जन्म रेडिओ ॲस्ट्रॉनॉमीचा

डॉ. रोहित गवांदे, पॅसाडिना, कॅलिफोर्निया 
मंगळवार, 17 जुलै 2018

विशेष
 

सोळाव्या शतकात गॅलिलिओने पहिली दुर्बीण तयार केली. त्या आधी सभोवतालची रहस्य जाणून घ्यायला माणूस फक्त जन्मजात मिळालेल्या पंचेंद्रियांचाच वापर करायचा. या दुर्बिणीच्या वापरामुळे पहिल्यांदाच माणसाच्या इंद्रियांच्या क्षमतेपलीकडे जाऊन जग जाणून घ्यायला सुरुवात झाली. त्या पहिल्या दुर्बिणीपासून आजपर्यंत पृथ्वीवरील उपकरणांचा वापर करून अवकाशातील गुपीते जाणुन घ्यायच्या या क्षेत्रात कमालीची प्रगती झाली आहे. 

आपल्याला चहुबाजूला दिसतो तो प्रकाश म्हणजेच व्हिजिबल लाईट. माणसाला आणि बहुतांश प्राणिसृष्टीला हाच प्रकाश दिसतो कारण सूर्याची प्रखरता याच पट्ट्यात सर्वात जास्त दिसून येते आणि कदाचित त्याच कारणामुळे उत्क्रांती होताना आपले डोळे याच प्रकाशासाठी विकसित झाले. भौतिकशास्त्राच्या दृष्टीने आपल्याला दिसणारा प्रकाश, सेलफोनला मिळणारा सिग्नल किंवा ९३.१ एफ एम ऐकू यायला मिळणाऱ्या लहरी यात तरंगलांबी सोडली तर काहीही फरक नाहीये. या साऱ्याचा लहरी विद्युत चुंबकीय क्षेत्रात निर्माण होणाऱ्या एक प्रकारच्या लाटा आहेत. दोन लाटा एका पाठोपाठ किती पटकन येतात त्यावरून त्यांची तरंगलांबी ठरते. माणूस डोळ्याने फक्त ३९० nm ते ७०० nm एवढ्याच पट्ट्यातली विद्युत चुंबकीय लहरी बघू शकतो. यालाच आपण प्रकाश म्हणतो.  nm म्हणजे एका मीटरचा अब्जावा भाग. या पट्ट्याच्या एका टोकाला लाल तर दुसऱ्या टोकाला जांभळा प्रकाश दिसतो. या पलीकडे जाऊन इतर विद्युत-चुंबकीय लहरी आपण बघू शकत नसलो तरी पण त्या सर्वत्र अस्तित्वात असतात. सूर्याची किरणे फक्त प्रकाश पृथ्वीपर्यंत आणत नाहीत, तर थोड्या फार प्रमाणात या साऱ्याच लहरी आपल्यापर्यन्त पोहोचवतात. लालपेक्षा थोड्या मोठ्या तरंगलांबीच्या लहरींना इन्फ्रा रेड म्हणतात तर जांभळ्यापेक्षा थोड्या कमी तरंगलांबीच्या लहरींना अल्ट्रा व्हायोलेट म्हणतात. त्या पलीकडे जाऊन एक्‍स-रे गॅमा-रे. विद्युत चुंबकीय लहरींचा एक विशिष्ट महत्वपूर्ण गट म्हणजे मायक्रोवेव्हस. सुमारे १ mm ते १ m तरंगलांबी असलेल्या विद्युत चुंबकीय लहरींना मायक्रोवेव्हस म्हणतात. या मायक्रोवेव्हसच्या मदतीने जर आकाश पाहिलं तर कसं दिसेल याचं उत्तर दिलं रेडिओ ॲस्ट्रॉनॉमीने. या विज्ञानाच्या तुलनेने नवीन शाखेची ही गोष्ट आहे. 

गॅलिलिओ नंतर तब्बल ३०० वर्षांचा कालावधी लोटला. दुर्बिणींमध्ये प्रचंड प्रगती झाली. भोवताली दिसणाऱ्या आकाशाचे नकाशे तयार झाले. आणि १८६१ मध्ये जेम्स मॅक्‍सवेल नावाच्या स्कॉटिश शास्त्रज्ञाने पहिल्यांदा विद्युत चुंबकीय लहरींचा प्रकाशाशी असलेला संबंध दाखवला. या लहरींच अस्तित्व १८८७ मध्ये हर्टझने सिद्ध केलं आणि १८९० पर्यंत मार्कोनीने जगातला पहिला ट्रान्समीटर आणि रिसिव्हर तयार केला. विसाव्या शतकात या लहरींच दळणवळण आणि संपर्कासाठी महत्व लक्षात येऊन या रेडिओ लहरींचा वापर झपाट्याने वाढू लागला. 

