि कैरोटेनॉयड वर्णक जो पतझड़ को लाल और पीला देते हैं, नीले रंग की एक अलग छाया का अनुभव करते हैं। इन वर्णकों द्वारा एकत्रित सभी ऊर्जा प्रतिक्रिया केंद्र में स्थित क्लोरोफिल अणु तक पहुंचाई जाती है, जहां पानी ऑक्सीजन बनाने के लिए विभाजित होता है।

प्रतिक्रिया केंद्र में अणुओं का एक परिसर रासायनिक प्रतिक्रियाएं तभी कर सकता है जब वह किसी अन्य रूप में लाल फोटॉन या समकक्ष मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करता है। नीले फोटॉनों का उपयोग करने के लिए, एंटीना रंगद्रव्य अपनी उच्च ऊर्जा को कम ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जैसे स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर की एक श्रृंखला बिजली लाइन के 100,000 वोल्ट को 220 वोल्ट दीवार आउटलेट में कम करती है। प्रक्रिया तब शुरू होती है जब एक नीला फोटॉन एक वर्णक पर हमला करता है जो नीले प्रकाश को अवशोषित करता है और अपने अणु में एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा स्थानांतरित करता है। जब एक इलेक्ट्रॉन अपनी मूल अवस्था में लौटता है, तो वह इस ऊर्जा का उत्सर्जन करता है, लेकिन गर्मी और कंपन के नुकसान के कारण, यह अवशोषित होने से कम होता है।

हालांकि, वर्णक अणु प्राप्त ऊर्जा को फोटॉन के रूप में नहीं, बल्कि एक अन्य वर्णक अणु के साथ विद्युत संपर्क के रूप में देता है, जो निचले स्तर की ऊर्जा को अवशोषित करने में सक्षम है। बदले में, दूसरा वर्णक और भी कम ऊर्जा छोड़ता है, और यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि मूल नीले फोटॉन की ऊर्जा लाल रंग के स्तर तक नहीं गिर जाती।

प्रतिक्रिया केंद्र, कैस्केड के प्राप्त अंत के रूप में, उपलब्ध फोटॉनों को न्यूनतम ऊर्जा के साथ अवशोषित करने के लिए अनुकूलित किया जाता है। हमारे ग्रह की सतह पर, लाल फोटॉन सबसे अधिक हैं और साथ ही दृश्यमान स्पेक्ट्रम में फोटॉनों के बीच सबसे कम ऊर्जा है।

लेकिन पानी के भीतर प्रकाश संश्लेषक के लिए, लाल फोटॉन का सबसे प्रचुर मात्रा में होना जरूरी नहीं है। प्रकाश संश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रकाश का क्षेत्र गहराई के साथ बदलता है क्योंकि पानी, उसमें घुले पदार्थ और ऊपरी परतों में जीव प्रकाश को फ़िल्टर करते हैं। परिणाम उनके पिगमेंट के सेट के अनुसार जीवित रूपों का एक स्पष्ट स्तरीकरण है। पानी की गहरी परतों के जीवों में वर्णक होते हैं जो उन रंगों के प्रकाश से जुड़े होते हैं जो ऊपर की परतों द्वारा अवशोषित नहीं होते थे। उदाहरण के लिए, शैवाल और साइना में रंगद्रव्य फाइकोसाइनिन और फाइकोएरिथ्रिन होते हैं, जो हरे और पीले फोटॉन को अवशोषित करते हैं। एनोक्सीजेनिक में (यानी।गैर-ऑक्सीजन-उत्पादक) बैक्टीरिया बैक्टीरियोक्लोरोफिल हैं, जो दूर लाल और निकट अवरक्त (आईआर) क्षेत्रों से प्रकाश को अवशोषित करते हैं, जो केवल पानी की उदास गहराई में प्रवेश करने में सक्षम है।

