અવકાશી સઢ અને ઔમુઆમુઆ!

 

વીકીપીડીયા ગઇ સદીના વિખ્યાત વૈજ્ઞાનિક કાર્લ સાગાન (Carl Sagan) ની ઓળખ એક ખગોળશાસ્ત્રી, બ્રહ્માંડ-વૈજ્ઞાનિક, અવકાશ-ભૌતિકશાસ્ત્રી, આવકાશ-જીવવૈજ્ઞાનિક, લેખક તથા વિજ્ઞાનને લોકભોગ્ય કરનાર તરીકે આપે છે. શક્ય છે કે હું એકાદ-બે વિશેષણ ભૂલી પણ ગયો હોઉં! ડો. સાગાને બનાવેલી “કોસમોસ” (Cosmos) ટી.વી. શૃંખલા અંદાજે ૫૦ કરોડ લોકો જોઇ ચૂક્યા છે (તાજેતરમાં ડો. સાગાનના શિષ્ય નીયલ ડી-ગ્રાસ ટાઇસને (Neil deGrasse Tyson)  આ શૃંખલાની બીજી આવૃત્તિ  બનાવી છે). આટલું ઓછું હોય તેમ ડો. સાગાન બ્રહ્માંડમાં બુદ્ધિશાળી જીવનની, વિકસિત સંસ્કૃતીની શોધના પ્રણેતા પણ હતા. વોયેજર યાન પર માનવજાત તરફથી  મુકવામાં આવેલા સંદેશાની ડિઝાઈન તેમણે જ કરી હતી.

આવા ડો. સાગાને સન ૧૯૮૦માં પ્લેનેટરી સોસાયટી (Planetary Society) નામની સંસ્થાની સ્થાપના કરી. સંસ્થાનું  ધ્યેય જનતાને અંતરિક્ષ વિજ્ઞાન તથા અંતરિક્ષ સંશોધનમાં રસ લેતી કરવાનું છે. હાલમાં સંસ્થાના વડા ડો. સાગાનના એક બીજા શિષ્ય બિલ નાય (Bil Nye) છે. સન ૨૦૧૮ના અંત ભાગમાં પ્લેનેટરી સોસાયટી એક નાના અંતરિક્ષયાનને કક્ષામાં મુકશે. લાઇટસેઇલ-૨ (Lightsail-2) નામનું આ અંતરિક્ષયાન અવકાશમાં પરિવહન (Propulsion- પ્રપલશન) ની એક એવી ટેકનોલોજીની અજમાયશ કરશે, જે કદાચ સાવ નવી તો ન કહી શકાય પરંતુ જેનો ઉપયોગ અત્યાર લગી સીમિત માત્રામાં જ થયો છે. આ ટેકનોલોજીને વિસ્તારથી સમજવાનું હજુ બાકી છે. આ અંતરિક્ષયાન વિષેનો બિલ નાયનો એક લેખ નેશનલ જીઓગ્રાફિક (National Geographic) સામયિકના નવેમ્બર ૨૦૧૮ના અંકમાં પ્રકાશિત થયો છે.

બિલ નાયનો આ લેખ તો રસપ્રદ છે જ. પરંતુ તેનાથી પણ વધુ રસપ્રદ એક સનસનાટી ભર્યા સમાચાર છે. પ્રતિષ્ઠિત વૈજ્ઞાનિકોની ઓછામાં ઓછી એક ટુકડી એવું માને છે કે ગયા વર્ષનો સૂર્ય-મંડળનો મહેમાન, જેને બહારના સૂર્ય-મંડળમાંથી આવેલો ધૂમકેતુ માનવામાં આવે છે, જેની વાત આપણે ગઇ પોસ્ટમાં કરી ચૂક્યા છીએ તે ઔમુઆમુઆ કદાચ લાઇટસેઇલ-૨ જેવીજ ટેકનોલોજીનો એક નમૂનો હોઇ શકે, જેને બ્રહ્માંડની બીજી કોઇ બુદ્ધિશાળી, વિકસિત સંસ્કૃતીએ આપણા સૂર્ય-મંડળ તરફ જાણે-અજાણે મોકલ્યો હોય! આ વિષયનો લેખ સાયન્ટિફિક અમેરિકન (Scientific American) સામાયિકની વેબસાઇટ પર ૨૭ સપ્ટેમ્બર, ૨૦૧૮ના રોજ પ્રકાશિત થયો છે. ઉપરાંત વૈજ્ઞાનિકોની આ ટુકડીએ આ વિષે વિસ્તારથી ચર્ચા કરતા લેખનો મુસદ્દો ઇન્ટરનેટ પર ૧ નવેમ્બર ૨૦૧૮ના રોજ પ્રકાશિત કર્યો છે.

