जेम्स वेब अंतरीक्ष दुर्बीण
जेम्स वेब अंतरिक्ष दुर्बीण
२५ डिसेंबर २०२१ ला भारतीय वेळेनुसार संध्याकाळी पाच वाजून पन्नास मिनिटांनी अमेरिकेची अंतराळ संशोधन संस्था अर्थात NASA ने खगोलशास्त्राच्या इतिहासातील सर्वात मोठी व सर्वात सक्षम अशी दुर्बीण अंतराळात प्रक्षेपीत केली. ही दुर्बीण फ्रेंच गयाना येथील अंतराळ स्थानकावरून एरियन – ५ या प्रक्षेपकाद्वारा प्रक्षेपीत करण्यात आली . या दुर्बीणीचे वजन ६२०० किलोग्रॅम आहे.
या दुर्बीणीचे नांव आहे जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप अर्थात JWST. ही दुर्बीण विश्वाच्या आरंभीच्या टप्प्यांचे सिंहावलोकन करेल, महास्फोटानंतर (Big bang) लगेचच अस्तित्वात आलेल्या आकाशगंगा आणि तारे यांचे निरीक्षण करेल, ताऱ्यांभोवती ग्रहमाला कशा निर्माण झाल्या यांविषयीचे यथार्थ ज्ञान देईल. यामुळे आपली सौरमाला कशी अस्तित्वात आली याविषयीच्या आपल्या ज्ञानात भर पडेल. या दुर्बीणीद्वारा आपणास १३.८ दशलक्ष वर्षांपूर्वीच्या विश्वात डोकावता येईल.
ही दुर्बीण अमेरिकेची अंतराळ संस्था -नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस ऍडमिनिस्ट्रेशन (NASA), कॅनेडियन स्पेस एजन्सी (CSA) आणि युरोपीयन स्पेस एजन्सी (ESA) यांच्या संयुक्त भागीदारीतून विकसित करण्यात आली आहे. ही दुर्बीण हबल अंतरीक्ष दुर्बिणीने रचलेल्या पायावर कळस उभा करेल आणि विश्वाची रहस्ये उलगडण्याचे काम करेल.
विश्वाच्या प्रारंभीच्या आकाशगंगा कशा दिसत होत्या, त्यांची निर्मिती कधी झाली या प्रश्नांची उकल करण्यासाठी जेम्स वेब दुर्बीणीची निर्मिती करण्यात आली आहे. ही दुर्बीण कोणत्या गोष्टींचा अभ्यास करणार आहे हे चांगल्या प्रकारे समजण्यासाठी पहिला तारा जन्माला येण्यापूर्वी विश्वाच्या प्रारंभीच्या काळात काय घडले होते हे समजणे आवश्यक आहे.
विश्व्, काळ आणि अवकाश हे सर्व १३.८ दशलक्ष वर्षांपूर्वी महास्फोटातून निर्माण झाले. पहिली कांही लाख वर्षे हे विश्व् प्रोटोन्स, इलेक्ट्रॉन्स व न्यूट्रॉन्सचा उष्ण व घन असा महापूर होता. जसजसे विश्व् थंड होऊ लागले, तसंतसे प्रोटोन्स व न्यूट्रॉन्स यांचे एकीकरण होऊन आयोनाइज्ड हैड्रोजन व हेलीयम निर्माण झाले. त्यांच्यावर घन विद्युतभार होता. या सर्व घनभारीत द्रव्याने ऋणभारीत इलेक्ट्रॉन्सना आकर्षित केले. पुनर्संयोजन नावाने ओळखली जाणारी ही प्रक्रिया बिग बँग नंतर २,४०,००० ते ३,००,००० वर्षांनी घडून आली.
जो प्रकाश पूर्वी या घट्ट दाटलेल्या आयोनाइज्ड प्लाझमामुळे विकरण झाल्याशिवाय प्रवास करू शकत नव्हता तो आता मोकळेपणाने प्रवास करू लागला. मागे वळून पाहताना, सर्वप्रथम निदर्शनास आलेला प्रकाशाचा प्रकार हाच, आणि तो बिग बँग नंतर सुमारे चार लाख वर्षांनी अस्तित्वात आला. याला वैश्विक मायक्रोवेव्ह बॅकग्राउंड रेडीएशन म्हणतात. याला खरे म्हणजे बिग बँग नंतर जे विश्व् उदयास आले त्या विश्वातील वेगवेगळ्या ठिकाणांच्या तपमानाचा आलेखच म्हणावा लागेल. हे तपमानातील चढउतार आकाशगंगांच्या निर्माणाचे संकेत देतात आणि आकाशगंगांच्या रचनांसंबंधी सर्वसाधारण माहिती देतात. अजूनपर्यंत विश्वात ताऱ्यांचा उगम झालेला नव्हता. या वेळेपासून ताऱ्यांचा उगम होण्याच्या कालावधीला वैश्विक कृष्णयुग (Cosmic dark age) म्हणतात.