कम प्रकाश के अनुकूल होने वाले जीव अधिक धीरे-धीरे बढ़ते हैं क्योंकि उन्हें अपने लिए उपलब्ध सभी प्रकाश को अवशोषित करने के लिए अधिक मेहनत करनी पड़ती है। ग्रह की सतह पर, जहां प्रकाश प्रचुर मात्रा में होता है, पौधों के लिए अतिरिक्त रंगद्रव्य उत्पन्न करना हानिकारक होगा, इसलिए वे चुनिंदा रंगों का उपयोग करते हैं। वही विकासवादी सिद्धांत अन्य ग्रह प्रणालियों में भी काम करने चाहिए।

जिस तरह जलीय जीव पानी से छनने वाले प्रकाश के अनुकूल हो गए हैं, उसी तरह भूमि के निवासियों ने वायुमंडलीय गैसों द्वारा छनने वाले प्रकाश के लिए अनुकूलित किया है। पृथ्वी के वायुमंडल के ऊपरी भाग में, 560-590 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ, सबसे प्रचुर मात्रा में फोटॉन पीले होते हैं। लंबी तरंगों की ओर फोटॉन की संख्या धीरे-धीरे कम हो जाती है और छोटी तरंगों की ओर अचानक टूट जाती है। जैसे ही सूर्य का प्रकाश ऊपरी वायुमंडल से गुजरता है, जल वाष्प आईआर को 700 एनएम से अधिक लंबे कई बैंडों में अवशोषित करता है। ऑक्सीजन 687 और 761 एनएम के पास अवशोषण लाइनों की एक संकीर्ण सीमा का उत्पादन करती है। हर कोई जानता है कि ओजोन (ओह₃) समताप मंडल में सक्रिय रूप से पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश को अवशोषित करता है, लेकिन यह स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में भी थोड़ा अवशोषित करता है।

तो, हमारा वायुमंडल खिड़कियां छोड़ देता है जिसके माध्यम से विकिरण ग्रह की सतह तक पहुंच सकता है। छोटे तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में सौर स्पेक्ट्रम के तेज कटऑफ और ओजोन द्वारा यूवी अवशोषण द्वारा दृश्यमान विकिरण की सीमा नीली तरफ सीमित है। लाल सीमा को ऑक्सीजन अवशोषण लाइनों द्वारा परिभाषित किया गया है। दृश्यमान क्षेत्र में ओजोन के व्यापक अवशोषण के कारण फोटॉन की संख्या का शिखर पीले से लाल (लगभग 685 एनएम) में स्थानांतरित हो जाता है।

पौधे इस स्पेक्ट्रम के लिए अनुकूलित होते हैं, जो मुख्य रूप से ऑक्सीजन द्वारा निर्धारित किया जाता है। लेकिन यह याद रखना चाहिए कि पौधे स्वयं वातावरण में ऑक्सीजन की आपूर्ति करते हैं। जब पृथ्वी पर पहले प्रकाश संश्लेषक जीव दिखाई दिए, तो वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा कम थी, इसलिए पौधों को क्लोरोफिल के अलावा अन्य वर्णक का उपयोग करना पड़ा। समय बीतने के बाद ही, जब प्रकाश संश्लेषण ने वातावरण की संरचना को बदल दिया, क्लोरोफिल इष्टतम वर्णक बन गया।

प्रकाश संश्लेषण के विश्वसनीय जीवाश्म साक्ष्य लगभग 3.4 अरब वर्ष पुराने हैं, लेकिन पहले के जीवाश्म अवशेष इस प्रक्रिया के संकेत दिखाते हैं। पहले प्रकाश संश्लेषक जीवों को पानी के भीतर होना था, क्योंकि पानी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक अच्छा विलायक है, और इसलिए भी कि यह सौर यूवी विकिरण से सुरक्षा प्रदान करता है, जो वायुमंडलीय ओजोन परत की अनुपस्थिति में महत्वपूर्ण था। ऐसे जीव पानी के भीतर बैक्टीरिया थे जो इन्फ्रारेड फोटॉन को अवशोषित करते थे। उनकी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में हाइड्रोजन, हाइड्रोजन सल्फाइड, लोहा शामिल था, लेकिन पानी नहीं; इसलिए, उन्होंने ऑक्सीजन का उत्सर्जन नहीं किया। और केवल 2, 7 अरब साल पहले, महासागरों में साइनोबैक्टीरिया ने ऑक्सीजन की रिहाई के साथ ऑक्सीजनयुक्त प्रकाश संश्लेषण शुरू किया था। ऑक्सीजन और ओजोन परत की मात्रा धीरे-धीरे बढ़ी, जिससे लाल और भूरे रंग के शैवाल सतह पर आ गए। और जब उथले पानी में पानी का स्तर यूवी से बचाने के लिए पर्याप्त था, तो हरे शैवाल दिखाई दिए। उनके पास कुछ फाइकोबिलिप्रोटिन थे और वे पानी की सतह के पास उज्ज्वल प्रकाश के लिए बेहतर रूप से अनुकूलित थे। वायुमंडल में ऑक्सीजन जमा होने के 2 अरब साल बाद, हरी शैवाल के वंशज - पौधे - भूमि पर दिखाई दिए।