આ બન્ને સમાચાર ડો. સાગાન સાથે તથા એક-બીજા સંકળાયેલ છે. માનો એક વર્તુળ બનાવે છે.   એક બાજુ તેમને પ્રિય તેવો સંશોધન વિષય તો બીજી બાજુ તેમણે સ્થાપેલી સંસ્થાની ટેકનોલોજી.

બિલ નાય તેમના લેખની શરૂઆત ગ્રહોની કક્ષાના આકારના શોધક જોહાનીસ કેપ્લર (Johannes Kepler) વિષેના એક કિસ્સાથી કરે છે. હેલીના વિખ્યાત ધૂમકેતુની એક મુલાકાત કેપ્લરના જીવનકાળમાં પણ થઇ હતી. કેપ્લરની  ઇચ્છા હતી, તેમનુ અનુમાન હતું  કે કોઇક દિવસ “સઢ”થી સુસજ્જ અને  “અવકાશી પવન” (breezes of heaven – બ્રીઝીસ ઓફ હેવન) વડે સંચાલિત કોઇ “વહાણ” આવા ધૂમકેતુ તથા બીજા અવકાશી પિંડ પાસે જઈ તેમનું વિગતવાર સંશોધન કરશે! આપણે જાણીએ છીએ કે કેપ્લરે જે “અવકાશી પવન” ની કલ્પના કરી હતી તે તો અંતરિક્ષના શૂન્યાવકાશમાં શક્ય નથી. પરંતુ એનો અર્થ એ નથી કે અંતરિક્ષ-યાનને “સઢ” વડે સંચાલિત ન કરી શકાય!

આઇનસ્ટાઇનના સાપેક્ષવાદ અનુસાર  પ્રકાશના કણ, જેને “ફોટોન” (photon) કહે છે, તેમનું દળ (mass- માસ) -જયારે તે સ્થિર હોય ત્યારે- શૂન્ય છે, પરંતુ તેની વેગમાત્રા (momentum-મોમેન્ટમ) શૂન્ય નથી. મેક્સવેલના વિદ્યુત-ચુંબકીય (electro-magnetic : ઇલેક્ટ્રો-મેગ્નેટિક) સમીકરણ મુજબ પણ વિદ્યુત-ચુંબકીય તરંગની પોતાની વેગમાત્રા હોય છે.  હવે  જ્યારે પ્રકાશ કોઇ સપાટી પરથી પરાવર્તિત થાય, ત્યારે તેના ફોટોનની ગતિની દિશા બદલાઈ જાય, અર્થાત્ તેમની વેગમાત્રા બદલાઈ જાય. પરંતુ ન્યુટનના બીજા નિયમ અનુસાર  વેગમાત્રાના બદલાવાનો દર એટલે જ બળ. આમ જ્યારે પણ પ્રકાશ પરાવર્તિત થાય છે, ત્યારે તે પરાવર્તન કરતી સપાટી પર બળ લગાવે છે, બરાબર એવી જ રીતે, જેવી રીતે સઢ સાથે અથડાતો પવન સઢ પર બળ લગાવે છે. અર્થાત્ કોઇપણ વિકિરણ (radiation- રેડીએશન) પોતાને પરાવર્તિત કરતી સપાટી પર આંક જાતનું દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે. સ્વાભાવિક રૂપે આ દબાણને  વિકિરણ દબાણ (radiation pressure – રેડીએશન પ્રેશર) કહે છે. આ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ પ્રકાશના બળ વડે અંતરિક્ષ યાનને ગતિ પૂરી પાડવા માટે કરી શકાય. અલબત, આ દબાણ ખૂબ ઓછું હોય છે. ઉદાહરણ રૂપે પૃથ્વીની કક્ષામાં રાખેલા  એક ચોરસ મીટરના સઢ પર  સૂર્યના પ્રકાશને કારણે  લાગતું દબાણ  માત્ર ૧ મિલીગ્રામ (૦.૦૦૧ ગ્રામ) થી પણ ઓછું વજન પૃથ્વીની સપાટી પરથી ઉપાડી શકે! આમ વિકિરણ દબાણ પૃથ્વીની સપાટી પર તો ખાસ કામમાં આવી ન શકે. પરંતુ બાહ્ય-અવકાશમાં, જ્યાં ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ તથા વાતાવરણને કારણે ઉત્પન્ન થતું ઘર્ષણ નહિવત હોય ત્યાં તેનો અસરકારક ઉપયોગ કરી શકાય કેમ કે અંતરિક્ષ-યાન પર લાંબા સમય સુધી  સતત લાગતું  નાનું સરખું દબાણ પણ લાંબા સમયે યાનની ગતિમાં મોટો વધારો કરી શકે.