सध्याच्या सिद्धांतानुसार अगदी सुरुवातीचे तारे खूप मोठे म्हणजे आपल्या सूर्याच्या ३० ते ३०० पट होते. ते लवकरच नाश पावले आणि फक्त काही दशलक्ष वर्षांतच त्यांचे रूपांतर सुपरनोव्हांमध्ये झाले. या अत्यंत तेजस्वी सुपरनोव्हांचे निरीक्षण करणे हा विश्वाच्या सुरुवातीच्या ताऱ्यांचा अभ्यास करण्याचा एक मार्ग आहे. अगदी सुरुवातीला निर्माण झालेल्या आकाशगंगांसारख्या खगोलीय पिंडांच्या अभ्यासासाठी हे अत्यंत महत्वाचे आहे.
जेम्स वेब दुर्बीणीचा उपयोग करून वैज्ञानिक सध्याच्या आकाशगंगा व सुरुवातीच्या आकाशगंगा यांचा तौलनिक अभ्यास करतील. त्यावरून त्यांना सध्याच्या आकाशगंगा कशा निर्माण झाल्या, त्यांना सध्या असणारे आकार कसे प्राप्त झाले, आकाशगंगांदरम्यान रासायनिक मूलतत्वांचे वितरण कसे झाले, आकाशगंगांच्या केंद्रास्थानी असणारी कृष्णविवरे त्या त्या आकाशगंगांवर कसा प्रभाव टाकतात, दोन आकाशगंगा जेव्हा एकमेकांवर आदळतात तेव्हा काय होते या सर्वांविषयी अगदी खात्रीलायक ज्ञान मिळेल.
तारे व त्यांची ग्रहमंडळे धूळ व वायू यांच्या ढगांमध्ये निर्माण होतात. या धूळ व वायू यांच्या ढगात दृश्य प्रकाशाद्वारे डोकावता येणार नाही. म्हणून वेब दुर्बीणीवर अशी वैज्ञानिक उपकरणे बसवली आहेत, जी या धूळ व वायू यांच्या ढगांत इन्फ्रारेड किरणांच्या मदतीने डोकावू शकतील. या धूळ व वायूच्या ढगांवर ज्यावेळी इन्फ्रारेड लाईट पडेल त्यावेळी ज्यापासून तारे उत्पन्न होतात अशा अत्यंत दाट अशा भागांभोवतालची धूळ चमकू लागेल व अशा भागांचा अभ्यास विस्तृतपणे करता येईल. त्यामुळे खगोल शास्त्रज्ञांना ताऱ्यांचा जन्म कसा झाला याचा सखोल अभ्यास करता येईल. तसेच बहुसंख्य तारे समूहातच का उत्पन्न होतात, ग्रहमंडळे कशी उत्पन्न झाली यांचा शोध घेता येईल.
आपल्या सौरमालेबाहेरील ग्रह,ज्यांना बहिर्ग्रह म्हणतात, त्यांचा शोध पहिल्यांदा इ.स.१९९२ मध्ये लागला. त्यानंतर खगोलशास्त्रज्ञांनी हजारो बहिर्ग्रह शोधून काढले; आणि फक्त आपल्या आकाशगंगेतच शेकडो दशलक्ष बहिर्ग्रह आहेत असे खगोल शास्त्रज्ञांचे मत आहे. त्यांचेविषयी अधिक माहिती, त्यांचे वातावरण कशापासून बनलेले आहे, त्यांच्यावरील हवामान व ऋतू यांचा अभ्यास जेम्स वेब दुर्बीणीच्या मदतीने केला जाईल.
