#अवकाशाचे_अंतरंग भाग १... विनीत वर्तक ©

#अवकाशाचे_अंतरंग भाग १... विनीत वर्तक ©

२५ डिसेंबर २०२१ रोजी एरियन ५ रॉकेट द्वारे जेम्स वेब दुर्बीण अवकाशात प्रक्षेपित करण्यात आली होती. आता जवळपास ४ महिन्या नंतर ती तिच्या नियोजित ठिकाणी जाऊन पोहचली आहे. अनेक गुंतागुंतीच्या तांत्रिक पायऱ्यांनंतर ती आता भूतकाळाचा जवळपास शोध घ्यायला सज्ज झाली आहे. त्या निमित्ताने काही प्रश्नांचा घेतलेला वेध. 

लाग्रांज पॉईंट म्हणजे काय? जेम्स वेब एल २ या पॉईंट वर का प्रक्षेपित केली गेली? 

मुळात लाग्रांज पॉईंट म्हणजे काय ते आपण समजून घेऊ. त्या तिकडेच एखादी दुर्बीण अथवा यान पाठवल्यामुळे काय फायदे आहेत. समजा तुम्ही रस्सीखेच खेळत आहात. दोन्ही बाजूने दोर ओढणारे लोक आपल्याकडे ती खेचत आहेत. पण जर दोन्ही बाजूच्या लोकांनी लावलेला जोर सारखाच असेल तर काय होईल? रस्सी किंवा तो दोर जिकडे आहे तिकडेच राहील. याचा अर्थ दोन बल जर विरुद्ध दिशेने सारखी काम करत असतील तर त्याचा परीणाम शून्य असतो. 

आता आपण अवकाशात जाऊ. पृथ्वी आणि चंद्र या दोघांना आपलं गुरुत्वाकर्षण आहे. पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे आपण अवकाशात फेकले जात नाही. चंद्राच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वीवर भरती - ओहोटी चा खेळ चालतो हे आपण पुस्तकात शिकलेलो आहे. समजा चंद्र आणि पृथ्वी यांच्या दोघांच्या गुरुत्वाकर्षणाचा एका सरळ रेषेत विचार केला तर असं लक्षात येईल की या दोघांच्या मधे असं एक ठिकाण येईल जेव्हा चंद्र आणि पृथ्वी यांच्या गुरुत्वाकर्षणाची शक्ती अगदी सारखी पण विरुद्ध दिशेला असेल. चंद्र चंद्राकडे आपल्याला खेचेल आणि पृथ्वी स्वतःकडे. जी परिस्थिती मी रस्सीखेच मधली लिहली तीच आपण अनुभवू. अश्या ठिकाणी काय होईल तर दोघांच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परीणाम शून्य असेल. आपण कुठेच जाणार नाही. ही जागा म्हणजेच 'लाग्रांज पॉईंट'. ज्याला एल १ असं म्हणतात. 

यात मोठी गोष्ट आहे की पृथ्वी, चंद्र आणि तुम्ही हे अवकाशात स्थिर नसतात. पृथ्वी स्वतःभोवती आणि सूर्याभोवती परिवलन करते तर चंद्र पृथ्वी आणि सूर्याभोवती. या परिवलनामुळे तिसरं एक बल जुळते त्याला 'केंद्रप्रसारक शक्ती' (सेन्ट्रिफ्युगल फोर्स) असं म्हणतात. आता समजा एखादं यान चंद्र आणि पृथ्वी या भोवती जर परिवलन करत असेल तर चंद्र आणि पृथ्वी यांच्या एकत्रित गुरुत्वाकर्षणाचा परीणाम त्यावर होईल आणि त्याचवेळी परिवलनामुळे निर्माण होणारा  सेन्ट्रिफ्युगल फोर्स ही त्यावर काम करेल. आता या तिन्ही बलांचा एकत्रित विचार केला तर लक्षात येईल की अश्या जागा असतील जिकडे चंद्र आणि पृथ्वी यांच एकत्रित गुरुत्वाकर्षण आणि त्याचवेळी विरुद्ध दिशेने काम करणारा सेन्ट्रिफ्युगल फोर्स यांची शक्ती सारखी असेल. अश्या जागा कुठे येतील तर एक म्हणजे चंद्र मग पृथ्वी आणि त्याच्या पलीकडे (एल २) आणि दुसरी म्हणजे पृथ्वी मग चंद्र आणि त्याच्या पलीकडे (एल ३). जोसेफ लाग्रांज याने १७७२ 'जनरल थ्री बॉडी प्रॉब्लेम' या नावाने एक प्रमेय शोधलं. त्याने सिद्ध केलं की अश्या थ्री बॉडी सिस्टीम मधे प्रत्येकवेळी पाच जागा असतात की जिकडे कोणत्याही बलाचा प्रभाव हा शून्य असतो. त्यालाच लाग्रांज पॉईंट असं म्हणतात. 