वनस्पतियों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं - रूपों की विविधता में तेजी से वृद्धि हुई है: काई और लिवरवॉर्ट्स से लेकर उच्च मुकुट वाले संवहनी पौधे, जो अधिक प्रकाश को अवशोषित करते हैं और विभिन्न जलवायु क्षेत्रों के अनुकूल होते हैं। शंकुधारी पेड़ों के शंक्वाकार मुकुट उच्च अक्षांशों में प्रकाश को प्रभावी ढंग से अवशोषित करते हैं, जहां सूरज शायद ही क्षितिज से ऊपर उठता है। छायादार पौधे तेज रोशनी से बचाने के लिए एंथोसायनिन का उत्पादन करते हैं। हरा क्लोरोफिल न केवल वातावरण की आधुनिक संरचना के अनुकूल है, बल्कि हमारे ग्रह को हरा-भरा रखते हुए इसे बनाए रखने में भी मदद करता है।यह संभव है कि विकास में अगला कदम एक ऐसे जीव को लाभ देगा जो पेड़ों के मुकुटों के नीचे छाया में रहता है और हरे और पीले प्रकाश को अवशोषित करने के लिए फाइकोबिलिन का उपयोग करता है। लेकिन ऊपरी स्तर के निवासी, जाहिरा तौर पर, हरे रहेंगे।

दुनिया को लाल रंग में रंगना

अन्य तारकीय प्रणालियों में ग्रहों पर प्रकाश संश्लेषक वर्णक की खोज करते समय, खगोलविदों को यह याद रखना चाहिए कि ये वस्तुएं विकास के विभिन्न चरणों में हैं। उदाहरण के लिए, उनका सामना पृथ्वी के समान एक ग्रह से हो सकता है, मान लीजिए, 2 अरब साल पहले। यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि विदेशी प्रकाश संश्लेषक जीवों में ऐसे गुण हो सकते हैं जो उनके स्थलीय "रिश्तेदारों" की विशेषता नहीं हैं। उदाहरण के लिए, वे लंबे तरंग दैर्ध्य फोटॉन का उपयोग करके पानी के अणुओं को विभाजित करने में सक्षम हैं।

पृथ्वी पर सबसे लंबा तरंग दैर्ध्य जीव बैंगनी एनोक्सीजेनिक जीवाणु है, जो लगभग 1015 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त विकिरण का उपयोग करता है। ऑक्सीजन वाले जीवों में रिकॉर्ड धारक समुद्री साइनोबैक्टीरिया हैं, जो 720 एनएम पर अवशोषित होते हैं। भौतिकी के नियमों द्वारा निर्धारित तरंग दैर्ध्य की कोई ऊपरी सीमा नहीं है। यह सिर्फ इतना है कि प्रकाश संश्लेषण प्रणाली को लघु-तरंग दैर्ध्य वाले की तुलना में बड़ी संख्या में लंबी-तरंग दैर्ध्य फोटॉन का उपयोग करना पड़ता है।

