અમેરિકાના ડો પેમેલા ગે અને કેનેડાના શ્રીમાન ફ્રેઝર કેન સાથે મળી છેલ્લા સોળ વર્ષથી, “એસ્ટ્રોનોમી કાસ્ટ” (Astronomy Cast) ના નામથી એક પોડકાસ્ટ પ્રસારિત કરે છે. પોડકાસ્ટમાં, ખગોળ તથા અંતરિક્ષને લગતા સમાચાર તથા તે ક્ષેત્રના બીજા રસપ્રદ પાસાની સાપ્તાહિક ચર્ચા થાય છે. પોડકાસ્ટના વક્તા, ખાસ કરીને ડો ગે અમેરિકા અને યુરોપમાં છેલ્લા બે-ત્રણ દશકમાં રદ કરાયેલા અંતરિક્ષ પ્રોજેક્ટને લઈને એટલાં તો વ્યથિત છે, તેઓ કોઈ પણ અંતરિક્ષયાન જ્યાં સુધી અંતરિક્ષમાં પહોંચી તેનુ કાર્ય શરૂ ન કરે, ત્યાં લગી તે યાનની ચર્ચા પોતાના પોડકાસ્ટમાં કરવાનું ટાળે છે. તેમનું અનુકરણ કરી, તેમનાથી પણ આગળ વધી, મે જ્યાં સુધી અમેરિકાનું (યુરોપ અને કેનેડાની અંતરિક્ષ સંસ્થા પણ પ્રોજેક્ટમાં સામેલ છે) જેમ્સ વેબ્બ અંતરિક્ષ ટેલિસ્કોપ (James Webb Space Telescope, ટૂંકમાં JWST) પોતાનું કાર્ય શરૂ કરે અને કેટલાક ઘા પણ ઝીલે, ત્યાં સુધી તેની ચર્ચા કરવાની ટાળી છે. પણ લાગે છે કે હવે તેને ઝાઝી ટાળી શકાય તેમ નથી.
છેલ્લા 32 વર્ષથી પૃથ્વીની કક્ષામાં ઘૂમી રહેલા હબ્બલ અંતરિક્ષ ટેલિસ્કોપે (Hubble Space Telescope) ઝડપેલી ગ્રહ, તારા, નિહારિકા અને તારા-વિશ્વની તસવીરોથી આખી દુનિયા પરિચિત છે. સુંદર છબી પાડવા ઉપરાંત હબ્બલે વૈજ્ઞાનિકોને બ્રહ્માંડ વિષે ઘણું શીખવ્યું છે. તેથી એક સ્વાભાવિક પ્રશ્ન થાય કે હબ્બલથી આગળ હવે શું? આ પ્રશ્નનો જવાબ આપતા પહેલાં, આપણે બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ અને તેના વિકાસનો ઈતિહાસ સમજવો પડશે.
ખગોળશાસ્ત્રની અત્યારની સમજ અનુસાર આપણને દેખાતું બ્રહ્માંડ આશરે 1,400 કરોડ પહેલા એક પ્રચંડ વિસ્ફોટથી – જેને બ્રિટિશ ખગોળશાસ્ત્રી અને આપણા પોતાના વૈજ્ઞાનિક અને વિજ્ઞાન-કથા લેખક જયંત વિષ્ણુ નારલિકરના ગુરુ, ફ્રેડ હોઈલે “બીગ બેન્ગ” (Big Bang) નામ આપ્યું- શરૂ થયું હતું. વૈજ્ઞાનિક માને છે કે બીગ બેન્ગ બાદ થોડીક મિનિટોમાં, બ્રહ્માંડમાં આપણને અત્યારે દેખાય છે તેટલાં પ્રમાણમાં હાઈડ્રોજન, હિલિયમ અને બીજા એકાદ-બે તત્વના પરમાણું બન્યા. પરંતુ તે સમયે બ્રહ્માંડનું ઉષ્ણતામાન