आपल्या सौरमालेतील ग्रह आणि इतर खगोलीय पिंड यांचा अभ्यास देखील वेब दुर्बीणीद्वारे केला जाईल. हा अभ्यास मंगळाकडे पाठविलेल्या ओर्बिटर्स, लँडर्स आणि रोव्हर्सद्वारे केल्याजाणाऱ्या जिवाश्मांच्या अभ्यासासाठी पूरक ठरेल. ही दुर्बीण आपल्या सौरमालेतील बर्फाळ धुमकेतूंचा अभ्यास करण्यासाठी सक्षम आहे. शनी, युरेनस व नेपच्यून या ग्रहांच्या अभ्यासासाठीसुद्धा ही दुर्बीण वापरली जाईल.
अति प्राचीन आणि अतिदूर आकाशगंगांचा वेध घेण्यासाठी वेब दुर्बीणीवर अशी उपकरणे बसवली आहेत,जी अवरक्त किरणांजवळच्या आणि अवरक्त किरणांच्या मध्यभागीय तरंगलांबींसाठी संवेदनशील आहेत. या आकाशगंगांकडून येणाऱ्या प्रकाशाला पृथ्वीपर्यंत पोहोचण्यासाठी अब्जावधी वर्षे लागतात. त्यामुळे ज्यावेळी आपण हे खगोलीय पिंड बघतो त्यावेळी आपण त्यांची अब्जावधी वर्षांपूर्वीची प्रतिमाच बघत असतो. एखादी वस्तू पृथ्वीपासून जेव्हढी दूर, तेव्हढीच जास्त काळाच्या मागे ती असताना आपण तिला बघत असतो. त्यामुळे एकाद्या वस्तूपासून निघालेला प्रकाश जर १३.८ अब्ज वर्षांनंतर आपणापर्यंत पोहोचत असेल, तर विश्वाची अगदी सुरुवातीची अवस्था आपण बघत असतो.
आपण जाणतोच कि, महाविस्फोटानंतर पासूनच हे विश्व् प्रसरण पावत आहे. त्यामुळे त्यांच्यापासून निघालेल्या प्रकाशलहरी ताणल्या जात असतात. एका रबराच्या पट्टीला शाईचा ठिपका लावून नंतर ते रबर ताणल्यावर तो ठिपका जसा ताणला गेलेला आपण बघतो तसेच हे आहे. याचाच अर्थ असा कि, दूरस्थ अवकाश पिंडांपासून निघालेल्या प्रकाशलहरींची तरंगलांबी सुरुवातीला दृश्य प्रकाशलहरींच्या तरंगलांबीएव्हढीच असते, पण प्रकाशलहर ताणली गेल्यामुळे ती तरंगलांबी अवरक्त प्रकाशलहरीच्या तरंगलांबीच्या क्षेत्रात पोहोचते. यालाच वैज्ञानिक ताम्रसृती (redshift) म्हणतात, आणि पिंड जेव्हढा दूर, तेव्हढीच जास्त ताम्रसृती आपणास अनुभवायला मिळते.
वेब दुर्बीणीवरील अवरक्त किरणांसाठी संवेदनशील असणारी उपकरणे वैज्ञानिकांना महास्फोटानंतर तयार झालेल्या सुरुवातीच्या ताऱ्यांचा अभ्यास करण्याची संधी देतील. नंतर या ताऱ्यांचा स्फोट होऊन सुपरनोव्हाच्या घटना घडल्या. त्यातून जी मुलद्रव्ये व धूळ बाहेर फेकली गेली, त्यापासून ग्रह निर्माण झाले व कालांतराने कांही ग्रहांवर सजीवांची उत्पत्ती झाली.
सुरुवातीचे तारे महाप्रचंड होते. त्यांचा कार्यकाळ संपल्यावर त्यांचे रूपांतर सुपरनोव्हा स्फोटांमध्ये झाले. त्यांचा प्रकाश जसजसा दूर जाऊ लागला, तसतसा तो मंद मंद होत गेला. हा अतिमंद प्रकाश ‘बघण्यासाठी’ वेबवरील उपकरणे तशीच संवेदनशील असायला हवीत. एकाद्या दुर्बीणीची संवेदनशीलता किंवा मंद प्रकाश ‘बघण्याची’ त्याची क्षमता ही त्या दुर्बीणीच्या भिंगांच्या किंवा आरशांच्या आकारामानाशी निगडित असते. वेबवर अठरा षट्कोनी आरसे मधमाशांच्या पोळ्यासारखे एकत्र करून एकावीस फूट लांबीचा मोठा आरसा तयार करण्यात आला आहे. उड्डाणावेळी हे आरसे घड्या करून ठेवण्यात आले आहेत व दुर्बीण तिच्या कक्षेत प्रस्थापित झाल्यावर या घडया उलगडण्यात येतील.