सीमित कारक पिगमेंट की विविधता नहीं है, बल्कि ग्रह की सतह तक पहुंचने वाले प्रकाश का स्पेक्ट्रम है, जो बदले में तारे के प्रकार पर निर्भर करता है। खगोलविद सितारों को उनके तापमान, आकार और उम्र के आधार पर उनके रंग के आधार पर वर्गीकृत करते हैं। सभी तारे इतने लंबे समय तक अस्तित्व में नहीं रहते कि पड़ोसी ग्रहों पर जीवन का उदय और विकास हो सके। वर्णक्रमीय वर्ग F, G, K, और M के तारे लंबे समय तक जीवित रहते हैं (तापमान घटते क्रम में)। सूर्य कक्षा G का है। F-वर्ग के तारे सूर्य से बड़े और चमकीले होते हैं, वे जलते हैं, एक उज्जवल उत्सर्जित करते हैं नीली रोशनी और लगभग 2 अरब वर्षों में जल जाती है। कक्षा K और M तारे व्यास में छोटे, फीके, लाल और लंबे समय तक जीवित रहने वाले के रूप में वर्गीकृत होते हैं।

प्रत्येक तारे के चारों ओर एक तथाकथित "जीवन क्षेत्र" होता है - कक्षाओं की एक श्रृंखला, जिस पर ग्रहों के पास तरल पानी के अस्तित्व के लिए आवश्यक तापमान होता है। सौर मंडल में, ऐसा क्षेत्र मंगल और पृथ्वी की कक्षाओं से घिरा एक वलय है। हॉट F सितारों का जीवन क्षेत्र तारे से अधिक दूर होता है, जबकि कूलर K और M सितारे इसके करीब होते हैं। F-, G- और K-सितारों के जीवन क्षेत्र में ग्रहों को लगभग उतनी ही मात्रा में दृश्य प्रकाश प्राप्त होता है जितना कि पृथ्वी सूर्य से प्राप्त करती है। यह संभावना है कि पृथ्वी पर उसी ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण के आधार पर उन पर जीवन उत्पन्न हो सकता है, हालांकि वर्णक के रंग को दृश्य सीमा के भीतर स्थानांतरित किया जा सकता है।

एम-प्रकार के तारे, तथाकथित लाल बौने, वैज्ञानिकों के लिए विशेष रुचि रखते हैं क्योंकि वे हमारी आकाशगंगा में सबसे सामान्य प्रकार के तारे हैं। वे सूर्य की तुलना में काफी कम दिखाई देने वाले प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं: उनके स्पेक्ट्रम में तीव्रता का शिखर निकट-आईआर में होता है। स्कॉटलैंड में डंडी विश्वविद्यालय के जीवविज्ञानी जॉन रेवेन और एडिनबर्ग में रॉयल ऑब्जर्वेटरी के एक खगोलशास्त्री रे वोलस्टेनक्रॉफ्ट ने सुझाव दिया है कि निकट-अवरक्त फोटॉनों का उपयोग करके ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण सैद्धांतिक रूप से संभव है। इस मामले में, जीवों को पानी के अणु को तोड़ने के लिए तीन या चार आईआर फोटॉन का उपयोग करना होगा, जबकि स्थलीय पौधे केवल दो फोटॉन का उपयोग करते हैं, जिसकी तुलना एक रॉकेट के चरणों से की जा सकती है जो एक रसायन को बाहर निकालने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा प्रदान करते हैं। प्रतिक्रिया।

युवा एम सितारे शक्तिशाली यूवी फ्लेरेस प्रदर्शित करते हैं जिन्हें केवल पानी के नीचे से बचा जा सकता है। लेकिन पानी का स्तंभ स्पेक्ट्रम के अन्य हिस्सों को भी अवशोषित कर लेता है, इसलिए गहराई पर स्थित जीवों में प्रकाश की कमी होगी। यदि ऐसा है, तो इन ग्रहों पर प्रकाश संश्लेषण का विकास नहीं हो सकता है। एम-स्टार की उम्र के रूप में, उत्सर्जित पराबैंगनी विकिरण की मात्रा कम हो जाती है, विकास के बाद के चरणों में यह हमारे सूर्य के उत्सर्जन से कम हो जाती है।इस अवधि के दौरान, एक सुरक्षात्मक ओजोन परत की आवश्यकता नहीं होती है, और ग्रहों की सतह पर जीवन तब भी फल-फूल सकता है, जब वह ऑक्सीजन का उत्पादन न करे।

