UPPSC 2022 प्रारंभिक प्रश्नपत्र-I · प्रश्न 36 / 150

सही उत्तर — (d) मीथेन। शनि एक गैसीय दानव (gas giant) है, और बृहस्पति की तरह यह भी प्रमुख रूप से दो सबसे हल्के तत्वों से बना है: इसका वायुमंडल आयतन के अनुसार लगभग 96 प्रतिशत आणविक हाइड्रोजन और लगभग 3 प्रतिशत हीलियम है। बाकी सब कुछ एक अल्प घटक है — और इन अल्प घटकों में मीथेन प्रमुख है, साथ में अमोनिया, इथेन, फॉस्फीन और जल-बर्फ। यही कारण है कि यहाँ उत्तर मीथेन है: प्रश्न को इस रूप में पढ़ें कि 'इन चारों में से कौन-सी गैस शनि के वायुमंडल में वास्तव में किसी सराहनीय मात्रा में मौजूद है', क्योंकि अन्य तीन वहाँ किसी भी सार्थक मात्रा में मौजूद नहीं हैं। मीथेन बाहरी ग्रहों पर एक दृश्य प्रभाव भी उत्पन्न करती है। यह लाल प्रकाश को प्रबलता से अवशोषित करती है, इसलिए मीथेन-युक्त वायुमंडल स्पेक्ट्रम के नीले सिरे को परावर्तित करता है — यही कारण है कि अरुण (Uranus) और वरुण (Neptune), जहाँ मीथेन अनुपातिक रूप से कहीं अधिक प्रचुर है, नीले-हरे दिखाई देते हैं, जबकि शनि पर अमोनिया की धुंध ही उस पीले-सुनहरे रंग पर हावी रहती है जो हम देखते हैं।

• (a)कार्बन मोनोआक्साइड — बाहरी ग्रहों में कार्बन मोनोआक्साइड केवल अल्प मात्रा में ही पाई गई है। शनि जैसे हाइड्रोजन-समृद्ध, रासायनिक रूप से अपचायक (reducing) वायुमंडल में, कार्बन अधिकांशतः अपने पूर्णतः हाइड्रोजनीकृत रूप — मीथेन — में ही रहता है, न कि किसी ऑक्साइड के रूप में, इसलिए कार्बन मोनोआक्साइड कोई प्रमुख घटक नहीं हो सकता।
• (b)नाइट्रोजन — यह सबसे लुभावना गलत उत्तर है, क्योंकि नाइट्रोजन वास्तव में एक निकटवर्ती वायुमंडल में प्रमुख गैस है — शनि के सबसे बड़े उपग्रह टाइटन के, जिसका गाढ़ा नाइट्रोजन आवरण कुछ प्रतिशत मीथेन के साथ सौरमंडल के सर्वाधिक अध्ययनित वायुमंडलों में से एक है। परन्तु टाइटन एक उपग्रह है, ग्रह नहीं। शनि पर स्वयं जो नाइट्रोजन मौजूद है वह मुख्यतः अमोनिया के रूप में बँधी है, और मुक्त नाइट्रोजन कोई प्रमुख घटक नहीं है।
• (c)सल्फर डाईआक्साइड — सल्फर डाईआक्साइड ज्वालामुखीय और उपचायक (oxidising) परिवेशों से सम्बन्धित है — शुक्र के बादल और बृहस्पति के उपग्रह आयो (Io) के गुबार इसके मानक उदाहरण हैं। यह किसी ठंडे, हाइड्रोजन-प्रधान विशाल-ग्रह वायुमंडल का घटक नहीं है, जहाँ सल्फर, यदि होता भी है, तो अपचयित (reduced) रूपों में होता है।

सौरमंडल वायुमंडलों के दो कुलों में बँटता है। भीतरी चट्टानी ग्रह हाइड्रोजन और हीलियम को थामे नहीं रह सके, इसलिए उनके वायुमंडल द्वितीयक और भारी हैं — शुक्र और मंगल पर कार्बन डाईआक्साइड, पृथ्वी पर नाइट्रोजन और आक्सीजन। बाहरी विशालकाय ग्रह, बृहस्पति और शनि, इतने विशाल और इतने ठंडे थे कि जिस निहारिका-गैस से वे बने थे उसे थामे रह सके, इसलिए उनके वायुमंडल आज भी प्रमुखतः हाइड्रोजन और हीलियम हैं, मूलतः सूर्य जैसी ही संरचना। ऐसे अपचायक, हाइड्रोजन-संतृप्त परिवेश में हल्के तत्व आक्सीजन के बजाय हाइड्रोजन के साथ संयोजित होते हैं: कार्बन मीथेन बन जाता है, नाइट्रोजन अमोनिया बन जाता है, आक्सीजन जल बन जाता है। किसी विशाल ग्रह की अल्प गैसों के नाम बताना इसलिए रटना नहीं है — यह रसायन-विज्ञान से स्वतः निकलता है।