એટલું વધારે હતું કે પેદા થયેલા પરમાણું કેન્દ્ર અને તેની આસપાસ ફરતા ઇલેક્ટ્રોન એકબીજાથી અલગ, જેને પ્લાઝમા કહે છે, તે સ્વરૂપે હતાં. વિદ્યુતભાર વાળા આવા વાતાવરણમાં, ધખધખતા બ્રહ્માંડની ગરમીને કારણે ઉત્પન્ન થયેલો પ્રકાશ માનો અટવાઈ ગયો હતો, તે છેક 4,00,000 વર્ષ બાદ, જ્યારે નિરંતર વિસ્તરણને કારણે ઠંડા થતા બ્રહ્માંડનું ઉષ્ણતામાન લગભગ 3,000 અંશ સેલ્સીયસથી ઓછું થયું ત્યારે, પરમાણુંના કેન્દ્ર સાથે ઇલેક્ટ્રોન જોડાઈ ગયાં, બ્રહ્માંડ વિદ્યુત-ભાર મુક્ત થયું અને પ્રકાશ પોતાની કેદમાંથી છૂટ્યો. અત્યારે આ પ્રકાશ આપણને “કોસ્મિક માયક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ” (Cosmic Microwave Background) અર્થાત્ બ્રહ્માંડની માયક્રોવેવ પૃષ્ઠભૂમિ, ટૂંકમાં, CMB તરીકે ચારોમેરથી આવતો દેખાય છે. CMB ના છૂટવા બાદ બ્રહ્માંડ ઠંડુ થતું ગયું, અને તેથી તેનો પ્રકાશ પણ ઝાંખો થતો ગયો, બ્રહ્માંડમાં સર્વત્ર અંધારું છવાઈ ગયું. આ યુગને ખગોળશાસ્ત્રી બ્રહ્માંડનો અંધકાર યુગ કહે છે. છેવટે, બીગ બેન્ગના આશરે 30 કરોડ વર્ષ બાદ, ઠંડા થયેલા બ્રહ્માંડમાં હાઈડ્રોજન અને હિલિયમના ગુરૂત્વાકર્ષણનું વર્ચસ્વ સ્થાપિત થયું, જેને કારણે વાયુના મોટાં વાદળ બન્યાં, અને આ વાદળમાંથી પહેલા તારાનો જન્મ થયો. આવા અનેક તારાના સમૂહ વડે બીજા 70 કરોડ વર્ષ સુધી નવા તારા-વિશ્વ અર્થાત્ ગેલેક્ષી બનતા ગયાં.
ઉપરની ચર્ચા પ્રમાણે બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ પછી સૌ પ્રથમ જે તારા અથવા તારા-વિશ્વ બન્યા, તેમાંથી નીકળેલો પ્રકાશ કરોડો વર્ષથી અંતરિક્ષમાં સફર કરી રહ્યો છે. આ સફર દરમ્યાન તેના પર બે પ્રક્રિયા અસર કરે છે. એક, પ્રકાશ પોતાની સફર દરમ્યાન ફેલાતો જાય છે, અને તેથી, ઝાંખો થતો જાય છે. બીજું, પ્રકાશની સફર દરમ્યાન થઈ રહેલું બ્રહ્માંડનું અવિરત વિસ્તરણ, પ્રકાશની તરંગ-લંબાઈ વધારતું જાય છે. આજે, આશરે 1,350 કરોડ વર્ષ બાદ, આ પ્રકાશનો મોટો ભાગ આપણે જોઈ શકીએ તેવા પ્રકાશ કરતા ઘણી વધારે તરંગ-લંબાઈ વાળા ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશમાં રૂપાંતરિત થઈ ચૂક્યો છે.