इस प्रकार, खगोलविदों को तारे के प्रकार और आयु के आधार पर चार संभावित परिदृश्यों पर विचार करना चाहिए।

अवायवीय महासागर जीवन। ग्रह प्रणाली में एक तारा किसी भी प्रकार का युवा है। जीव ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं कर सकते हैं। वातावरण मीथेन जैसी अन्य गैसों से बना हो सकता है।

एरोबिक महासागर जीवन। तारा अब किसी भी प्रकार का युवा नहीं है। वातावरण में ऑक्सीजन के संचय के लिए ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण की शुरुआत के बाद से पर्याप्त समय बीत चुका है।

एरोबिक भूमि जीवन। तारा परिपक्व है, किसी भी प्रकार का। भूमि पौधों से आच्छादित है। पृथ्वी पर जीवन अभी इसी अवस्था में है।

अवायवीय भूमि जीवन। कमजोर यूवी विकिरण के साथ एक बेहोश एम स्टार। पौधे भूमि को ढँक देते हैं लेकिन ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं कर सकते हैं।

स्वाभाविक रूप से, इनमें से प्रत्येक मामले में प्रकाश संश्लेषक जीवों की अभिव्यक्तियाँ भिन्न होंगी। हमारे ग्रह को उपग्रहों से शूट करने का अनुभव बताता है कि एक दूरबीन का उपयोग करके समुद्र की गहराई में जीवन का पता लगाना असंभव है: पहले दो परिदृश्य हमें जीवन के रंगीन संकेतों का वादा नहीं करते हैं। इसे खोजने का एकमात्र मौका कार्बनिक मूल के वायुमंडलीय गैसों की खोज करना है। इसलिए, विदेशी जीवन की खोज के लिए रंग विधियों का उपयोग करने वाले शोधकर्ताओं को एफ-, जी- और के-सितारों के पास के ग्रहों पर या एम-सितारों के ग्रहों पर ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण के साथ भूमि पौधों का अध्ययन करने पर ध्यान केंद्रित करना होगा, लेकिन किसी भी प्रकार के प्रकाश संश्लेषण के साथ।

जीवन का चिह्न

पदार्थ जो, पौधों के रंग के अलावा, जीवन की उपस्थिति का संकेत हो सकते हैं

ऑक्सीजन (ओ₂) और पानी (H₂ओ) … एक निर्जीव ग्रह पर भी, मूल तारे से निकलने वाला प्रकाश जल वाष्प के अणुओं को नष्ट कर देता है और वातावरण में थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन पैदा करता है। लेकिन यह गैस पानी में जल्दी घुल जाती है और चट्टानों और ज्वालामुखी गैसों का भी ऑक्सीकरण करती है। इसलिए, यदि किसी ग्रह पर तरल पानी के साथ बहुत अधिक ऑक्सीजन देखा जाता है, तो इसका मतलब है कि अतिरिक्त स्रोत इसे उत्पन्न करते हैं, सबसे अधिक संभावना प्रकाश संश्लेषण।

ओजोन (ओ₃) … पृथ्वी के समताप मंडल में, पराबैंगनी प्रकाश ऑक्सीजन के अणुओं को नष्ट कर देता है, जो संयुक्त होने पर ओजोन का निर्माण करते हैं। तरल पानी के साथ ओजोन जीवन का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। जबकि ऑक्सीजन दृश्यमान स्पेक्ट्रम में दिखाई देता है, ओजोन अवरक्त में दिखाई देता है, जिसे कुछ दूरबीनों से पता लगाना आसान होता है।

मीथेन (सीएच₄) प्लस ऑक्सीजन, या मौसमी चक्र … प्रकाश संश्लेषण के बिना ऑक्सीजन और मीथेन का संयोजन प्राप्त करना मुश्किल है। मीथेन सांद्रता में मौसमी उतार-चढ़ाव भी जीवन का एक निश्चित संकेत है। और एक मृत ग्रह पर, मीथेन की सांद्रता लगभग स्थिर होती है: यह केवल धीरे-धीरे घटती है क्योंकि सूर्य का प्रकाश अणुओं को तोड़ता है

