तार्‍यांच्या अंतरंगांचा परिचय

0
127

अति दूरस्थ तार्‍यांकडून आपल्याकडे प्रकाश अथवा प्रारण नियमितपणे येत असल्याने त्या पाहुण्याकडून तेथील माहिती मिळविण्याचे कार्य वैज्ञानिक करीत असतात. या पद्धतीला वर्णपट विज्ञान तंत्र असे म्हणतात.

सूर्य हा आपला सर्वात जवळचा ‘तारा!’ तोदेखील आपल्यापासून साधारणपणे पंधरा कोटी किलोमीटर दूर आहे. तेव्हा इतर तार्‍यांची अंतरं तर फारच जास्त. आकाशात स्पष्टपणे दिसणार्‍या टपोर्‍या चांदण्यांमध्ये अनेक तारेच आहेत, परंतु त्यांची अंतरं मात्र फारच जास्त आहेत. व्याध, हंस, प्रश्‍वासारखे मोठाले तारे आपल्यापासून अनुक्रमे ८.६, ११.४ आणि १२ प्रकाशवर्षे दूर असल्याचे खगोलशास्त्रज्ञ खात्रीपूर्वकपणे सांगतात. विश्‍वात दूर दूर पसरलेले साधारण १०२२ म्हणजे एक लक्ष परार्ध तारे असून त्यांची अंतरं आणि वस्तुमान, आकार, तापमान, रचना, त्यांच्यातील पदार्थ इत्यादी माहितीदेखील खगोलशास्त्रात उपलब्ध आहे. शिवाय तारे अतिउष्ण असल्याने त्यांच्याकडे जाणे केवळ अशक्य आहे. अशा बिकट परिस्थितीत तार्‍यांविषयीची इत्थंभूत माहिती वैज्ञानिकांनी कशी मिळविली? असा प्रश्‍न सामान्यपणे सर्वांना पडतो. या प्रश्‍नाच्या उत्तराचा आता विचार करू या.

