रंग माझा वेगळा

Posted
8 वर्ष ago
शेवटचा प्रतिसाद
8 वर्ष ago
Time to
read
<1’

(न्यु जर्सीच्या साहित्य विश्व मध्ये २ महिन्यांपुर्वी प्रसिद्ध झालेला हा दुसरा भाग)

रंग म्हंटला की डोळ्यासमोर येतात सुंदर रंगीबेरंगी फुलं, फुलपाखरं, इंद्रधनुष्य ई. आपल्याला या गोष्टी दिसतात कारण त्यांच्यावर पडलेला (सुर्य)प्रकाश परावर्तित होऊन आपल्या डोळ्यात शिरतो. खगोलशास्त्राचा अभ्यास रात्री केला जातो. त्यातल्या त्यात काळोख्या रात्री बऱ्या. पण त्यामुळे रंगांना काही वावच नाही असे मात्र समजु नका बरे! खगोलशास्त्रात रंग इतक्या विविध प्रकारे येतात की इंद्रधनुष्य तोकडे वाटावे. इंद्रधनुष्यात दिसणारे रंग म्हणजे विशाल वर्णपटाचा छोटासा भाग (पहा आकृती १).

Electromagnetic_spectrum.pngआकृती १: विद्युतचुंबकीय लहरींचा वर्णपट. (श्रेय: विकिपेडीया)

प्रकाश(कण) म्हणजे विद्युतचुंबकीय लहरी*. दृष्यमान प्रकाशाची तरंगलांबी ही ०.४(जांभळा)-०.७(तांबडा) मायक्रॉन येवढी असते (१००० मायक्रॉन = १ मि.मि.). आकृतिमध्ये ही लांबी सरसकट ०.५ मायक्रॉन अशी दाखवली आहे. संपुर्ण वर्णपट पाहिल्यास एका बाजुला हजार मिटर लांबीच्या रेडिओ लहरी दिसतात (दृष्य व रेडिओ लहरींच्या दरम्यान असतात मायक्रोवेव्ह्स - काही मायक्रॉन लांबीचे तरंग असलेल्या) तर दुसऱ्या बाजुला मायक्रॉनच्याही दशलक्ष पटीने कमी तरंगलांबीची गॅमा-किरणे (आणि त्या दरम्यान असतात क्ष-किरणे). या सर्व लहरींमधील साधर्म्य म्हणजे निर्वात पोकळीत यांचा वेग सारखाच ~३०००००** कि.मि./सेकंद (=३x१०^८ मि^१ सेकंद^-१ = ~१८६००० मैल/सेकंद). त्यांची उर्जा (energy) मात्र समान नसते. जितकी तरंगलांबी कमी तितकी उर्जा अधिक. दृष्यलहरींची उर्जा काही इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट (eV***) असते. क्ष-किरणांची हजारो eV तर गॅमा-किरणांची त्याहिपेक्षा जास्त. (याहीपेक्षा जास्त उर्जा वैश्विक किरणांमध्ये असते, पण तो विद्युतचुंबकीय वर्णपटाचा भाग नव्हे).

विद्युतचुंबकीय लहरी या विद्युतभारांच्या बदलणाऱ्या गतिमुळे निर्माण होतात. कशाप्रकारचे हे बदल आहेत यावरुन तरंगलांबी ठरते. जवळजवळ सर्व अवकाशीय स्त्रोत भरपुर प्रमाणात दृष्य तरंगलहरी निर्माण करतात. पण काही स्त्रोत इतके दुर असतात की ते जर प्रखर रेडिओलहरी किंवा क्ष-किरणे निर्माण करत असतील तर त्यांचा शोध सोपा होतो. क्ष-किरणे ही इलेक्ट्रॉन्सच्या त्वरणामुळे (गतिवृद्धी किंवा acceleration) निर्माण होतात तर गॅमा-किरणे अणुकेंद्रांमधील उलथापालथीमुळे.