क्लोरोमिथेन (सीएच.)₃सीएल) … पृथ्वी पर, यह गैस पौधों को जलाने (मुख्य रूप से जंगल की आग में) और समुद्री जल में प्लवक और क्लोरीन पर सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने से बनती है। ऑक्सीकरण इसे नष्ट कर देता है। लेकिन एम-सितारों का अपेक्षाकृत कमजोर उत्सर्जन इस गैस को पंजीकरण के लिए उपलब्ध राशि में जमा करने की अनुमति दे सकता है।

नाइट्रस ऑक्साइड (N.)₂ओ) … जब जीवों का क्षय होता है, तो नाइट्रोजन ऑक्साइड के रूप में निकलती है। इस गैस के गैर-जैविक स्रोत नगण्य हैं।

काला नया हरा है

ग्रह की विशेषताओं के बावजूद, प्रकाश संश्लेषक पिगमेंट को पृथ्वी पर समान आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए: सबसे कम तरंग दैर्ध्य (उच्च-ऊर्जा) के साथ फोटॉन को सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य (जो प्रतिक्रिया केंद्र का उपयोग करता है), या सबसे अधिक उपलब्ध है। यह समझने के लिए कि किस प्रकार का तारा पौधों के रंग को निर्धारित करता है, विभिन्न विशिष्टताओं के शोधकर्ताओं के प्रयासों को जोड़ना आवश्यक था।

स्टारलाईट पासिंग

पौधों का रंग स्टारलाइट के स्पेक्ट्रम पर निर्भर करता है, जिसे खगोलविद आसानी से देख सकते हैं, और हवा और पानी द्वारा प्रकाश का अवशोषण, जिसे लेखक और उनके सहयोगियों ने वातावरण की संभावित संरचना और जीवन के गुणों के आधार पर तैयार किया था। छवि "विज्ञान की दुनिया में"

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के एक खगोलशास्त्री मार्टिन कोहेन ने एक एफ-स्टार (बूट्स सिग्मा), एक के-स्टार (एप्सिलॉन एरिदानी), एक सक्रिय रूप से जगमगाते एम-स्टार (एडी लियो) और एक काल्पनिक शांत एम पर डेटा एकत्र किया। -स्टार तापमान 3100 डिग्री सेल्सियस के साथ। मेक्सिको सिटी में नेशनल ऑटोनॉमस यूनिवर्सिटी के एस्ट्रोनॉमर एंटिगोना सेगुरा ने इन सितारों के आसपास के जीवन क्षेत्र में पृथ्वी जैसे ग्रहों के व्यवहार का कंप्यूटर सिमुलेशन किया है। एरिज़ोना विश्वविद्यालय के अलेक्जेंडर पावलोव और पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के जेम्स कास्टिंग के मॉडल का उपयोग करते हुए, सेगुरा ने ग्रहों के वायुमंडल के संभावित घटकों के साथ सितारों से विकिरण की बातचीत का अध्ययन किया (यह मानते हुए कि ज्वालामुखी पृथ्वी पर उन पर समान गैसों का उत्सर्जन करते हैं), कोशिश कर रहे हैं रासायनिक संरचना का पता लगाने के लिए वायुमंडल दोनों में ऑक्सीजन की कमी है और इसकी सामग्री पृथ्वी के करीब है।

सेगुरा के परिणामों का उपयोग करते हुए, यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन के भौतिक विज्ञानी जियोवाना टिनेटी ने कैलिफोर्निया के पासाडेना में जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में डेविड क्रिस्प के मॉडल का उपयोग करके ग्रहों के वायुमंडल में विकिरण के अवशोषण की गणना की, जिसका उपयोग मार्स रोवर्स पर सौर पैनलों की रोशनी का अनुमान लगाने के लिए किया गया था। इन गणनाओं की व्याख्या करने के लिए पांच विशेषज्ञों के संयुक्त प्रयासों की आवश्यकता थी: राइस विश्वविद्यालय में माइक्रोबायोलॉजिस्ट जेनेट सीफर्ट, सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में बायोकेमिस्ट रॉबर्ट ब्लेंकशिप, और अर्बाना में इलिनोइस विश्वविद्यालय में गोविंदजी, ग्रहविज्ञानी और शैंपेन। (विक्टोरिया मीडोज) वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी से और मैं, नासा के गोडार्ड स्पेस रिसर्च इंस्टीट्यूट के एक बायोमेटोरोलॉजिस्ट।

