পৃথিবীর পরিচিত বায়ুমণ্ডলে জলের যে রূপ, তা কিন্তু সর্বত্র খাটে না। বাইরে বেরোলেই বদলে যায় পরিস্থিতি। জলও তার রূপ বদলে ফেলে। আমাদের সৌরজগতেরই দু’টি গ্রহ ছেয়ে রয়েছে অন্য ধরনের জলে। তাপমাত্রা হিমাঙ্কের নীচে নামলে তরল জল জমে কঠিন হয়। জলের কোনও রং নেই। বরফও তাই স্ফটিকস্বচ্ছ, কোথাও আবার দুধের মতো সাদা। কিন্তু পৃথিবীর পরিচিত বায়ুমণ্ডলে জলের এই রূপ কিন্তু সর্বত্র খাটে না। পৃথিবীর বাইরে বেরোলেই বদলে যায় পরিস্থিতি। জলও তার রূপ বদলে ফেলে। সম্প্রতি জলের তেমনই এক রূপের সন্ধান পেয়েছেন বিজ্ঞানীরা। আমাদের সৌরজগতেরই দু’টি গ্রহ ছেয়ে রয়েছে উত্তপ্ত কালো বরফে। উত্তপ্ত এবং কালো, চেনা বরফের সঙ্গে দুইয়ের কোনওটিরই যোগ নেই।
সূর্যের সবচেয়ে দূরের গ্রহ ইউরেনাস এবং নেপচুন। উষ্ণতার উৎস থেকে দূরত্বের কারণেই এই দুই গ্রহ বরফাবৃত। বিজ্ঞানীরা দাবি করেন, ইউরেনাস বা নেপচুনের তাপমাত্রা, পরিবেশগত পরিস্থিতি আদৌ প্রাণের উপযোগী নয়। কিন্তু সাধারণ বরফ সেখানে নেই। প্রথম বার তার ইঙ্গিত পাওয়া গিয়েছিল ১৯৮৯ সালে। আমেরিকার মহাকাশ গবেষণা সংস্থা নাসার ভয়েজার-২ মহাকাশযান নেপচুনের পাশ দিয়ে যাওয়ার সময় সেখানকার চৌম্বকক্ষেত্রের পরিচয় পেয়েছিল। তার মাধ্যমে ওই গ্রহে অস্বাভাবিক বরফের উপস্থিতির ইঙ্গিত পেয়েছিলেন বিজ্ঞানীরা। সময়ের সঙ্গে সঙ্গে ধারণা আরও স্পষ্ট হয়েছে।
১৯৭৭ সালে ভয়েজার-২ মহাকাশযান উৎক্ষেপণ করেছিল নাসা। এটি একটি আন্তঃনাক্ষত্রিক মহাকাশযান, যা বর্তমানে সৌরজগতের বাইরে রয়েছে এবং ২১০০ কোটি কিলোমিটার দূর থেকে পৃথিবীতে তথ্য সরবরাহ করছে। এটি এখনও পর্যন্ত পৃথিবীর একমাত্র মহাকাশযান, যা সৌরজগতের দূরের চারটি গ্রহকেই কাছ থেকে পর্যবেক্ষণ করেছে। ইউরেনাস এবং নেপচুনকে অতিক্রম করার সময় যে তথ্য ভয়েজার-২ পাঠিয়েছিল, এখনও তা নিয়ে গবেষণা চলছে। নাসার এই মহাকাশযানটি ইউরেনাসকে অতিক্রম করে ১৯৮৬ সালের জানুয়ারি মাসে, নেপচুনকে অতিক্রম করে ১৯৮৯ সালের অগস্টে। এই সময়ে এই দুই গ্রহের খামখেয়ালি চৌম্বকক্ষেত্রের পরিচয় পেয়েছিল ভয়েজার-২। বিজ্ঞানীরা ওই চৌম্বকক্ষেত্রকে ব্যাখ্যা করেছেন ‘বন্য, অসংলগ্ন’ বলে। বিজ্ঞানীদের বিশ্বাস, এই চৌম্বকক্ষেত্রের জন্য দায়ী নেপচুন এবং ইউরেনাসের কালো রঙের উষ্ণ বরফ।