येणार्‍या पाहुण्यांची मदत
आपला कुणी नातलग अथवा परिचित दूर वास्तव्याला असल्यास त्याची ख्यालीखुशाली जाणण्यासाठी आपण बर्‍याच पद्धतींचा वापर करतो. पत्रव्यवहार, दूरध्वनी, तार इत्यादी काही जुन्या पद्धती, बिनतारी संदेशवहन, ई-मेल, व्हॉटस् ऍप, फेसबुक, ट्विटर हँडल इत्यादी नव्या पद्धती या कामी आता जास्त उपयुक्त ठरू लागल्या आहेत. हे जरी खरे असले, तरी त्यापेक्षासुद्धा जास्त चांगला मार्ग म्हणजे त्या ठिकाणाहून प्रत्यक्ष येणार्‍या व्यक्तीकडून तेथील प्रत्यक्ष माहितीचे वर्णन जाणून घेणे हा आहे. अशा व्यक्तीला आपण ‘पाहुणा’ या नावाने संबोधित असल्याने दूरस्थ व्यक्ती अथवा तेथील परिस्थितीची माहिती समजण्याचे कामी पाहुण्याची मदत घेणे जास्त योग्य आहे. अति दूरस्थ तार्‍यांकडून आपल्याकडे प्रकाश अथवा प्रारण नियमितपणे येत असल्याने त्या पाहुण्याकडून तेथील माहिती मिळविण्याचे कार्य वैज्ञानिक करीत असतात. या पद्धतीला वर्णपट विज्ञान तंत्र असे म्हणतात. शेकडो वर्षांपासून या पद्धतीचा वापर होत असून, त्यात दिवसेंदिवस जास्त जास्त सुधारणा होत असल्याने तो एक अत्यंत खात्रीलायक मार्ग समजला जातो. त्याचा आता सविस्तर विचार करू या.
वर्णपट विज्ञान
सूर्याचा प्रकाश पांढरा दिसतो. परंतु, तो काचेच्या बिलोरातून पाठविल्यास बाहेर पडणारा प्रकाश रंगीत दिसत असल्याचे आपण जाणतो. म्हणजे मूळच्या पांढर्‍या प्रकाशातच तांबडा, नारिंगी, पिवळा, हिरवा, अस्मानी, निळा आणि जांभळा हे रंग मिसळले गेले होते आणि बिलोराने मूळ पांढर्‍या रंगाचे पृथक्करण झाल्याने ते विविध रंग वेगळे वेगळे केले गेले हे निश्‍चित. बिलोरातून बाहेर पडणारा प्रकाश (रंगीत) एखाद्या पडद्यावर पाडल्यास एक रंगीत जाड पट्टा दिसतो. यात तांबडा रंग सर्वात वरच्या बाजूला, तर जांभळा सर्वात खालीच नेहमी दिसून येतो, तांबड्या प्रकाशाची तरंगलांबी सर्वात जास्त आणि जांभळ्या प्रकाशाची सर्वात कमी असल्याने पडद्यावरील जाड रंगीत पट्‌ट्यात विविध रंग त्यांच्या तरंगलांबीतील बदलानुसारच (वरून खाली उतरत्या क्रमात) जागा व्यापतात, असे दिसून येते. अशा या तरंगलांबीच्या क्रमानुसार पडद्यावर स्थान ग्रहण केलेल्या रंगीत पट्‌ट्याला मूळच्या पांढर्‍या रंगाचा वर्णपट असे म्हणतात. वर्णपटाचे सर्वात सोपे आणि अनेकदा दिसून येणारे हे एक उदाहरण. अनेक दृश्य प्रकाशांचे अशा प्रकारचे वर्णपट प्राप्त करण्याच्या पद्धती वैज्ञानिकांना माहीत झाल्याने सर्व प्रकाशित वस्तूंकडून येणार्‍या प्रकाशांचे वर्णपट प्रयोगशाळांमधून मिळविले जातात.
प्रत्येक अणू त्याच्या अंतर्गत असणार्‍या इलेक्ट्रॉन्सच्या रचनेनुसार ठरावीक तरंगलांबीच्या (रंगाचा) प्रकाशच उत्सर्जित करतो (जसे सोडियमचा पिवळा प्रकाश, तांब्याचा निळा, स्ट्रॉन्शियमचा लाल, बेरियमचा हिरवा, कॅल्शियमचा नारिंगी). त्यामुळे असे विविध मूलद्रव्यांचे अणू उत्सर्जित झाल्यास त्या विविध तरंगलांबी असणारा प्रकाश प्राप्त होतो. त्या प्रकाशाचे पृथक्करण केल्यास त्या तरंगलांबी क्रमश: वेगवेगळ्या झालेला वर्णपट मिळतो. अशा वर्णपटाला उत्सर्जन वर्णपट असे म्हणतात. वर्णपटांचा हा एक प्रकार.
प्रत्येक अणूवर विविध तरंगलांबी अंतर्भूत असणारा प्रकाश पाडल्यास प्रत्येक अणू तो जी तरंगलांबी उत्सर्जित करू शकतो, त्याच तरंगलांबीचा प्रकाशाचे शोषण करतो. (जेवढी देय क्षमता तेवढीच शोषण क्षमता). त्यामुळे अनेक तरंगलांबी सामावलेला प्रकाश विविध मूलद्रव्यांचे अणू असलेल्या पदार्थांवर पाडल्यास त्यातून बाहेर पडणार्‍या प्रकाशात त्या ठरावीक तरंगलांबी राहात नाही. अशा प्रकाशाचा वर्णपट मिळविल्यास त्यात त्या त्या ठरावीक तरंगलांबीच्या जागी रंग न दिसता काळी रेघ दिसून येते. अशा वर्णपटाला शोषण वर्णपट असे म्हणतात. वर्णपटांचा हा दुसरा प्रकार. या दोनही प्रकारच्या वर्णपटांच्या अभ्यासाने दूरस्थ तार्‍यांकडून येणार्‍या प्रकाशाची पूर्ण ओळख पटून दूरस्थ तार्‍यांच्या अंतरंगांची ओळख होण्यास मदत होते.
तार्‍यांच्या प्रकाशाचा वर्णपट
तार्‍याच्या गाभ्यात अणुभट्टी तेवत असल्याने तेथील तापमान प्रचंड मोठे असते (सूर्याच्या गाभ्याचे तापमान दीड कोटी अंश). त्यामुळे तेथून बाहेर पडणार्‍या प्रकाशात जवळजवळ सर्व तरंगलांबी असल्याने त्या प्रकाशाच्या वर्णपटात अनेक रंग त्यांच्या तरंगलांबीच्या उतरत्या क्रमात सलगपणे आढळतात. या वर्णपटाला सलग अथवा अखंड वर्णपट असे म्हणतात. हा प्रखर प्रकाश गाभ्याच्या सभोवतालच्या भागावर पडत असतो. या भागाचे तापमान कमी असल्याने तेथे अनेक मूलद्रव्यांचे अणू असतात. अणूंवर हा प्रकाश पडल्याने ते अणू त्यांच्या त्यांच्या शोषण क्षमतेनुसार ठरावीक तरंगलांबीचे प्रकाश शोषून घेतात. त्यामुळे या भागातून बाहेर पडणार्‍या प्रकाशात त्या ठरावीक तरंगलांबी राहात नाहीत. परिणामी, या प्रकाशाच्या वर्णपटात त्या त्या तरंगलांबीच्या स्थानी काळ्या रेषा (त्या तरंगलांबीच्या अनुपस्थितीमुळे) दिसतात. या वर्णपटाला ‘शोषण रेखा वर्णपट’ असे म्हणतात. (आकृती- १) वर्णपटातील काळ्या रेषा कोणती तरंगलांबी शोषली गेली दर्शविते आणि हे शोषण कोणत्या मूलद्रव्याच्या अणूमुळे झाले हे लक्षात येते. अशा प्रकारे तार्‍यात कोणकोणती मूलद्रव्ये आहेत, हे वर्णपटांच्या अभ्यासाने काढले जाते. तार्‍यांच्या अंतरंगाची माहिती मिळविण्याचा हा एक प्रभावी मार्ग.
फ्रेंच खगोलशास्त्रज्ञ पियर जान्सेन याने १८६८ सालच्या सूर्यग्रहणाचे वेळी सूर्यप्रकाशाचा वर्णपट घेतला असता, असा रेखा वर्णपट मिळाल्याने सूर्याच्या दीपत्यंबरात कोणकोणती मूलद्रव्यं आहेत हे समजले. त्या रेषांमधील काही काळ्या रेषा मात्र कोणत्या मूलद्रव्याच्या आहेत? हे तत्कालीन ज्ञात मूलद्रव्यांपैकी नसल्याने सूर्याच्या वातावरणातील एका नव्या मूलद्रव्याचा शोध लागला. त्या मूलद्रव्याला सूर्याच्या हेलिऑस या ग्रीक नावावरून हेलियम हे नाव दिले गेले. पुढे १८९५ साली पृथ्वीवरील युरॅनियमच्या खनिजात हेलियमचा शोध लागला.