हबल अवकाश दुर्बीणीच्या आरशाचा व्यास आठ फूट आहे. वेब दुर्बीणीच्या आरशाच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ हबलपेक्षा सहपट असल्यामुळे तो अतिदूर अंतरावरून येणारे प्रकाशकण जास्त प्रमाणात ‘गोळा’ करू शकेल. या प्रकाशकणांना फोटोन्स म्हणतात. अतिदूरच्या आकाशगंगांची छायाचित्रे घेण्यासाठी हबलला त्या अंधुक दिसणाऱ्या आकाशगंगांचे सोळा दिवसपर्यंत ‘अतिदूर क्षेत्रीय’ वेध घ्यायला लागायचे, वेबला मात्र ही निरीक्षणे फक्त सात तासांतच करता येतील.
वेब दुर्बीण तिचा वैज्ञानिक विदा (data ) अवरक्त प्रकाश स्वरूपात गोळा करते. अब्जावधी प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या अवकाश पिंडांकडून येणाऱ्या क्षीण प्रकाशाचे अवलोकन करायचे म्हणजे दुर्बीणीच्या अंतर्भागात असलेली उपकरणे अतिशीत वातावरणात ठेवायला लागतात, नाहीतर दुर्बीणीच्या उष्णतेमुळे ते क्षीण अवरक्त संकेत नाहीसे होतात. वेबच्या अभियंत्यांनी हे साध्य करण्यासाठी दोन प्रणालींचा अवलंब केला आहे.
वेब दुर्बीण पृथ्वीपासून एक दशलक्ष मैलांवर लॅगरेंज बिंदू -२ वर प्रस्थापित करण्यात येणार आहे. या बिंदूवर स्थित राहून ती सूर्याभोवती परिभ्रमण करणार आहे. पृथ्वीपासून पुरेशा दूर अंतरावर असल्यामुळे पृथ्वीच्या उष्णतेचा तिच्यावर परिणाम होणार नाही. पण हे एवढेच पुरेसे नाही. उपकरणांचे तपमान अजून कमी करण्यासाठी दुर्बीण तिच्या निर्धारित कक्षेत प्रस्थापित झाल्यावर टेनिस कोर्टच्या आकाराचे सौर कवच उघडले जाईल. हे कवच सूर्य, पृथ्वी व चंद्र यांचेपासून येणारा प्रकाश व उष्णता अडवून धरेल. या कवचावर खास तयार केलेल्या उष्णतारोधक द्रव्याचे पाच थर आहेत. प्रत्येक थर आत येणारी उष्णता अडवून धरेल, तरीसुद्धा जी उष्णता हे थर भेदून जाईल ती सौर कवचाच्या बाजूंनी परावर्तित केली जाईल. याव्यतिरिक्त प्रत्येक थरादरम्यान असलेली निर्वात पोकळी उष्णतारोधनाचे काम करेल.
हे सौरकवच एवढे प्रभावी आहे कि, जी बाजू सूर्याच्या दिशेला असेल तेथील तपमान पाण्याच्या उत्कलन बिंदूएवढे असेल, तर उपकरणांच्या जवळचे तपमान -२३७ डिग्री सेंटीग्रेड एवढे कमी असू शकेल.
हे तपमान अवरक्त किराणांजवळच्या तरंगलांबींसाठीची उपकरणे कार्यरत राहण्यासाठी पुरेसे आहे. पण अवरक्त किरणांच्या मध्यभागीय तरंगलांबीच्या उपकरणांसाठी आणखी थंड वातावरणाची आवश्यकता असते. त्यासाठी वेब दुर्बीणीवर एक खास क्रायकूलर बसवला आहे. हा क्रायकूलर अतिशीत हेलियम दुर्बीणीच्या उपकरणांमध्ये अतिरिक्त दाबाने पम्प करेल. त्यामुळे तपमान -२६७ डिग्री सेंटीग्रेड पर्यंत खाली उतरेल.