આવા પ્રકાશને ઝીલીને બ્રહ્માંડના સૌ પ્રથમ તારા અને તારા-વિશ્વની છબી બનાવવા માટે બને તેટલો વધારે પ્રકાશ ભેગો કરી શકે તેવું મોટું, અને જેના પર લાગેલા કેમેરા ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશથી સંવેદનશીલ હોય, તેવું ટેલિસ્કોપ જોઈએ. હબ્બલ ટેલિસ્કોપનો વ્યાસ 2.4 મીટર છે, અને તેના કેમેરા 0.4 થી 2.4 માઈક્રોમીટર સુધીની તરંગ-લંબાઈ વાળા પ્રકાશથી સંવેદનશીલ છે (માનવ આંખ આશરે 0.4 થી 0.7 માઈક્રોમીટર તરંગ-લંબાઈ વાળા પ્રકાશને જોઈ શકે છે). હબ્બલ પર લાગેલું આ ટેલિસ્કોપ આજથી 1,300 કરોડ પહેલા જન્મેલાં તારા અને તારા-વિશ્વને તો જોઈ શકે છે પરંતુ તેના પહેલાં, જ્યારે તેઓ બની રહ્યાં હતાં, તે સમયની છબી હબ્બલ લઈ શકતું નથી. નવજાત તારા અને તારા-વિશ્વના અવલોકન માટે હબ્બલથી આગળ, તેનાથી વધુ શક્તિશાળી ટેલિસ્કોપ જોઈએ. મોટા ઇન્ફ્રારેડ ટેલિસ્કોપના બીજા ઘણા ઉપયોગ છે, જેમાનો એક મહત્વનો ઉપયોગ બાહ્ય-ગ્રહ, સૂર્ય સિવાય બીજા તારાની આસપાસ ફરતા ગ્રહ, ખાસ કરીને તેના વાયુ-મંડળનો અભ્યાસ કરવાનો છે.
બે દશકથી વધુ સમયની મહેનત બાદ વર્ષ 1990માં અમેરિકાની અંતરિક્ષ સંસ્થા નાસાએ હબ્બલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ પૃથ્વીની કક્ષામાં મૂક્યું, અને વર્ષ 1993માં સ્પેસ શટલના એક ખાસ મીશને, તેના મુખ્ય અરીસામાં રહી ગયેલી ખામી દૂર કરી, તે પછી તુરત જ, વર્ષ 1996માં તેના અનુગામી ટેલિસ્કોપ વિષે ચર્ચા શરૂ થઈ ગઈ. એવું નક્કી થયું કે નવું ટેલિસ્કોપ 0.6 થી 28 માઈક્રોમીટર સુધીની તરંગ-લંબાઈ વાળા ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશથી સંવેદનશીલ હશે અને તેનો મુખ્ય અરીસાનો વ્યાસ આશરે 6.4 મીટર હશે. વર્ષ 2002માં આ નવા ટેલિસ્કોપનું નામ નાસાના ભૂતપૂર્વ વડાના નામ પરથી જેમ્સ વેબ્બ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ-JWST રખાયું
ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્લેન્કના નિયમ અનુસાર, જેનું ઉષ્ણતામાન નિરપેક્ષ શૂન્ય (-273.15o સેલ્સીયસ) થી વધુ હોય, તેવો દરેક પદાર્થ વિદ્યુત-ચુંબકીય વિકિરણ- બીજા શબ્દમાં, પ્રકાશ- છોડે છે. આમ તો, દરેક પદાર્થમાંથી અનેક તરંગ-લંબાઈનો પ્રકાશ નીકળે છે, પરંતુ જેની તીવ્રતા સૌથી વધુ હોય, તેવા પ્રકાશની તરંગ-લંબાઈ પદાર્થના ઉષ્ણતામાનના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. ઉષ્ણતામાન જેટલું વધુ, સૌથી તીવ્રતા વાળા પ્રકાશની તરંગ-લંબાઈ તેટલી ઓછી. આ જ કારણ છે કે લુહારની ભઠ્ઠીમાં તપતું લોખંડ, પહેલાં વધુ તરંગ લંબાઈ વાળો લાલ રંગનો પ્રકાશ, અને ત્યાર બાદ વધુ ઉષ્ણતામાને, બીજા ઘણા બધાં રંગ મળીને બનતો સફેદ પ્રકાશ છોડે છે. આ સામે અત્યારે CMB વિકિરણની તરંગ લંબાઈ કોઈ 2.72 કેલ્વિન (-270.43 o સેલ્સીયસ) ઉષ્ણતામાન વાળો પદાર્થ જે વિકિરણ છોડે, તેટલી છે.