বিশেষ পরিস্থিতিতে জল কালো, কঠিন এবং উষ্ণ রূপ ধারণ করে। একে তখন বলে সুপার-আয়োনিক জল। এই ধরনের জল নিয়ে ক্যালিফর্নিয়ার গবেষণাগারে দিনের পর দিন কাজ করেছেন বিজ্ঞানীরা। পূর্বের গবেষণার ফল একত্রিত করে এবং নিজেদের বক্তব্য জানিয়ে একটি রিপোর্ট প্রকাশ করেছেন ‘নেচার কমিউনিকেশন্স’ পত্রিকায়। কী ভাবে সুপার-আয়োনিক জল থেকে অদ্ভুত চরিত্রের চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি হয়, তার সম্ভাব্য ব্যাখ্যা দেওয়া হয়েছে। বিজ্ঞানীদের মতে, কঠিন, তরল, গ্যাসীয় এবং প্লাজ়মার বাইরেও জলের একটি রূপ রয়েছে। অস্বাভাবিক উচ্চ তাপ এবং চাপে জল সুপার-আয়োনিক অবস্থায় পৌঁছে যায়। কঠিন বরফের মতো দেখতে হলেও তখন আসলে এটি পরিণত হয় স্ফটিকাকার জালে। মূলত অক্সিজেনের অণু এই জাল তৈরি করে। জলের হাইড্রোজেন অণুগুলি মুক্ত ভাবে জালের চারপাশে ঘুরে বেড়ায়। তাতেই বিদ্যুৎ সঞ্চালিত হয়।
বিষয়টিকে আরও ভাল ভাবে বুঝতে হাতেকলমে পরীক্ষা করে দেখতে চেয়েছিলেন বিজ্ঞানীরা। ক্যালিফর্নিয়ার গবেষণাগারে নেপচুনের পারিপার্শ্বিকের মতো পরিস্থিতি তৈরি করে তার মধ্যে জল ফেলে দেখেন তাঁরা। কিন্তু পৃথিবীতে বসে নেপচুনের মতো চাপ এবং তাপ আনা সহজ নয়। জলের অণুকে ২৫০০ কেলভিন তাপ দেওয়া এবং প্রয়োজনীয় উচ্চ চাপ তৈরি করা গিয়েছিল বটে, তবে কাঙ্ক্ষিত ফল মেলেনি। দীর্ঘ ক্ষণ নেপচুনের মতো পরিবেশ পৃথিবীতে বজায় রাখা সম্ভব নয়। সুপার-আয়োনিক জল তৈরি হয়েছিল ক্যালিফর্নিয়ার গবেষণাগারে। কিন্তু তা মাত্র কয়েক সেকেন্ড স্থায়ী হয়। সেকেন্ডের অতি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশের মধ্যে জলের নমুনাটিকে এক্স রশ্মির সাহায্যে ভেদ করা হয়। অস্থির চৌম্বকক্ষেত্রের সামান্য ইঙ্গিতও তাতে মেলেনি। তবে বিজ্ঞানীদের দাবি, এখান থেকে কোনও নির্দিষ্ট সিদ্ধান্তে আসা উচিত হবে না। চৌম্বকক্ষেত্রের খামখেয়ালিপনার জন্য সুপার-আয়োনিক জল দায়ী নয়— এমন কোনও নিশ্চয়তা এখনও মেলেনি।
পৃথিবীতে এই ধরনের সুপার-আয়োনিক জল কখনও দেখা যাবে না। তবে সৌরজগতেরই দু’টি গ্রহে এমন জল রয়েছে দেখে বিজ্ঞানীরা একটি অনুমান করতে পেরেছেন— ব্রহ্মাণ্ডের অধিকাংশ গ্রহ, উপগ্রহই এই ধরনের জলে পরিপূর্ণ। কারণ নেপচুন এবং ইউরেনাসের পরিস্থিতির সঙ্গে সৌরজগতের বাইরের অনেক গ্রহের পারিপার্শ্বিকের মিল রয়েছে। এমনকি, বিজ্ঞানীদের একাংশের দাবি, মহাকাশে জলের বেশিরভাগ অংশ এই রূপেই পাওয়া যাবে।