शुन्य बलाची जागा कोणत्याही यानासाठी अथवा दुर्बिणीसाठी का उपयोगी असते? उत्तर सोप्प आहे की यानावर कोणतंही बल काम करत नसेल तर यान अथवा दुर्बीण त्याच जागेवर राहण्यासाठी इंधन खर्च करण्याची गरज नाही. पण असं प्रत्यक्षात होत नाही. आपण विचार करू की आपण दोन्ही एखाद्या सी सॉ च्या मध्यभागी उभे आहोत. आपण कुठेही झुकत नसलो तरी आपल्याला स्वतःला बॅलन्स करायला हात बाहेर काढून सांभाळावं लागते. अगदी सेम यान किंवा दुर्बिणीला करावं लागते. त्याच स्थितीत राहण्यासाठी मधे मधे त्यांना इंजिन चालवून पुन्हा आपल्या नियोजित स्थळी आणावं लागते. अर्थात ही प्रक्रिया खूप कमी वेळा आणि जास्त कालावधी मधेच करावी लागते. त्यामुळे लागणारं इंधन हे अगदी नाममात्र असते. जेम्स वेब दुर्बीणीचं प्रस्तावित आयुष्य १० वर्षाच आहे. त्यामुळे इतक्या लांब कालावधीसाठी त्यात इंधनाची सोय केलेली आहे. 

एल १ ते एल ५ असे पाच पॉईंट असताना एल २ याच पॉईंट ची निवड करण्यामागे जेम्स वेब कश्या पद्धतीने काम करते ते कारणीभूत आहे. एल २ हा जो पॉईंट आहे तो पृथ्वीपासून तब्बल १.५ मिलियन (१५ लाख) किलोमीटर लांब पृथ्वीच्या पलीकडे आहे. या एल २ पॉईंट आणि अंतराचे खूप फायदे आहेत. एकतर या पॉईंट वर पृथ्वीची छाया सतत पडते. म्हणजे सूर्याची कोणतीही किरणे थेट पडत नाहीत. त्याशिवाय पृथ्वीपासून इतक्या लांब असल्यामुळे पृथ्वीच रेडिएशन आणि सूर्याची छाया या दोघांपासून जेम्स वेब सुरक्षित रहाते. जेम्स वेब ला काम करण्यासाठी ४४ के म्हणजेच उणे -२३३ डिग्री सेल्सिअस तपमान असण्याची गरज आहे. त्याच्या आसपास जाणारं तपमान एल २ पॉईंट किंवा ऑर्बिट म्हणू कारण तिकडे जेम्स वेब परिवलन करत आहे ते असते. 

जेम्स वेब ला इतक्या शीत तपमानाची गरज काय? कश्या पद्धतीने ते कमी ठेवण्यासाठी उपाय योजना केली गेली आहे? 

हा लेख लिहीपर्यंत जेम्स वेब दुर्बीण मानवनिर्मित या विश्वातील सगळ्यात थंड वस्तू म्हणून नोंदली गेली आहे. सध्या तिच्या आरश्यांच तपमान ५० के पर्यंत कमी झालेलं आहे. येत्या काही दिवसात ते अजून कमी होईल. ज्यामुळे ज्या ४४ के तापमानाची तिला गरज आहे ते जवळपास दृष्टीक्षेपात आलेलं असेल. जेम्स वेब ला का याची गरज आहे? 