वेब दुर्बीण बहिर्ग्रह शोधण्यासाठी दोन पद्धतींचा उपयोग करेल. जेव्हा एखादा बहिर्ग्रह त्याच्या पालक ताऱ्यासमोरून जातो, त्यावेळी ताऱ्याचे तेज थोडे मंद होते. हे ताऱ्याच्या तेजाचे मंद होणे, वैज्ञानिकांना ताऱ्यासमोरून जाणाऱ्या ग्रहाविषयी बरेच काही सांगून जाते. उदाहरणार्थ, ग्रहाचे आकारामन आणि त्याचे ताऱ्यापासूनचे अंतर वगैरे. या पद्धतीला संक्रमण पद्धत म्हणतात.
दुसरी पद्धत आहे ती म्हणजे बहिर्ग्रहाच्या थेट प्रतिमा घेणे. यासाठी वेबवर कोरोनाग्राफ नावाचे उपकरण बसविण्यात आले आहे. हे उपकरण ताऱ्यांकडून येणारा तीव्र प्रकाश अंधूक करून दुर्बीणीकडे सोडते. त्यामुळे दुर्बीणीला बहिर्ग्रहाच्या थेट प्रतिमा घेता येतात.
वेब दुर्बीण स्पेक्ट्रोस्कोपीचा वापर करून बहिर्ग्रहांमध्ये कोणती मुलद्रव्ये आहेत हे सांगू शकते. ताऱ्यांकडून येणारा प्रकाश वर्णपटल निर्माण करतो. हा वर्णपटल वेगवेगळ्या तरंगलहरींचा प्रकाश वेगवेगळ्या पट्टयांनी दर्शवितो. जेंव्हा ग्रह ताऱ्यासमोरून जातो, त्यावेळी ताऱ्याकडून येणारा प्रकाश त्या ग्रहाच्या वातावरणातून जाऊन मग दुर्बीणीकडे येतो. ग्रहाच्या वातावरणातील वेगवेगळी मुलद्रव्ये वेगवेगळ्या तरंग लांबीचा प्रकाश शोषून घेतात. त्यामुळे ज्यावेळी ग्रह ताऱ्यासमोरून जातो, त्यावेळी मिळणाऱ्या वर्णपटलात फरक पडतो. त्यामुळे ग्रहाच्या वातावरणात कोणती मुलद्रव्ये आहेत ते समजते.
बहिर्ग्रहाच्या थेट प्रतिमा व स्पेक्ट्रोग्राफी वापरून वैज्ञानिकांना त्याचा रंग, त्यावरील वेगवेगळे ऋतू, ग्रहाचे परिवलन, हवामान वगैरे अनेक गोष्टी समजतात. यांतील कांही बहिर्ग्रह पृथ्वीसारखे असण्याची शक्यता आहे व ते त्यांच्या पालक ताऱ्याभोवती अशा कक्षेत फिरत असण्याची शक्यता आहे कि ज्यामुळे त्या ग्रहावरील परिस्थिती द्रवरूप पाणी अस्तित्वात असण्यासाठी अनुकूल असेल.
वेब दुर्बीणीचा प्राथमिक आरसा व प्रचंड सौरकवच हे प्रक्षेपकावर बसवलेल्या संरक्षक कवचात सामावू शकत नाहीत, म्हणून त्यांच्या घड्या घालून ते संरक्षक कवचात बसविण्यात आले आहेत. प्रक्षेपणावेळचे प्रचंड हादरे व पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणा बाहेर पडतानाच्या वेळची प्रचंड उष्णता यांपासून हे संरक्षक कवच वेब दुर्बीणीचे रक्षण करणार आहे. सौरकवच एकवीस मिटर लांब व चौदा मिटर रुंद आहे. ओरोगामीमध्ये आपण जशा घडया घालतो तशा बारा घडया घालून हे सर्व संरक्षक कवचात बसविण्यात आले आहे. बाकी अनेक प्रणालीसुद्धा अशाच पद्धतीने बसविण्यात आल्या आहेत.
प्रक्षेपणानंतर एक महिन्यानी वेब दुर्बीण तिच्या ठरविलेल्या कक्षेत प्रस्थापित होईल. त्यानंतर आरसे व सौरकवच उघडण्यात येतील. त्यानंतरचे पाच महिने उपकरणे थंड होण्यासाठी व आरसे ठराविक पद्धतीत संरेखित करण्यासाठी लागतील. म्हणजे प्रक्षेपणानंतर सहा महिन्यांनी वेब दुर्बीण कार्यान्वित होईल.
शेअर करा..