कार्ल जान्स्की नावाचा बेल लॅब्सचा एक अभियंता १९३३ मध्ये वातावरणात तयार होणाऱ्या रेडिओ लहरींचा अभ्यास करत होता. जान्स्कीकडे १०० फूट व्यासाचा आणि जवळ जवळ २० फूट उंच उभा राहील असा एक अँटेना होता. अँटेना रेडिओ लहरींना अडवून त्यांचं विदयुत प्रवाहात रूपांतर करतो. या विदयुत प्रवाहाचे पुढे आलेख किंवा आवाज अशा एखाद्या माणसाला कळेल अशा स्वरूपात रूपांतर करता येतं. एखाद्या रहाट पाळण्यासारखा जान्स्कीचा शंभर फुटी अँटेना जान्स्कीला फिरवता यायचा व कुठून लहरी येत आहेत याचा त्याला शोध घेता यायचा. कित्येक महिने सर्व दिशांना अँटेना फिरवून जान्स्कीने विद्युत लहरींचे वेगवेगळे स्रोत शोधून काढले. त्याने तीन भागात या स्रोतांची विभागणी केली. जवळ चमकणारी वीज, लांबच्या वादळातील वीज आणि तिसरा स्रोत त्याला कळत नव्हता. तिसऱ्या स्रोतातून एक प्रकारच्या फुसफुसण्याचा आवाज जान्स्कीला येत असे. दर दिवशी हा आवाज नियमितपणे वाढायचा आणि कमी व्हायचा. जान्स्कीची खात्री झाली, की हा आवाज पृथ्वीवरून येत नाहीये. सुरुवातीला त्याला वाटलं, की हा आवाज सूर्यापासून येतोय, पण काही महिन्यांच्या निरीक्षणानंतर त्याला जाणवलं की आवाजाचा मुख्य स्रोत हा सूर्यपासून लांब जात आहे. म्हणजे तो आवाज सूर्यामुळे नव्हता. दुसरी महत्वाची गोष्ट त्याने नमूद केली ती म्हणजे या आवाजाची पुनरावृत्ती बरोबर २३ तास ५६ मिनिटांनी व्हायची. पृथ्वी स्वतःभोवती एक फेरी २४ तासात पूर्ण करते, पण ते फक्त सूर्याच्या सापेक्ष. जरा ताऱ्यांच्या सापेक्ष पृथीवची स्वतःभोवतीची प्रदक्षिणा मोजली तर ती २३ तास ५६ मिनिटाची असते. यावरून जान्स्कीला लक्षात आलं की आपल्याला ऐकू येणारा हा आवाजाचा स्रोत सूर्यमालेच्याही बाहेरून येत आहे. प्रकाशाच्या दुर्बिणीने बनवलेले रात्रीच्या आकाशाचे नकाशे त्या काळीही अस्तित्वात होते. त्याला मिळणाऱ्या लहरी त्या नकाशांशी पडताळून पाहून त्याला खात्री झाली, की हा आवाज आपल्याच आकाशगंगेच्या मध्यवर्ती भागातून येत आहे. अशा तऱ्हेने बेल लॅब्स च्या दळणवळणांच्या सामग्रीवर काम करता करता जान्स्कीने अनावधानाने विज्ञानाची एका नवीन शाखा सुरु केली, रेडीओ ॲस्ट्रॉनॉमी. 

अत्यंत बारकाईने निरीक्षण आणि त्यांचा पक्का हिशोब ठेवणे यामुळेच हे शक्‍य झाले. असंच अजून एक उल्लेखनीय उदाहरण म्हणजे रॉबर्ट विल्सन आणि अर्नो पॅंझीअसचा होमडेल हॉर्न अँटेना. 