१९१५ मधे जगविख्यात शास्त्रज्ञ अल्बर्ट आईनस्टाईनने जनरल रिलेटिव्हिटीच्या थेअरीमध्ये एक विलक्षण गोष्ट सिद्ध केली होती. ती म्हणजे विश्वाचं प्रसरण. अल्बर्ट आईनस्टाईनने सप्रमाण सिद्ध केलं की विश्वाची उत्पत्ती झाल्यापासून ते प्रसरण पावत आहे. विश्वाचं प्रसरण म्हणजे नक्की काय हे समजून घ्यायला आपण रबराचं उदाहरण घेऊ. रबराच्या दोन्ही टोकाला समजा दोन वस्तू आहेत. समजा आपण रबर ताणला तर काय होईल? दोन्ही वस्तू एकमेकांपासून जरी दूर गेल्या नसल्या तरी रबर ताणल्यामुळे त्यांमधील अंतर आपोआप वाढलेलं असेल. अगदी हेच विश्वात होते आहे. यात वस्तू म्हणजे विश्वातील आकाशगंगा आणि रबर म्हणजे त्यातील मोकळी असलेली जागा. आता ही जागा जर प्रसरण पावत असेल तर त्याच्या दोन्ही टोकाला असणाऱ्या आकाशगंगा या एकमेकांपासून आपोआप लांब होतील. याचवेळी त्यामधे प्रवास करणारा प्रकाश सुद्धा ताणला जाईल. प्रकाश ताणला जाईल म्हणजे काय? तर त्याची तरंग लांबी वाढेल. तरंग लांबी वाढली तर एखादा अल्ट्राव्हायोलेट भागात असणारा प्रकाश दृश्य रूपात तर दिसणारा प्रकाश इन्फ्रारेडकडे वाटचाल करेल. आता लक्षात आलं असेल की जर विश्व प्रसरण पावते आहे, तर १३.५ बिलियन प्रकाशवर्ष अंतरावरून येणारा प्रकाश हा प्रचंड प्रमाणात ताणला गेला असेल. यालाच 'रेडशिफ्ट' असं म्हणतात. जर आपल्याला अधिक दूरवरचा प्रकाश आणि तो ज्यांच्याकडून येतो त्या गोष्टी बघायच्या असतील तर आपल्या दुर्बिणी पण रेडशिफ्ट करायला हव्यात.

आपण जो प्रकाश आत्ता बघत आहोत तो त्याच्या मूळ स्थानापासून मिलियन, बिलियन वर्षांपूर्वी निघालेला आहे. आज आपण जी स्थिती बघणार ती मिलियन, बिलियन वर्षांपूर्वीची असेल. याचा सरळ अर्थ आपण भूतकाळात डोकावून बघत आहोत. जिथून प्रकाश निघाला तिथून ते तो आपल्यापर्यंत पोहोचला तिथपर्यंत त्याच्या मार्गात धूळ, गॅस हे घटक आडवे आले असतील. त्यामुळे तो प्रकाश त्यात शोषला जातो किंवा अडवला जातो. त्यामुळे व्हिजिबल स्पेक्ट्रममधील प्रकाश हा आपल्यापर्यंत पोहोचत नाही. प्रकाश पोहोचला नाही तर आपल्याला अंधार दिसणार. पण याला अपवाद आहे इन्फ्रारेड. इन्फ्रारेड तरंगांमधील प्रकाश अवकाशातील गॅस आणि धुळीचं साम्राज्य अडवू शकत नाही. तो त्यांना चिरून आरपार निघून जातो. याचा सरळ अर्थ आहे की इन्फ्रारेड तरंग लांबी मधून दिसणारं विश्व हे अधिक सखोल आणि सुस्पष्ट असणार आहे. या दोन महत्वाच्या कारणांसाठी जेम्स वेब दुर्बीण ही इन्फ्रारेड प्रकाश बघण्यासाठी बनवली गेली.

इन्फ्रारेड तरंग लांबीतील प्रकाश बघणं तितकं सोप्पं नाही. त्यासाठीच जेम्स वेब दुर्बीण बनवताना खूप काळजी घेतली गेली आहे. यातील उपकरणं तपमानावर खूप अवलंबून आहेत. तपमानातील थोडा फरक सुद्धा अश्या दुर्बिणीला आंधळं बनवू शकतो. जर या दुर्बीणीचं तपमान वाढलं तर त्यावरून परावर्तित होणाऱ्या उष्णतेमुळे दुर्बीण लांबून येणारा इन्फ्रारेड प्रकाश बघू शकत नाही. आता लक्षात आलं असेल की का जेम्स वेबसाठी तपमान अतिशय महत्वाचं आहे. त्यासाठीच तिला अतिशीत ठेवणं अत्यंत गरजेचं आहे. 

यासाठी नासाने दुर्बिणीत मानवाच्या अनेक नवीन तंत्रज्ञानाचा वापर केला आहे. तसेच जेम्स वेब आपल्यापुढे विश्वाची कोणती कवाड खुली करणार आणि विश्वातील अनेक अंतरंगांबद्दल ते कोणते जाणून घेऊ पुढल्या या सिरीज च्या पुढल्या भागात. 

क्रमशः 

फोटो शोध सौजन्य :- गुगल 

सूचना :- ह्या पोस्टमधील शब्दांकन (विनीत वर्तक ©) कॉपीराईट आहे.