तार्‍यांची भ्रमणगती ठरविणे
प्रत्येक तारा स्वत:च्या आसाभोवती फिरत असतो. वैज्ञानिकांनी ही तार्‍याची भ्रमणगती ठरविण्यात यश मिळविले आहे. त्यासाठीदेखील तार्‍यांकडून येणार्‍या प्रकाशाचीच मदत घेतली जाते. त्या तंत्राची थोडक्यात माहिती करून घेऊ या.
तार्‍याच्या या गिरकीमुळे त्याची एक कडा आपल्याकडे येत असल्याचा भास होतो, तर त्याची विरुद्ध बाजूची कडा आपल्यापासून दूर जात असल्यासारखी परिस्थिती निर्माण होते. आपल्याकडे येणार्‍याकडे कडून येणार्‍या प्रकाशाची कंप्रता वाढलेली दिसते. (म्हणजेच तरंगलांबी कमी होते.) परिणामी, वर्णपटातील रेषा मूळ स्थानाच्या उतरत्या तरंगलांबीच्या दिशेला थोड्या सरकलेल्या दिसतात. तार्‍याच्या विरुद्धकडे कडील प्रकाशाची तरंगलांबी किंचित वाढली असल्याने काळ्या रेषा मूळ स्थानाच्या दुसर्‍या बाजूला सरकलेल्या दिसतात. (आकृती-२) रेषांमध्ये आढळणारे बारीक स्थलांतर मोजून गणिताच्या मदतीने तार्‍याची आसाभोवतीची भ्रमणगती ठरविली जाते. तार्‍यांच्या या गतीनुसार त्यांच्या विषुववृत्तीय व्यासात वाढ दिसून येते.