हमने निष्कर्ष निकाला कि 451 एनएम की चोटी वाली नीली किरणें ज्यादातर एफ-क्लास सितारों के पास ग्रहों की सतहों तक पहुंचती हैं। के-सितारों के पास, चोटी 667 एनएम पर स्थित है, यह स्पेक्ट्रम का लाल क्षेत्र है, जो पृथ्वी पर स्थिति जैसा दिखता है। इस मामले में, ओजोन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिससे एफ-सितारों का प्रकाश नीला हो जाता है, और के-सितारों का प्रकाश वास्तव में उससे अधिक लाल हो जाता है। यह पता चला है कि इस मामले में प्रकाश संश्लेषण के लिए उपयुक्त विकिरण स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में है, जैसा कि पृथ्वी पर है।

इस प्रकार, F और K सितारों के पास के ग्रहों पर पौधों का रंग लगभग वैसा ही हो सकता है जैसा पृथ्वी पर होता है। लेकिन एफ सितारों में, ऊर्जा से भरपूर नीले फोटॉन का प्रवाह बहुत तीव्र होता है, इसलिए पौधों को एंथोसायनिन जैसे परिरक्षण पिगमेंट का उपयोग करके कम से कम आंशिक रूप से उन्हें प्रतिबिंबित करना चाहिए, जो पौधों को एक नीला रंग देगा। हालांकि, वे प्रकाश संश्लेषण के लिए केवल नीले फोटॉन का उपयोग कर सकते हैं। इस मामले में, हरे से लाल तक की सीमा में सभी प्रकाश परिलक्षित होना चाहिए। इसके परिणामस्वरूप परावर्तित प्रकाश स्पेक्ट्रम में एक विशिष्ट नीला कटऑफ होगा जिसे दूरबीन से आसानी से देखा जा सकता है।

एम सितारों के लिए विस्तृत तापमान सीमा उनके ग्रहों के लिए विभिन्न रंगों का सुझाव देती है। एक शांत एम-स्टार की परिक्रमा करते हुए, ग्रह को आधी ऊर्जा प्राप्त होती है जो पृथ्वी सूर्य से प्राप्त करती है। और यद्यपि यह, सिद्धांत रूप में, जीवन के लिए पर्याप्त है - यह पृथ्वी पर छाया-प्रेमी पौधों के लिए आवश्यक से 60 गुना अधिक है - इन सितारों से आने वाले अधिकांश फोटॉन स्पेक्ट्रम के निकट-आईआर क्षेत्र से संबंधित हैं। लेकिन विकास को विभिन्न प्रकार के पिगमेंट के उद्भव की ओर ले जाना चाहिए जो दृश्य और अवरक्त प्रकाश के पूरे स्पेक्ट्रम को देख सकते हैं। पौधे जो अपने लगभग सभी विकिरण को अवशोषित करते हैं, वे काले भी दिखाई दे सकते हैं।

छोटा बैंगनी बिंदु

पृथ्वी पर जीवन के इतिहास से पता चलता है कि कक्षा F, G, और K सितारों के पास के ग्रहों पर प्रारंभिक समुद्री प्रकाश संश्लेषक जीव प्राथमिक ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में रह सकते हैं और ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण की एक प्रणाली विकसित कर सकते हैं, जो बाद में स्थलीय पौधों की उपस्थिति का कारण बनेगी।. एम-क्लास सितारों के साथ स्थिति अधिक जटिल है। हमारी गणना के परिणाम बताते हैं कि प्रकाश संश्लेषक के लिए इष्टतम स्थान पानी के नीचे 9 मीटर है: इस गहराई की एक परत विनाशकारी पराबैंगनी प्रकाश को फंसाती है, लेकिन पर्याप्त दृश्य प्रकाश को गुजरने देती है। बेशक, हम इन जीवों को अपनी दूरबीनों में नहीं देखेंगे, लेकिन वे भूमि जीवन का आधार बन सकते हैं।सिद्धांत रूप में, एम सितारों के पास के ग्रहों पर, पौधों का जीवन, विभिन्न रंगों का उपयोग करके, पृथ्वी पर लगभग उतना ही विविध हो सकता है।