परीक्षक यह दावा नहीं कर रहा कि मीथेन निरपेक्ष रूप से प्रचुर है; यह शनि के वायुमंडल का एक प्रतिशत का भी अंश है। प्रश्न तुलनात्मक है, और यह इसलिए काम करता है क्योंकि अन्य तीनों विकल्प एक अलग रासायनिक व्यवस्था — एक उपचायक व्यवस्था — की गैसें हैं। कार्बन मोनोआक्साइड और सल्फर डाईआक्साइड को उस आक्सीजन की आवश्यकता होती है जो हाइड्रोजन-समृद्ध विशाल ग्रह उपलब्ध नहीं कराता, और मुक्त नाइट्रोजन शनि की नहीं बल्कि टाइटन की विशेषता है। यदि अभ्यर्थी यह ध्यान रखे कि विशाल ग्रह अपचायक हैं और भीतरी ग्रह उपचायक, तो निष्कासन कुछ ही क्षणों में हो जाता है। जिस वास्तविक भ्रम से बचना है वह है शनि बनाम उसका उपग्रह टाइटन: नाइट्रोजन का उत्तर उपग्रह के लिए सही है और ग्रह के लिए गलत।

• शनि का वायुमंडल आयतन के अनुसार लगभग 96 प्रतिशत आणविक हाइड्रोजन और लगभग 3 प्रतिशत हीलियम है; मीथेन, अमोनिया, इथेन, फॉस्फीन और जल-बर्फ शेष का निर्माण करते हैं।
• किसी विशाल ग्रह के अपचायक रसायन-विज्ञान में, कार्बन मीथेन (CH4) के रूप में और नाइट्रोजन अमोनिया (NH3) के रूप में प्रकट होते हैं, ऑक्साइड के रूप में नहीं।
• टाइटन, शनि का सबसे बड़ा उपग्रह, नाइट्रोजन-प्रधान सघन वायुमंडल रखता है जिसमें कुछ प्रतिशत मीथेन है — यही नाइट्रोजन वाले विकर्षक (distractor) का स्रोत है।
• मीथेन लाल प्रकाश को अवशोषित करती है, यही कारण है कि मीथेन-समृद्ध अरुण और वरुण नीले-हरे दिखते हैं; शनि का पीला-सुनहरा रूप मुख्यतः अमोनिया के बादलों की धुंध से आता है।
• कैसिनी-हाइगेंस मिशन, एक NASA-ESA-ASI परियोजना, ने शनि की परिक्रमा की और हाइगेंस जाँच-यान को टाइटन पर उतारा — दोनों वायुमंडलों पर अधिकांश आधुनिक आँकड़ों का स्रोत यही मिशन है।

• टाइटन के नाइट्रोजन-वायुमंडल को शनि पर ही आरोपित कर देना — इस प्रश्न पर सबसे सामान्य त्रुटि
• 'बड़ी मात्रा' को निरपेक्ष प्रचुरता के रूप में पढ़ना; शनि पर मुख्य गैसें हाइड्रोजन और हीलियम हैं, और मीथेन केवल दिए गए अन्य विकल्पों की तुलना में ही 'बड़ी मात्रा' में है
• कार्बन मोनोआक्साइड या सल्फर डाईआक्साइड जैसी उपचायित (oxidised) गैसों को किसी हाइड्रोजन-समृद्ध विशाल ग्रह में आयातित मान लेना, जहाँ रसायन-विज्ञान अपचायक है

UPPSC ग्रहीय वायुमंडलों को एक-पंक्ति के 'कौन-सी गैस' प्रश्न के रूप में पूछता है। UPSC परिणाम को प्राथमिकता देता है — शुक्र पर उसकी कार्बन डाईआक्साइड को देखते हुए जीवन असंभाव्य क्यों है, इस पर एक अभिकथन-कारण प्रश्न, या किसी अंतरिक्ष-यान को गंतव्य से मिलाने वाला प्रश्न जो इस ज्ञान पर टिका है कि कैसिनी-हाइगेंस शनि गया था। प्रत्येक ग्रह को एक जोड़ी के रूप में सीखें: प्रमुख गैस और उसके द्वारा उत्पन्न प्रभाव।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  शनि के सबसे बड़े उपग्रह टाइटन का वायुमंडल मुख्यतः किससे बना है ?

  • (a)कार्बन डाईआक्साइड
  • (b)नाइट्रोजन
  • (c)हाइड्रोजन
  • (d)आक्सीजन

  उत्तर(b) नाइट्रोजन — टाइटन का सघन वायुमंडल बड़े पैमाने पर नाइट्रोजन का है जिसमें कुछ प्रतिशत मीथेन है, शनि से भिन्न, जो स्वयं हाइड्रोजन और हीलियम का है।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  अरुण और वरुण का नीला-हरा रंग मुख्यतः उनके वायुमंडल में किस गैस की उपस्थिति के कारण है ?

  • (a)हीलियम
  • (b)अमोनिया
  • (c)मीथेन
  • (d)सल्फर डाईआक्साइड

  उत्तर(c) मीथेन — यह स्पेक्ट्रम के लाल भाग में प्रबलता से अवशोषित करती है, इसलिए वापस बिखरा हुआ प्रकाश नीले और हरे रंग से प्रभावित रहता है।