तार्‍याभोवती फिरणार्‍या मोठ्या ग्रहांची शक्यता पाहणे
तार्‍याभोवती एखादा मोठा ग्रह फिरत असल्यास त्या ग्रहाच्या आकर्षण बलामुळे तारा त्याच्या मूळ स्थानाच्या त्या ग्रहाकडील बाजूला थोडा सरकत असतो. मात्र, हा ग्रह स्थिर नसून तो त्या तार्‍याभोवती प्रदक्षिणा घालत असतो. त्यामुळे पृथ्वीवरून तो तारा पाहताना तो कधी त्याच्या डावीकडे तर कधी उजवीकडे सरकताना दिसतो. याला त्या तार्‍याचे थरथरणे असे म्हणतात. तारा त्याच्या दीर्घिकेच्या केंद्राभोवतीसुद्धा फिरत असल्याने असा तारा नागमोडी वळण घेत पुढे पुढे सरकत असताना दिसतो. अशा नागमोडी चालीच्या तार्‍यांवर जास्त लक्ष देऊन त्या तार्‍याभोवती मोठा ग्रह फिरत असल्याचा निष्कर्ष काढून त्याच्या थरथरण्याचे अंतर काढले जाते. हे अंतर लक्षात घेऊन गणिताने तशा मोठ्या ग्रहाचे वस्तुमान ठरविले जाते. अशा ग्रहांवर सजीवसृष्टी असण्याची शक्यता बरीच असल्याने वैज्ञानिक या कामाला बरेच महत्त्व देऊ लागले आहेत.

तार्‍याचे तापमान आणि सद्य:स्थिती
तार्‍याच्या प्रकाशाचा वर्णपट म्हणजे त्या तार्‍याचे ओळखपत्रच असल्याने त्याच्या अभ्यासातून तार्‍याचे तापमान काढण्यात येते. वर्णपटातील विविध तरंगलांबीच्या प्रकाशाने तार्‍याकडून प्रतिसेकंदाला किती मात्रेची ऊर्जा प्राप्त होते, हे काही खास उपकरणाच्या साहाय्याने ठरविले जाते. त्या ऊर्जामात्रा आणि तरंगलांबी यांच्यातील आलेखाने कोणत्या तरंगलांबीची ऊर्जामात्रा सर्वात जास्त आहे हे समजते. तार्‍यांचे तापमान या महत्तम ऊर्जामात्रा असणार्‍या तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असणारे स्पष्ट करणार्‍या ‘विन’ या शास्त्रज्ञाने मांडलेल्या सूत्राने तार्‍याचे तापमान ठरविले जाते. तार्‍यांच्या तापमानामुळे त्यांच्या वातारणात बदल घडत असल्याने तार्‍यांचे वर्गीकरण त्यांच्या तापमानानुसार प्रसिद्ध भारतीय खगोलशास्त्रज्ञ डॉ. मेघनाद साहा यांनी केले आहे, हे विशेष उल्लेखनीय!
तापमानानुसार तार्‍याच्या रंगात फरक पडतो. त्यावरून तार्‍याची सध्यावस्था लक्षात येते. तांबड्या रंगाच्या तार्‍याचे तापमान कमी असते. असा तारा साधारणपणे त्याच्या राक्षसी अवस्थेत असून, सध्या तो वृद्धावस्थेत असल्याचा निष्कर्ष निघतो. निळसर तारा अति उष्ण असल्याने तो त्याच्या तरुणावस्थेत असल्याचे समजते.
– डॉ. मधुकर आपटे/ ९९२२४०२४६५