जेम्स वेब टेलिस्कोप शेकडो प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या ग्रहांचा ३D नकाशा कसा बनवतो?

जाणून घ्या, विज्ञानाची ही अनोखी 'जादू' सोप्या मराठीत.

तुम्ही कधी विचार केला आहे का, की जे ग्रह आपल्या डोळ्यांना तर सोडाच, पण साध्या दुर्बिणीतूनही दिसत नाहीत, त्यांचा नकाशा शास्त्रज्ञ कसा काय बनवू शकतात? तेही चक्क ३D (त्रिमितीय) नकाशा! ऐकून एखाद्या सायन्स-फिक्शन चित्रपटातील गोष्ट वाटते ना? पण हे आता प्रत्यक्षात शक्य झाले आहे.

अलिकडेच खगोलशास्त्रज्ञांनी 'जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप' (JWST) च्या मदतीने आपल्या सूर्यमालेपासून तब्बल ४०० प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या 'WASP-18b' नावाच्या एका अवाढव्य ग्रहाच्या वातावरणाचा पहिला वहिला ३D नकाशा तयार केला आहे. हा ग्रह इतका दूर आहे की तिथून प्रकाशाला आपल्यापर्यंत पोहोचायला ४०० वर्षे लागतात, तरीही आपण तिथे कुठे किती उष्णता आहे, हे अचूकपणे सांगू शकतो.

पण हे नेमके शक्य कसे झाले? तिथे जाऊन फोटो काढणे तर अशक्य आहे. मग हा नकाशा बनला कसा?

Image created with AI

चिंता करू नका, यासाठी तुम्हाला रॉकेट सायंटिस्ट होण्याची गरज नाही. या लेखात आपण विज्ञानातील कोणतीही अवघड संज्ञा (Jargon) न वापरता, अत्यंत सोप्या भाषेत ही 'जादू' समजून घेणार आहोत. चला तर मग, विज्ञानाच्या या आश्चर्यकारक प्रवासाला सुरुवात करूया!

आपण थेट फोटो का काढू शकत नाही?

जेव्हा आपण म्हणतो की शास्त्रज्ञांनी एका परग्रहाचा नकाशा बनवला, तेव्हा आपल्या डोळ्यासमोर पहिल्यांदा काय येते? कदाचित एखाद्या उपग्रहाने (Satellite) काढलेला पृथ्वीचा किंवा चंद्राचा सुंदर, स्पष्ट फोटो. पण शेकडो प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या परग्रहांच्या बाबतीत हे अजिबात शक्य नसते.

का? याचे सर्वात मोठे कारण म्हणजे 'प्रकाशाचा झगझगाट'.

जे ग्रह आपल्या सूर्यमालेच्या बाहेर आहेत (ज्यांना 'Exoplanets' म्हणतात), ते कोणत्या ना कोणत्या ताऱ्याभोवती फिरत असतात. हे तारे आपल्या सूर्यासारखेच प्रचंड तेजस्वी असतात. या ताऱ्यांच्या तुलनेत त्यांच्याभोवती फिरणारे ग्रह खूपच छोटे आणि अंधुक असतात.

याला समजण्यासाठी एक सोपे उदाहरण घेऊया: 

समजा, रात्रीच्या अंधारात तुमच्यापासून काही किलोमीटर दूर एक गाडी उभी आहे आणि तिचे हेडलाईट फूल पॉवरने चालू आहेत. आता त्या हेडलाईटच्या अगदी बाजूला एक छोटासा काजवा (Firefly) उडत आहे. तुम्हाला इथून तो काजवा दिसेल का? अजिबात नाही! हेडलाईटच्या प्रखर प्रकाशामध्ये त्या इवल्याशा काजव्याचा मंद प्रकाश पूर्णपणे हरवून जाईल.

अगदी तसेच अंतराळात घडते. दूरवरच्या ताऱ्याचा प्रकाश इतका प्रखर असतो की त्यापुढे त्याच्या ग्रहाचा स्वतःचा (किंवा परावर्तित झालेला) प्रकाश नगण्य असतो. आपला नेहमीचा कॅमेरा, मग तो कितीही शक्तिशाली असो, तो फक्त त्या तेजस्वी ताऱ्याचाच फोटो टिपू शकतो, ग्रहाचा नाही.

त्यामुळे WASP-18b सारख्या ग्रहांचा ३D नकाशा बनवण्यासाठी शास्त्रज्ञांना साध्या फोटोग्राफीपेक्षा काहीतरी वेगळे, काहीतरी 'स्मार्ट' तंत्र वापरावे लागते. आणि इथेच 'जेम्स वेब'ची खरी कमाल दिसून येते!

