सदियों से, बर्फ ने वैज्ञानिकों को न केवल अपनी सर्वव्यापकता के लिए, बल्कि उन जटिल तरीकों के लिए भी आकर्षित किया है, जिनसे पानी के अणु खुद को ठोस रूप में व्यवस्थित कर सकते हैं। हाल ही में, शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने अत्यधिक दबाव के तहत कमरे के तापमान पर बर्फ का एक नया रूप, जिसे आइस XXI नाम दिया गया है, बनाकर एक सफलता हासिल की है। यूरोपीय एक्सएफईएल और पेट्रा III में उन्नत एक्स-रे सुविधाओं का उपयोग करते हुए, टीम पानी को इतनी तीव्रता से संपीड़ित करने में सक्षम थी कि यह पहले से अज्ञात संरचना में क्रिस्टलीकृत हो गया। यह “असंभव” चरण हमारी समझ को चुनौती देता है कि पानी अत्यधिक परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करता है और टाइटन और गेनीमेड जैसे बर्फीले चंद्रमाओं के अंदरूनी हिस्सों में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है। यह खोज H₂O जैसी सरल चीज़ के भीतर छिपी असाधारण जटिलता को उजागर करती है।
क्या है कमरे के तापमान पर बर्फ XXI
आइस XXI बर्फ का एक मेटास्टेबल चरण है जो तब बनता है जब तरल पानी को तीव्र, अत्यधिक संपीड़न के अधीन किया जाता है। पारंपरिक बर्फ के विपरीत, जो केवल ठंडे तापमान पर बनती है, बर्फ XXI कमरे के तापमान पर दो गीगापास्कल तक के दबाव में मौजूद रह सकती है, जो सामान्य वायुमंडलीय दबाव से लगभग 20,000 गुना अधिक है। इसके अणुओं को एक चतुष्कोणीय क्रिस्टल संरचना में कसकर पैक किया जाता है, जिससे एक अनूठी व्यवस्था बनती है जो अन्य बर्फ चरणों में नहीं देखी जाती है। मेटास्टेबल का मतलब है कि बर्फ अस्थायी रूप से बनी रह सकती है, भले ही अन्य बर्फ के रूप समान परिस्थितियों में सामान्य रूप से अधिक स्थिर होंगे।
वैज्ञानिकों ने कमरे के तापमान पर बर्फ कैसे बनाई?
शोध दल ने डायमंड एनविल कोशिकाओं का उपयोग किया, जहां पानी का एक छोटा सा नमूना दो हीरे की नोकों के बीच रखा जाता है और अत्यधिक दबाव के अधीन होता है। पानी को केवल 10 मिलीसेकंड के भीतर 2 जीपीए तक संपीड़ित किया गया और फिर एक सेकंड में धीरे-धीरे छोड़ा गया। इन चक्रों को 1,000 से अधिक बार दोहराया गया। यूरोपीय एक्सएफईएल के अल्ट्राफास्ट एक्स-रे पल्स का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने प्रत्येक माइक्रोसेकंड में छवियों को कैप्चर किया, जो अनिवार्य रूप से वास्तविक समय में बर्फ के क्रिस्टलीकरण को फिल्माते हैं। इस अभूतपूर्व विधि ने उन्हें दबाव में पानी की छिपी हुई जटिलता को प्रकट करते हुए, ठंड और पिघलने के कई मार्गों का निरीक्षण करने की अनुमति दी।
यह खोज क्यों मायने रखती है?
पानी भ्रामक रूप से सरल है, क्योंकि H₂O अणु विभिन्न परिस्थितियों में बर्फ के चरणों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाते हैं, लेकिन अधिकांश सामान्य तापमान पर अस्थिर होते हैं। आइस XXI दर्शाता है कि नई और अप्रत्याशित संरचनाएं अत्यधिक परिस्थितियों में मौजूद हो सकती हैं, जिससे पानी के व्यवहार के बारे में हमारा ज्ञान बढ़ता है। इन चरणों को समझना सिर्फ अकादमिक नहीं है; यह वैज्ञानिकों को बर्फीले चंद्रमाओं और ग्रहों के अंदरूनी हिस्सों का मॉडल तैयार करने में मदद कर सकता है, जहां समान दबाव मौजूद हैं, और जल-आधारित प्रणालियों पर सामग्री विज्ञान अनुसंधान को भी सूचित कर सकता है।
बर्फीले चंद्रमाओं और ग्रह विज्ञान में अंतर्दृष्टि
ऐसा माना जाता है कि टाइटन और गेनीमेड जैसे बर्फीले चंद्रमाओं की जमी हुई सतहों के नीचे उच्च दबाव वाली बर्फ की परतें हैं। आइस XXI यह समझने के लिए एक मॉडल पेश करता है कि पानी ऐसे वातावरण में कैसे व्यवहार करता है। इसकी असामान्य संरचना से पता चलता है कि अभी और अधिक उच्च दबाव वाले बर्फ के चरण खोजे जाने बाकी हैं, जिनमें से प्रत्येक में अद्वितीय गुण हैं जो ग्रह भूविज्ञान और संभावित आवास क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं।
आधुनिक प्रौद्योगिकी की भूमिका
यह खोज गतिशील डायमंड एनविल कोशिकाओं और अल्ट्राफास्ट एक्स-रे इमेजिंग के संयोजन से संभव हुई। यूरोपीय एक्सएफईएल की तीव्र, तेज़ एक्स-रे चमक ने शोधकर्ताओं को वास्तविक समय में आणविक आंदोलनों को ट्रैक करने की अनुमति दी, जिससे अनिवार्य रूप से बर्फ निर्माण की “फिल्में” बनाई गईं। ऐसी तकनीक चरम स्थितियों में अणुओं के व्यवहार की खोज के द्वार खोल रही है, जिसका पहले सीधे तौर पर निरीक्षण करना असंभव था।
बर्फ अनुसंधान के लिए आगे क्या है?
बर्फ XXI की खोज तो बस शुरुआत है। वैज्ञानिकों को अब अन्य मेटास्टेबल बर्फ चरणों का पता लगाने और उनके गठन और संक्रमण मार्गों को समझने की उम्मीद है। ये अध्ययन ग्रहों के अंदरूनी हिस्सों में पानी की भूमिका के बारे में और भी अधिक खुलासा कर सकते हैं और सामग्री विज्ञान, उच्च दबाव भौतिकी और यहां तक कि खगोल जीव विज्ञान में नवीन अनुप्रयोगों को प्रेरित कर सकते हैं। बर्फ की छिपी हुई जटिलता हमें याद दिलाती है कि सबसे परिचित पदार्थ भी हमें आश्चर्यचकित कर सकते हैं।