આમ તો અંતરિક્ષ ઇજનેર તથા વૈજ્ઞાનિક વિકિરણ દબાણની  અસરથી અજાણ નથી. અંતરિક્ષ-યાન પર લગાવેલી સોલાર-પેનલ પર લાગતા વિકિરણ દબાણને ઇજનેર હંમેશા પોતાની ગણતરીમાં લે છે. આના કારણે જ મોટા ભાગના યાનમાં, યાનની બન્ને બાજુ એક સરખા માપની સોલાર-પેનલ લગાવવામાં આવે છે, જેથી  બન્ને બાજુ વિકિરણ દબાણ એક સરખું લાગે અને બન્ને પેનલ એક-બીજાને સંતુલનમાં રાખે. જ્યાં તે શક્ય  ન હોય ત્યાં યાનને સંતુલનમાં રાખવા માટે બીજી કોઇ વ્યવસ્થા કરવી પડે.  ભારતના ઇન્સેટ શૃંખલાના અમુક અંતરિક્ષ-યાનમાં ઈન્ફ્રારેડ સેન્સર લાગેલા હતા, જેના કારણે યાનની એક બાજુ સોલાર-પેનલ બેસાડી શકાય એમ ન હતું. તેથી તે બાજુ એક લાંબા ડંડાના છેડા પર “સોલાર-સેઇલ” (Solar sail) અર્થાત્ સૂર્ય-સઢ બેસાડવામાં આવ્યો, જેના પર લાગતું વિકિરણ દબાણ યાનની બીજી બાજુ પર બેસાડેલી સોલાર-પેનલ પરના વિકિરણ દબાણને સંતુલનમાં રાખે. આ પ્રયત્ન તો વિકિરણ દબાણની યાન પરની અસર ઓછી કરવાનો છે. આ સામે અમેરિકની નાસાએ સન ૧૯૭૦ના દશકમાં  વિકિરણ દબાણનો ઉપયોગ કરી એક યાનને હેલીના ધૂમકેતુ સુધી મોકલવાનો વિચાર કર્યો હતો. યાનના લાભ માટે વિકિરણ દબાણનો ઉપયોગ કરવા માટેનો પહેલો ગંભીર પ્રયાસ કદાચ જાપાનનો ઇકારોસ (IKAROS) હતો. સન ૨૦૧૦માં અંતરિક્ષમાં છોડવામાં આવેલા યાનમાં ૨૦ મીટરના વિકર્ણ (diagonal- ડાયાગોનલ) સાથેનો સોલાર-સેઇલ બેસાડવામાં આવ્યો હતો. તેનું મુખ્ય લક્ષ સોલાર-સેઇલ ટેકનોલોજીનું પરિક્ષણ કરવાનું હતું. સાથે-સાથે ઇજનેર આ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરી યાનને શુક્ર ગ્રહની કક્ષામાં મૂકવાનો પ્રયાસ પણ કરવાના હતા. યાન શુક્ર ગ્રહની કક્ષામાં તો પહોંચી ન શક્યું પરંતુ સોલાર-સેઇલે ૬ માસની સફરમાં યાનને ૧૦૦ મીટર/સેકેન્ડની ગતિ આપી

 