নাসার ভয়েজার–২ মহাকাশযানের আবিষ্কার শুধু সৌরজগত সম্পর্কে আমাদের ধারণাই বদলায়নি, বদলে দিয়েছে জল—এই আপাতদৃষ্টিতে পরিচিত পদার্থটিকে বোঝার দৃষ্টিভঙ্গিও। পৃথিবীতে জল মানেই আমরা সাধারণত তিনটি অবস্থার কথা জানি—কঠিন (বরফ), তরল (জল) এবং গ্যাসীয় (জলীয় বাষ্প)। আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানে প্লাজ়মাকেও ধরা হয় জলের আরেকটি চরম অবস্থা হিসেবে। কিন্তু সাম্প্রতিক গবেষণা দেখাচ্ছে, এই চারটির বাইরেও জলের আরও এক বিস্ময়কর রূপ রয়েছে—সুপার-আয়োনিক জল, যা আমাদের পরিচিত বিজ্ঞানের সীমাকে কার্যত চ্যালেঞ্জ করছে।
১৯৭৭ সালে উৎক্ষেপিত ভয়েজার–২ ছিল এক অভূতপূর্ব মহাকাশ অভিযান। বৃহস্পতি, শনি, ইউরেনাস এবং নেপচুন—এই চারটি বহির্গ্রহকে কাছ থেকে পর্যবেক্ষণ করা একমাত্র মহাকাশযান এটি। বিশেষ করে ইউরেনাস (১৯৮৬) ও নেপচুন (১৯৮৯) অতিক্রম করার সময় যে তথ্য পাঠায় ভয়েজার–২, তা আজও বিজ্ঞানীদের গবেষণার কেন্দ্রে রয়েছে।
এই দুই গ্রহের সবচেয়ে বিস্ময়কর দিক ছিল তাদের চৌম্বকক্ষেত্র। পৃথিবীর চৌম্বকক্ষেত্র তুলনামূলক ভাবে সুশৃঙ্খল—মেরু স্পষ্ট, ক্ষেত্ররেখাগুলি মোটামুটি ভারসাম্যপূর্ণ। কিন্তু ইউরেনাস ও নেপচুনের চৌম্বকক্ষেত্র যেন এলোমেলো, অপ্রতিসম এবং গ্রহের কেন্দ্র থেকে সরে থাকা। বিজ্ঞানীরা একে আখ্যা দিয়েছেন “বন্য” বা “অসংলগ্ন” (chaotic) চৌম্বকক্ষেত্র হিসেবে।
প্রথম দিকে ধারণা ছিল, হয়তো এই গ্রহগুলির কেন্দ্রে লোহার মতো ধাতব কোর নেই, তাই এমন অস্বাভাবিক আচরণ। কিন্তু পরে দেখা গেল, বিষয়টি আরও জটিল। এখানেই সামনে আসে “কালো, উষ্ণ বরফ” বা সুপার-আয়োনিক জলের ধারণা।
সুপার-আয়োনিক জল নামটা শুনতে আপাতবিরোধী মনে হলেও, এটি বাস্তব এবং পরীক্ষাগারে প্রমাণিত। অস্বাভাবিক উচ্চ চাপ (লক্ষ লক্ষ গুণ পৃথিবীর বায়ুচাপ) এবং কয়েক হাজার কেলভিন তাপমাত্রায় জল এমন এক অবস্থায় পৌঁছে যায়, যেখানে এটি দেখতে কঠিন বরফের মতো হলেও ভেতরে ভেতরে সম্পূর্ণ ভিন্ন আচরণ করে।
এই অবস্থায়—