Image created with AI

जेम्स वेबची जादू: ३D नकाशा बनवण्याच्या ३ सोप्या पायऱ्या

थेट फोटो काढणे शक्य नसेल, तर मग शास्त्रज्ञ हे कसे करतात? इथे ते एका गुप्तहेरासारखे काम करतात. ते थेट पुरावा शोधण्याऐवजी, छोट्या-छोट्या क्लुज (Clues) गोळा करून संपूर्ण चित्र तयार करतात. ही प्रक्रिया मुख्यत्वे ३ पायऱ्यांमध्ये होते:

पायरी १: प्रकाशाची लपाछपी (Transit Method)

सर्वात आधी ग्रहाचा शोध कसा लागतो? जेव्हा एखादा ग्रह त्याच्या ताऱ्याभोवती फिरताना आपल्या (म्हणजेच टेलिस्कोपच्या) आणि त्या ताऱ्याच्या मधून जातो, तेव्हा तो ताऱ्याचा थोडासा प्रकाश अडवतो.

• उदाहरणार्थ: समजा तुम्ही एका प्रखर बल्बकडे पाहत आहात आणि त्यासमोरून एक छोटी माशी उडून गेली. त्या क्षणभरासाठी बल्बचा प्रकाश किंचित कमी होईल. जेम्स वेब टेलिस्कोप प्रकाशातील हा सूक्ष्म बदल अत्यंत अचूकपणे टिपतो. किती प्रकाश अडवला गेला यावरून त्या ग्रहाचा आकार (तो किती मोठा आहे) याचा अंदाज येतो.

• Image Credit: NASA

पायरी २: प्रकाशाची तपासणी (Spectroscopy)

फक्त आकार समजून चालत नाही, तर त्या ग्रहावर वातावरण आहे का, हे सुद्धा पाहावे लागते. जेव्हा ताऱ्याचा प्रकाश त्या ग्रहाच्या वातावरणाच्या कडेवरून (किनारीवरून) गाळून आपल्याकडे येतो, तेव्हा वातावरणातील वायू त्या प्रकाशावर आपली 'स्वाक्षरी' सोडतात.

• सोपे उदाहरण: पावसाळ्यात जेव्हा सूर्यप्रकाश पाण्याच्या थेंबातून जातो, तेव्हा इंद्रधनुष्य दिसते. म्हणजेच पांढऱ्या प्रकाशाचे विविध रंगात विभाजन होते. जेम्स वेबमध्ये असे विशेष सेन्सर्स आहेत जे या प्रकाशाचे विश्लेषण करतात. जर प्रकाशात विशिष्ट 'रंग' (वेव्हलेंथ) कमी असतील, तर शास्त्रज्ञांना कळते की तिथे पाणी, कार्बन डायऑक्साइड किंवा इतर कोणते वायू आहेत.

पायरी ३: ३D इफेक्टची कमाल (Phase Curve Analysis)

आता सर्वात महत्त्वाची आणि जादूची पायरी! ३D नकाशा कसा बनतो? ग्रह जेव्हा त्याच्या ताऱ्याभोवती फिरत असतो, तेव्हा त्याची स्थिती सतत बदलत असते. कधी त्याची पूर्ण प्रकाशमान बाजू (दिवस) आपल्याकडे असते, तर कधी त्याची अंधारी बाजू (रात्र) आपल्या दिशेने असते, तर कधी दोन्ही बाजू थोड्या-थोड्या दिसतात.

जेम्स वेब टेलिस्कोप ग्रहाच्या या संपूर्ण प्रवासादरम्यान (ज्याला 'Phase Curve' म्हणतात) त्यातून बाहेर पडणारी उष्णता (Infrared light) सतत मोजत राहतो.

• समजण्यासाठी उदाहरण: समजा एका अंधाऱ्या खोलीत एक गरम चेंडू गोल फिरत आहे. तुम्ही थर्मल कॅमेरा घेऊन उभे आहात. जेव्हा चेंडूची सर्वात गरम बाजू तुमच्या समोर येईल, तेव्हा कॅमेऱ्यात जास्त उष्णता दिसेल. जेव्हा थंड बाजू समोर येईल, तेव्हा कमी उष्णता दिसेल. जेम्स वेब नेमके हेच करतो! ग्रहाच्या वेगवेगळ्या भागांकडून येणाऱ्या उष्णतेच्या नोंदी घेऊन, संगणकाच्या मदतीने त्याचा एक संपूर्ण ३D नकाशा तयार केला जातो. यावरून कळते की ग्रहाच्या कोणत्या भागात दुपार आहे, कुठे संध्याकाळ आहे आणि कुठे सर्वात जास्त उष्णता आहे.

अशा प्रकारे, एकही थेट फोटो न काढता, केवळ प्रकाशाच्या आणि उष्णतेच्या आधारे शेकडो प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या जगाचा नकाशा आपल्यासमोर तयार होतो!

जेम्स वेब 'हबल' पेक्षा भारी का आहे?