લાઇટસેઇલ-૨  ઉપગ્રહનો આશય આ ટેકનોલોજીને વધુ વિકસિત કરવાનો છે. ખાસ કરીને સોલાર-સેઇલના ક્ષેત્રફળના સાપેક્ષમાં અંતરિક્ષ યાનનું વજન ઓછું કરવાનો, જેથી યાનને સોલાર સેઇલ દ્વારા વધુ ગતિ મળી શકે. ઇકારસ યાન માટે સોલાર-સેઇલના ક્ષેત્રફળ અને યાનના વજનનો ગુણોત્તર માત્ર ૧.૭ ચોરસ મીટર પ્રતિ કિલોગ્રામ હતો. તેથી યાનને ગતિ મળવામાં ખાસ્સો સમય લાગ્યો. આ સામે લાઇટસેઇલ-૨ માટે આ ગુણોત્તર ૭ ચોરસ મીટર પ્રતિ કિલોગ્રામ છે. ૧૦ X ૧૦ X ૩૦ સેં.મી.ના  આ ઉપગ્રહમાં લગભગ ૩૨ ચોરસ મીટરના ક્ષેત્રફળ વાળો સોલાર સઢને સંકેલીને રાખવામાં આવ્યો છે. યાનને પૃથ્વીની સપાટીથી ૭૨૦ કિલોમીટર દૂર   પૃથ્વીની કક્ષામાં મૂકવામાં આવશે. કક્ષામાં પહોંચ્યા બાદ તેમાં રહેલા સઢને ફેલાવવામાં આવશે અને તેના કામકાજની ચકાસણી કરવામાં આવશે. આમતો સઢ પર લાગતું બળ સૂર્યનો પ્રકાશ  જે દિશામાં જતો હોય તે જ દિશામાં લાગે. પરંતુ જેવી રીતે વહાણના સઢને અલગ-અલગ દિશામાં ફેરવીને તેના પર લાગતા પવનના બળનો ઉપયોગ વહાણને પવનની દિશાથી અલગ દિશામાં ગતિ આપવા માટે કરવામાં  આવે છે, બરોબર તેવી જ રીતે પ્લેનેટરી  સોસાયટી લાઇટસેઇલ-૨ પર વિકિરણ દબાણની અસરને જુદી-જુદી દિશામાં વાળવાનો પ્રયત્ન કરશે.  હાલના અનુમાન મુજબ લાઇટસેઇલ-૨ સન ૨૦૧૮ના અંત સુધીમાં અંતરિક્ષમાં તરતો મૂકાશે.

લાઇટસેઇલ-૨ કરતા પણ વધુ મહત્વાકાંક્ષી વિચાર વિકિરણના દબાણનો ઉપયોગ આંતર-તારક (inter-steller : ઇન્ટર-સ્ટેલર) અર્થાત્ બે તારાની વચ્ચેની મુસાફરી માટે કરવાનો છે. સન ૨૦૧૬માં વિખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી સ્વ સ્ટીફન હૉકીન્સે બીજા વૈજ્ઞાનિકો સાથે મળીને એક એવા યાનનો વિચાર રજુ કર્યો જે વિકિરણ દબાણનો ઉપયોગ કરી આપણા સૌથી નજીકના (સૂર્ય સિવાયના), લગભગ ૪ પ્રકાશ-વર્ષ દૂરના તારા  પ્રોક્ષીમા સેન્ટોરી (Proxima Centauri), જે જય તારાનો એક સાથી છે, તેની યાત્રા  ૧૫ થી ૨૦ વર્ષમાં પૂરી કરે. યાનને વિકિરણ દબાણ પૂરું પાડવા માટે પૃથ્વી પર અથવા ચંદ્ર જેવી કોઇક નજીકની જગ્યાએ એક મહાકાય લેસરની કલ્પના કરવામા આવી છે. આ પરિયોજનાને સ્ટારશોટ  (Starshot) નામ આપવામાં આવ્યું છે.

જો માનવ જાત વિકિરણ દબાણ વડે અંતરિક્ષ-યાનનું સંચાલન કરી શકે તો બ્રહ્માંડની બીજી વિકસિત સંસ્કૃતી (અલબત, જો આવી કોઇ સંસ્કૃતીનું અસ્તિત્વ હોય તો!)  શા માટે ન કરી શકે? અમેરિકાની હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીના પ્રાધ્યાપક અબ્રાહમ લોબ (Abraham Loeb)ની આગેવાની હેઠળની ટૂકડીના માનવા મુજબ તો બીજી સંસ્કૃતી દ્વારા બનાવામાં આવેલું, વિકિરણ-દબાણ વડે સંચાલિત એક યાન કદાચ ગયા વર્ષે સુર્યની નજીકથી પસાર પણ  થઇ ગયું!