অক্সিজেন পরমাণুগুলি একটি স্ফটিকাকার জাল (crystal lattice) তৈরি করে, ঠিক যেমন কঠিন পদার্থে দেখা যায়।
কিন্তু হাইড্রোজেন আয়নগুলি সেই জালের ভেতর দিয়ে প্রায় মুক্ত কণার মতো চলাচল করতে থাকে।
এর ফলে পদার্থটি একসঙ্গে কঠিন এবং বিদ্যুৎ পরিবাহী হয়ে ওঠে।
এই বিদ্যুৎ পরিবাহিতার ক্ষমতাই বিজ্ঞানীদের কাছে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ। কারণ কোনও গ্রহে শক্তিশালী ও অদ্ভুত চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি হওয়ার জন্য ভেতরে এমন কোনও স্তর দরকার, যেখানে বিদ্যুৎ পরিবাহী তরল বা অর্ধ-কঠিন পদার্থ ঘূর্ণায়মান অবস্থায় থাকে।
ইউরেনাস ও নেপচুনকে বলা হয় “আইস জায়ান্ট” (Ice Giants)। কিন্তু এখানে “বরফ” বলতে শুধু জমাট জল বোঝায় না। বরং জল, অ্যামোনিয়া, মিথেনের মতো যৌগগুলি অত্যন্ত উচ্চ চাপ ও তাপে এক অদ্ভুত অবস্থায় থাকে। এই গ্রহগুলির অভ্যন্তরে—
উপরের স্তরে রয়েছে হাইড্রোজেন ও হিলিয়ামের বায়ুমণ্ডল,
তার নিচে রয়েছে ঘন, উষ্ণ বরফের স্তর,
আর আরও গভীরে হয়তো সুপার-আয়োনিক জলের বিশাল অঞ্চল।
এই সুপার-আয়োনিক স্তর ঘূর্ণায়মান হলে তার মধ্যে চলমান আয়নগুলি শক্তিশালী কিন্তু অস্থির চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি করতে পারে। এর ফলে চৌম্বকক্ষেত্র গ্রহের কেন্দ্র থেকে সরে যায়, ক্ষেত্ররেখাগুলি হয় অসম ও খামখেয়ালি—ঠিক যেমনটি ভয়েজার–২ পর্যবেক্ষণ করেছিল।
স্বাভাবিক প্রশ্ন—যদি জল এমন রূপ নিতে পারে, তবে পৃথিবীতে কেন তা দেখা যায় না? উত্তর লুকিয়ে আছে চাপ ও তাপমাত্রায়। পৃথিবীর গভীরতম অংশেও জল কখনও কয়েক হাজার কেলভিন তাপমাত্রা এবং লক্ষ লক্ষ বায়ুচাপের সম্মুখীন হয় না। ফলে এখানে সুপার-আয়োনিক জলের মতো অবস্থা তৈরি হওয়া কার্যত অসম্ভব।
ক্যালিফর্নিয়ার গবেষণাগারে বিজ্ঞানীরা লেজ়ার ও ডায়মন্ড অ্যানভিল সেলের সাহায্যে সাময়িক ভাবে নেপচুনের মতো পরিবেশ তৈরি করেছিলেন। সেখানে কয়েক সেকেন্ডের জন্য সুপার-আয়োনিক জল তৈরি করা গিয়েছিল। কিন্তু সময় এতই অল্প ছিল যে, স্থায়ী চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি হওয়ার মতো পরিস্থিতি আসেনি। এক্স-রে পরীক্ষাতেও শুধু কাঠামোর আভাস মিলেছে, পূর্ণাঙ্গ চৌম্বক আচরণ নয়।