तुम्हाला प्रश्न पडला असेल की आपल्याकडे इतकी वर्षे 'हबल स्पेस टेलिस्कोप' (Hubble) होता, मग 'जेम्स वेब' (JWST) ची काय गरज होती? या दोन्हीमध्ये मुख्य फरक त्यांच्या 'पाहण्याच्या दृष्टीत' आहे.

हबल टेलिस्कोप प्रामुख्याने 'दृश्य प्रकाश' (Visible Light) पाहतो - म्हणजेच जे रंग आपले डोळे पाहू शकतात. हे खूप छान आहे, पण यात एक मोठी अडचण आहे. अंतराळातील धुळीचे आणि वायूचे मोठे ढग या दृश्य प्रकाशाला अडवतात. त्यामुळे त्या ढगांच्या पलीकडे काय आहे, हे हबलला स्पष्टपणे दिसत नव्हते.

इथेच जेम्स वेबची एन्ट्री होते! 

जेम्स वेब प्रामुख्याने 'इन्फ्रारेड' (Infrared) प्रकाश पाहण्यासाठी बनवला गेला आहे. इन्फ्रारेड म्हणजे साध्या भाषेत 'उष्णतेच्या लहरी'. आपले डोळे उष्णता पाहू शकत नाहीत, फक्त अनुभवू शकतात. पण जेम्स वेबचे खास सोन्याचे आरसे आणि सेन्सर्स ही उष्णता अतिशय स्पष्टपणे पाहू शकतात.

जेम्स वेबची सुपरपॉवर:

• भिंतींच्या आरपार पाहणे: इन्फ्रारेड किरण धुळीच्या ढगांमधून सहज आरपार जाऊ शकतात. त्यामुळे जेम्स वेब धुळीच्या पडद्यामागे लपलेले नवीन जन्माला येणारे तारे आणि ग्रह स्पष्टपणे पाहू शकतो.याचे उत्तम उदाहरण म्हणजे वेबने नुकतेच शोधलेले आकाशगंगेचे 'गर्भगृह', जिथे नवीन सूर्य जन्माला येत आहेत!" जे हबलला शक्य नव्हते.

• थंड वस्तू पाहणे: विश्वातील अनेक जुन्या आणि थंड वस्तू दृश्य प्रकाश देत नाहीत, पण त्यातून थोडीशी उष्णता बाहेर पडते. जेम्स वेब ती टिपू शकतो.तुम्हाला या टेलिस्कोपच्या इतर आश्चर्यकारक क्षमतांबद्दल अधिक जाणून घ्यायचे असल्यास, आमचा वेळेच्या पलीकडे एक नजर: जेम्स वेब टेलिस्कोप हा सविस्तर लेख नक्की वाचा."

थोडक्यात सांगायचे तर, जर हबल हा आपला 'दिवसाचा कॅमेरा' असेल, तर जेम्स वेब हा एक अत्यंत प्रगत 'नाईट व्हिजन' (Night Vision) कॅमेरा आहे, जो अंधारात आणि अडथळ्यांच्या पलीकडेही पाहू शकतो. म्हणूनच तो हबलपेक्षा कितीतरी पटीने अधिक शक्तिशाली आणि 'भारी' आहे!

निष्कर्ष: शोधाची नवी पहाट

जेम्स वेब टेलिस्कोपने तयार केलेला WASP-18b चा ३D नकाशा ही केवळ एक वैज्ञानिक कामगिरी नाही, तर मानवजातीसाठी एका नव्या युगाची सुरुवात आहे. हे नकाशे म्हणजे फक्त रंगीत चित्रे नाहीत; तर ते त्या दूरच्या जगाची हवामान खात्याची बातमीच आहेत!

आज आपण ४०० प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या एका वायूच्या गोळ्याचे (Gas Giant) तापमान मोजू शकतो. उद्या याच तंत्रज्ञानाचा वापर करून आपण पृथ्वीसारख्या खडकाळ ग्रहांचे वातावरण तपासू शकू. तिथे पाणी आहे का, ऑक्सिजन आहे का, किंवा जीवसृष्टीला पोषक वातावरण आहे का, हे शोधणे आता अशक्य राहिलेले नाही.

प्रत्येक नवीन नकाशा आपल्याला त्या एका मोठ्या प्रश्नाच्या उत्तराच्या जवळ घेऊन जात आहे - "आपण या विश्वात एकटे आहोत का?"यासोबतच, विश्वातील इतर भन्नाट रहस्यांबद्दल, जसे की 'ब्लॅक होल स्टार'चा जन्म, वाचण्यासाठी आमच्या ब्लॉगला भेट देत राहा."

तुमचे मत काय आहे? तुम्हाला काय वाटते? अशा प्रगत तंत्रज्ञानामुळे आपल्याला लवकरच आपल्यासारखीच 'दुसरी पृथ्वी' सापडेल का? की आपण या अफाट विश्वात एकमेव आहोत? तुमचे विचार खाली कमेंट्समध्ये नक्की सांगा!