लेकिन क्या भविष्य की अंतरिक्ष दूरबीनें हमें इन ग्रहों पर जीवन के निशान देखने की अनुमति देंगी? इसका उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि ग्रह पर पानी की सतह का भूमि पर उतरने का अनुपात क्या होगा। पहली पीढ़ी के दूरबीनों में, ग्रह बिंदुओं की तरह दिखेंगे, और उनकी सतह का विस्तृत अध्ययन सवाल से बाहर है। वैज्ञानिकों को केवल परावर्तित प्रकाश का कुल स्पेक्ट्रम मिलेगा। अपनी गणना के आधार पर, टिनेटी का तर्क है कि इस स्पेक्ट्रम पर पौधों की पहचान करने के लिए ग्रह की सतह का कम से कम 20% शुष्क भूमि पौधों से ढकी होनी चाहिए और बादलों से ढकी नहीं होनी चाहिए। दूसरी ओर, समुद्री क्षेत्र जितना बड़ा होता है, उतनी ही अधिक ऑक्सीजन समुद्री प्रकाश संश्लेषक वायुमंडल में छोड़ते हैं। इसलिए, वर्णक बायोइंडिकेटर जितना अधिक स्पष्ट होता है, ऑक्सीजन बायोइंडिकेटर को नोटिस करना उतना ही कठिन होता है, और इसके विपरीत। खगोलविद एक या दूसरे का पता लगाने में सक्षम होंगे, लेकिन दोनों का नहीं।

ग्रह साधक

यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) ने स्थलीय एक्सोप्लैनेट के स्पेक्ट्रा का अध्ययन करने के लिए अगले 10 वर्षों में डार्विन अंतरिक्ष यान लॉन्च करने की योजना बनाई है। अगर एजेंसी को फंडिंग मिलती है तो नासा का अर्थ-लाइक प्लैनेट सीकर भी ऐसा ही करेगा। दिसंबर 2006 में ईएसए द्वारा लॉन्च किया गया कोरोट अंतरिक्ष यान, और 2009 में लॉन्च के लिए नासा द्वारा निर्धारित केपलर अंतरिक्ष यान, सितारों की चमक में कम कमी की खोज के लिए डिज़ाइन किया गया है क्योंकि पृथ्वी जैसे ग्रह उनके सामने से गुजरते हैं। नासा का सिम अंतरिक्ष यान ग्रहों के प्रभाव में तारों के हल्के कंपन की तलाश करेगा।

अन्य ग्रहों पर जीवन की उपस्थिति - वास्तविक जीवन, न केवल जीवाश्म या रोगाणु जो मुश्किल से विषम परिस्थितियों में जीवित रहते हैं - निकट भविष्य में खोजे जा सकते हैं। लेकिन हमें पहले किन सितारों का अध्ययन करना चाहिए? क्या हम सितारों के करीब स्थित ग्रहों के स्पेक्ट्रा को पंजीकृत करने में सक्षम होंगे, जो कि एम सितारों के मामले में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है? हमारी दूरबीनों को किस श्रेणी में और किस संकल्प के साथ निरीक्षण करना चाहिए? प्रकाश संश्लेषण की मूल बातें समझने से हमें नए उपकरण बनाने और हमें प्राप्त होने वाले डेटा की व्याख्या करने में मदद मिलेगी। इस तरह की जटिलता की समस्याओं को विभिन्न विज्ञानों के चौराहे पर ही हल किया जा सकता है। अभी तक हम केवल पथ की शुरुआत में हैं। अलौकिक जीवन की खोज की बहुत संभावना इस बात पर निर्भर करती है कि हम यहां पृथ्वी पर जीवन की मूल बातें कितनी गहराई से समझते हैं।