তবু বিজ্ঞানীরা একমত—এই ফলাফল মানেই এই নয় যে সুপার-আয়োনিক জল চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি করতে পারে না। বরং প্রকৃত গ্রহের ভেতরে কোটি কোটি বছর ধরে চলা প্রক্রিয়ার সঙ্গে কয়েক সেকেন্ডের পরীক্ষাগার ফলের তুলনা করা যায় না।
এই গবেষণার সবচেয়ে উত্তেজক দিক সম্ভবত এখানেই। নেপচুন ও ইউরেনাসের মতো পরিবেশ শুধু আমাদের সৌরজগতেই নয়, সৌরজগতের বাইরের বহু এক্সোপ্ল্যানেটেও রয়েছে। বিশেষ করে “সুপার-আর্থ” ও “মিনি-নেপচুন” শ্রেণির গ্রহগুলিতে উচ্চ চাপ ও তাপমাত্রা অত্যন্ত সাধারণ।
বিজ্ঞানীদের একটি অংশের মতে—
ব্রহ্মাণ্ডের অধিকাংশ গ্রহ ও উপগ্রহের অভ্যন্তরে সুপার-আয়োনিক জল থাকতে পারে।
এমনকি মহাকাশে জলের সবচেয়ে সাধারণ রূপ হয়তো এই সুপার-আয়োনিক অবস্থাই।
যদি এই ধারণা সত্যি হয়, তবে জল সম্পর্কে আমাদের এতদিনের “পৃথিবীকেন্দ্রিক” ধারণা সম্পূর্ণ বদলে যাবে। জল আর শুধু জীবনধারণের মাধ্যম নয়, বরং গ্রহের চৌম্বকক্ষেত্র, অভ্যন্তরীণ গঠন ও বিবর্তনের অন্যতম নিয়ামক হয়ে উঠবে।
নাসা ও ইউরোপিয়ান স্পেস এজেন্সি ইতিমধ্যেই ইউরেনাস ও নেপচুনে নতুন মিশনের পরিকল্পনা করছে। উন্নত যন্ত্রপাতি নিয়ে পাঠানো মহাকাশযান ভবিষ্যতে এই গ্রহগুলির চৌম্বকক্ষেত্র, তাপমাত্রা ও অভ্যন্তরীণ গঠন আরও নির্ভুল ভাবে বিশ্লেষণ করতে পারবে।
একই সঙ্গে পৃথিবীর গবেষণাগারেও চলছে আরও শক্তিশালী পরীক্ষার প্রস্তুতি—যেখানে আরও দীর্ঘ সময় ধরে সুপার-আয়োনিক জল ধরে রাখা সম্ভব হতে পারে। তখন হয়তো পরিষ্কার ভাবে বোঝা যাবে, এই অদ্ভুত জলের ভূমিকাই কি সত্যিই ইউরেনাস ও নেপচুনের “বন্য” চৌম্বকক্ষেত্রের মূল চাবিকাঠি।
ভয়েজার–২ যে তথ্য পাঠিয়েছিল, তা আজও আমাদের বিস্মিত করে চলেছে। একটি ছোট মহাকাশযানের পাঠানো ডেটা থেকে বিজ্ঞানীরা শুধু দূরবর্তী দুই গ্রহের নয়, গোটা ব্রহ্মাণ্ডে জলের প্রকৃতি নিয়েই নতুন করে ভাবতে শুরু করেছেন। সুপার-আয়োনিক জল হয়তো পৃথিবীতে কখনও দেখা যাবে না, কিন্তু মহাকাশের অগণিত গ্রহে এটি নীরবে কাজ করে চলেছে—গ্রহের হৃদয়ে বিদ্যুৎ বইয়ে দিয়ে, চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি করে, আর আমাদের বিজ্ঞানকে প্রতিনিয়ত নতুন প্রশ্নের মুখে দাঁড় করিয়ে।