પૃથ્વીની સપાટી પર જોવા મળતા સામાન્ય ઉષ્ણતામાને, વિકિરણની સૌથી વધુ તીવ્રતા આશરે 9-10 માઈક્રોમીટરની તરંગ-લંબાઈ પર જોવા મળે છે. આ તરંગ-લંબાઈ નવા ટેલિસ્કોપ જે તરંગ-લંબાઈના પ્રકાશ માટે સંવેદનશીલ હોવું જરૂરી છે, તેના જેટલી જ છે. અર્થાત્, સામાન્ય ઉષ્ણતામાને, ટેલિસ્કોપ પોતે જ આ તરંગ-લંબાઈના પ્રકાશથી ચમકી ઊઠે! આવું ન બને તે માટે આખા ટેલિસ્કોપને ઠંડુ કરવું જરૂરી છે. ઉપરાંત, જે ઇન્ફ્રારેડ કેમેરા આટલી લાંબી તંરગ-લંબાઈના પ્રકાશથી સંવેદનશીલ હોય, તેને પણ ઠંડો કરવો જરૂરી છે. જેમ્સ વેબ્બ સ્પેસ ટેલિસ્કોપના સૌથી વધુ ઠંડા ભાગનું ઉષ્ણતામાન 7 કેલ્વિન ( -267 oસેલ્સીયસ) જેટલું રાખવાની જરૂર છે. અંતરિક્ષમાં કોઈ પણ ચીજને ઠંડી કરવાનો સૌથી સહેલો ઉપાય તેને બસ, અંતરિક્ષમાં છોડી દેવાનો છે. શરત એ, કે તેને બીજા કોઈ ગરમ પદાર્થમાંથી નીકળતી ગરમી લાગવી જોઈએ નહીં. પૃથ્વીની આસપાસના અંતરિક્ષમાં ગરમીના મોટાં સ્રોત સૂર્ય, ચંદ્ર અને પૃથ્વી પોતે છે. પૃથ્વીની કક્ષામાં, દૂર રહેલાં સૂર્ય અને ચંદ્રની ગરમીથી બચવા માટે છત્રી જેવા “શેડ” લગાવી શકાય, પરંતુ પૃથ્વીની પોતાની ગરમીથી બચવા, ટેલિસ્કોપને પૃથ્વીથી બની શકે તેટલું દૂર રાખવું જરૂરી છે. સાથે-સાથે, તે પૃથ્વી પર પોતાનો ડેટા સહેલાઈથી મોકલી શકે એટલું નજીક પણ હોવું જોઈએ. આવી એક જગા લગ્રાંજ પોઇન્ટ (Lagrange Point) છે, જ્યાં પૃથ્વી અને સૂર્યનું ગુરૂત્વાકર્ષણ સાથે મળી, ત્યાં રાખેલા પદાર્થને સૂર્યની એક એવી કક્ષામાં મૂકે છે, જ્યાં તે પદાર્થ અને પૃથ્વી વચ્ચેનું અંતર અચળ રહે. આમતો લગ્રાંજ પોઇન્ટ પાંચ પ્રકારના હોય છે. ત્રણ પ્રકારના (L3, L4 અને L5) પોઇન્ટ પૃથ્વીથી ઘણા દૂર છે. L1 પોઇન્ટ પૃથ્વી અને સૂર્યની વચ્ચે આવેલું છે, જે ટેલિસ્કોપ માટે નકામું છે. પૃથ્વીથી 15 લાખ કિલોમીટર દૂર, સૂર્યથી ઊલટી દિશામાં આવેલું લગ્રાંજ પોઇન્ટ L2 ટેલિસ્કોપ માટે આદર્શ જગા છે. ત્યાંથી જોતાં પૃથ્વી, સૂર્ય અને ચંદ્ર ત્રણે લગભગ એક જ દિશામાં દેખાય છે તેથી તેમની ગરમીને રોકવા માટેના શેડની રચના થોડી સહેલી બને છે. આ કારણે JWSTને પૃથ્વીના L2 પોઇન્ટ પર, સૂર્યની કક્ષામાં મૂકવાનું નક્કી થયું.
આ હતી JWST યોજનાની પૃષ્ઠભૂમિ. આવતા લેખમાં આપણે તેની રચના અને તેના પર લાગેલા ઉપકરણ વિષે ચર્ચા કરીશું અને છેલ્લે, તેના અંતરિક્ષમાં પ્રક્ષેપણ અને તેની અત્યાર સુધીની કામગીરીની ચર્ચા કરવા મારો વિચાર છે.
સૂચનો અને ટિપ્પણી હંમેશ મુજબ આવકાર્ય!