ચારેક માસ પહેલા આપણે સૂર્ય-માળાની બહારથી આવેલા પ્રવાસી ઔમુઆમુઆ (Oumuamua) ની વાત કરી હતી. ઔમુઆમુઆ તો સૂર્ય-માળાની આરપાર નીકળી ગયો. પરંતુ તેને પેદા કરેલા કુતુહલ, જિજ્ઞાસાના કારણે તે હજુ પણ ખગોળશાસ્ત્રનો ચર્ચાનો છે. ચર્ચા તથા કલ્પનાનું મુખ્ય કારણ હજુ પણ ઔમુઆમુઆની સૂર્ય-મંડળની બહાર નીકળતી વખતે ધાર્યા કરતા વધુ ગતિ છે. વૈજ્ઞાનિકોએ જુન ૨૦૧૮માંજ તારણ કાઢ્યું હતું કે ઔમુઆમુઆની સૂર્ય-માળામાંથી પસાર થવાની ગતિ, તેની કક્ષા, માત્ર તેના પર લાગતાં ગુરુત્વાકર્ષણ દ્વારા સમજી શકાય તેમ નથી. બીજી કોઇક ચીજ તેને માનો ધક્કો મારી રહી છે.

જુન ૨૦૧૮માં વૈજ્ઞાનિકોની સમજ મુજબ ઔમુઆમુઆ ઉલ્કા અથવા એક ખાસ જાતનો ધૂમકેતુ હોઇ શકે, જેમાં ધૂળનું પ્રમાણ ઓછું અને બરફનું વધુ છે. સુર્યની પાસે જ આવતા બરફ પીગળ્યો અને તેમાંથી નીકળતી વરાળને કારણે ઔમુઆમુઆને ધક્કો લાગ્યો. પરંતુ ધૂળનું પ્રમાણ ઓછું હોવાથી સામાન્ય ધૂમકેતુની માફક ઔમુઆમુઆની પૂંછડી જોવા મળી નહિં.

પરંતુ પ્રાધ્યાપક લોબ જેવા ઘણા વૈજ્ઞાનિક હવે માને છે કે ઔમુઆમુઆ એક કૃત્રિમ યાન પણ હોઇ શકે. તેમણે ઔમુઆમુઆની કક્ષા પરથી તેના ક્ષેત્રફળ તથા જો તેના પર સૂર્ય-સઢ જેવો સઢ લાગેલો હોય તો તેની જાડાઈ, બે તારાની વચ્ચે રહેલા વાયુ તથા ધૂળને કારણે તેની ગતિ પર અસર  વગેરેની ગણતરી પણ કરી નાખી. તેમની આ ગણતરીની વિગત સાથેના એક લેખનો મુસદ્દો તારીખ ૧ નવેમ્બર ૨૦૧૮ના રોજ પ્રસિદ્ધ થયો છે. ઔમુઆમુઆ એક કૃત્રિમ યાન હોઇ શકે તેવી સંભાવનાએ સ્વાભાવિક રૂપે જ એક સનસનાટી ફેલાવી દીધી છે. શું ઔમુઆમુઆ કાર્લ સાગાનને જેની આશા હતી, જેની શોધ હતી તેવી આપણા સિવાયની વિકસિત સંસ્કૃતીની ઊપજ છે? વૈજ્ઞાનિકો તો પોતાના સંશયી સ્વભાવ  અનુસાર જ્યાં સુધી નક્કર સાબિતી ન મળે ત્યાં સુધી કોઇ તારણ પર આવવા માગતા નથી. મોટા ભાગના વૈજ્ઞાનિક માને છે કે ઐમુઆમુઆ એક કુદરતી પદાર્થ છે. પરંતુ તે કૃત્રિમ યાન નથી જ તેવું અસંદિગ્ધ રૂપે  સાબિત કરવું અશક્ય છે ખાસ કરી ને ત્યારે કે જ્યારે ઔમુઆમુઆ એટલો દૂર નીકળી ગયો છે કે તેને લગતી બીજી કોઇ શોધખોળ થઇ શકે તેમ નથી. વૈજ્ઞાનિકોનો આ ખચકાટ સનસનાટી શોધતા અખબાર તથા સામાયિક માટે તો આશીર્વાદ રૂપ છે. અત્યારે તો લાગી રહ્યું છે કે ઔમુઆમુઆ  ખગોળશાસ્ત્ર તથા અવકાશ વિજ્ઞાનના ઇતિહાસમાં હંમેશ માટે એક રહસ્ય બની રહેશે!