ही गोष्ट देखील घडली बेल लॅब्स मध्ये. विल्सन आणि पॅंझीअस दोघंही खगोल शास्त्रज्ञ होते. १९६४ मध्ये ते फुग्याचा वापर करून पाठवलेल्या कृत्रिम उपग्रहांवरून परावर्तित झालेल्या रेडिओ लहरींचा अभ्यास करत होते. या परावर्तित लहरी सुमारे १००० किलोमीटर अंतर पार करून विल्सन आणि पॅंझीअसच्या अँटेनांपर्यंत पोहोचत. एवढ्या प्रवासात रेडिओ लहरींची तीव्रता अगदीच नाहीशी होत होती. ज्याप्रमाणे मोठी बादली घेतली तर पावसाचे जास्त पाणी गोळा होईल त्याचप्रमाणे मोठा अँटेना घेतला तर जास्त रेडिओ लहरी पकडता येतात. यासाठी विल्सन आणि पॅंझीअसने एक मीटर मोठा भोंग्याच्या आकाराचा अँटेना वापरला. त्या अँटेनाला जोडलेला रिसिव्हर देखील अत्यंत संवेदनशील होता. अतिशय मंद ऊर्जेच्या या लहरी रिसिव्हरने स्वतः निर्माण केलेल्या लहरींमध्येच लपून जाऊ शकतात. तसे होऊ नये म्हणून विल्सन आणि पॅंझीअसने त्यांचा रिसिव्हर ४K , म्हणजे शून्याखाली २६९ सेंटीग्रेड एवढा गार केला. अशा तऱ्हेने विशेष काळजी घेऊन बनवलेला हा प्रचंड संवदेनशील टेलिस्कोप आकाशाकडे रोखल्यावर त्यालादेखील एक बारीक पण दृढ असा आवाज सतावू लागला. विल्सन आणि पॅंझीअसच्या हिशोबानुसार जेवढा आवाज यायला पाहिजे त्या मानाने १०० पटीने अधिक आवाज त्यांना ऐकू येत होता. विशेष म्हणजे त्यांनी अँटेना कोणत्याही दिशेला वळवला तरी त्या आवाजाची तीव्रता कमी होत नव्हती. त्यांनी सारे हिशोब पडताळून पहिले, उपकरणे तपासून पहिली, पण कशातच बिघाड नव्हता. अँटेनाची नीट तपासणी केली असता त्यांच्या लक्षात आलं कि त्या भागात कबुतरे खूप होती आणि उडता उडता त्यांची घाण अँटेना वर पडते. त्यांना वाटलं चोर सापडला. पूर्ण अँटेना साफ करून परत आकाशाकडे रोखला तर काय तो आवाज त्याच तीव्रतेने त्यांना सतावत होता. त्यांना आता फक्त एकाच गोष्टीची खात्री होती की हा आवाज पृथ्वी, सूर्यमाला एवढेच नव्हे तर आपल्या आकाशगंगेतूनही येत नव्हता. पण काय आहे आपल्या आकाशगंगेच्या बाहेर?

होमडेलपासून सुमारे ४० मैलावर प्रिन्स्टन विद्यापीठात तीन खगोल शास्त्रज्ञ एका प्रबंधावर काम करत होते. रॉबर्ट डिकी, जिम पिबल्स आणि डेविड विल्किन्सन यांचा असा दावा होता, की बिगबॅंग, किंवा विश्वोत्पत्तीचा महास्फोट जेव्हा झाला तेव्हा केवळ भौतिक जग नाही पांगलं, तर विद्युत चुंबकीय लहरींचाही महास्फोट झाला. योग्य उपकरणाच्या मदतीने हा पहिला प्रकाश आजही बघणे शक्‍य आहे. जेव्हा पॅंझीअसला या भाकिताबद्दल कळाले, त्याला पहिल्यांदाच त्यांच्या शोधाच महत्व जाणवलं. प्रिन्स्टनच्या प्रबंधात वर्णन केलेल्या लहरींचे सारे गुणधर्म विल्सन आणि पॅंझीअसला सापडलेल्या लहरींमध्ये होते. पुढे जाऊन त्यांना या शोधाचे फिजिक्‍स नोबेल प्राईझदेखील मिळाले. 

अशा तऱ्हेने अत्यंत दक्षतेने केलेल्या हिशोबाने केवळ रेडिओ ॲस्ट्रॉनॉमीचाच जन्म नाही झाला तर नकळत विश्वाच्या उत्पत्तीच्या सिद्धान्ताचा सर्वात मोठा पुरावा माणसाच्या हाती लागला.

फोटो फीचर

संबंधित बातम्या