विश्वाचा कॅन्व्हास हा दृष्य रंगांनी रंगवता येणाऱ्या चित्र-पटापेक्षा खुपच मोठा आहे. या पटावर अवकाशीय तांडव चालतं. आपण मात्र या पासुन बचावलो आहोत. आपली सद्य जडण-घडण (उदा. फक्त ज्याला आपण दृष्य म्हणतो त्याच तरंगलांबींचे प्रकाशकण पाहु शकणे) अशी असण्याला आपले वातावरण कारणीभुत असु शकेल. आकृतिमधिल वरच्या भागातील N दर्शवतो की गॅमा-किरणे, क्ष-किरणे यांच्यापासुन आपले संरक्षण पृथ्वीचे वातावरण करते. अवकाशीय स्त्रोतांपासुन येणारी क्ष-किरणे व गॅमा-किरणे टिपु शकणाऱ्या दुर्बिणी आपल्याला वातावरणाच्या वर स्थापाव्या लागतात.

Hertzsprung-Russell_diagram.jpgआकृती २: Hertzsprung-Russell diagram. सुर्य G प्रकाराचा तारा आहे (क्ष-अक्ष) आणि एकक म्हणुन वापरल्याने त्याची तेजस्विता अर्थातच १ आहे (य-अक्ष). (श्रेय: मेडियाविकि/slackerastronomy.org)

आता आकृति २ कडे पहा. मानवी आयुष्याच्या तुलनेत ताऱ्यांचे आयुष्य लाखो ते कोट्यावधी पटीने जास्त असते. (साधारणत: ताऱ्याचे द्रव्यमान - mass - जितके अधिक तितके त्याचे आयुष्य कमी.) आकृतीत क्ष-अक्षावर ताऱ्यांचे तापमान दर्शविले आहे तर य-अक्षावर ताऱ्यांची तेजस्विता (luminosity). Hertzsprung आणि Russell या शास्त्रज्ञांच्या नावाने ओळखल्या जाणाऱ्या या चित्रात (HR diagram) माहिती ठासुन भरली आहे. ताऱ्यांच्या दिर्घ आयुर्मानामुळे जरी आपण एकाच ताऱ्याचा जन्मापासुन मृत्युपर्यंत अभ्यास करु शकत नसलो तरी एकत्र अनेक ताऱ्यांचा अभ्यास केल्यास statistically ताऱ्यांच्या जीवनचक्राबद्दल माहिती मिळते. आपल्या दिर्घिकेत ~१००,००,००,००,००० (१०^११) तारे आहेत. त्यापैकी एका छोट्या अंशाचा जरी अभ्यास केला तरी तो प्रातिनिधीक ठरतो. HR diagram त्यामुळे ताऱ्यांचा जीवनचक्रदर्शक आहे. तारे त्यांच्या जीवनातील बहुतांश काळ या आकृतिच्या ज्या भागात घालवतात त्याला मुख्य अनुक्रम (main sequence) असे म्हंटल्या जाते. हा पट्टा खालच्या उजव्या कोपऱ्यापासुन वरच्या डाव्या कोपऱ्याकडे जातो. या "खोडा"ला बऱ्याच शाखा फुटतात. वेगवेगळ्या वस्तुमानाचे तारे वेगवेगळ्या शाखांवर कालक्रमण करतात. पण तारे या आकृतीत सरकतात म्हणजे काय? तर काळाप्रमाणे त्यांचे तापमान बदलते व तेजस्विता पण. आणि अर्थातच तापमानाप्रमाणे रंग. म्हणुनच काही तारे लालसर दिसतात, काही निळे, आणि काही अधल्यामधल्या रंगांचे. याच आकृतीवर वस्तुमान, आकारमान पण दाखवता येतं. महाकाय तारे (उदा. लाल राक्षसी तारे) वरती उजव्या भागात असतात तर हायड्रोजन व हिलियम रूपी इंधन संपत आलेले तारे आकारमान कमी होऊन खाली डाव्या भागात दिसतात (उदा. श्वेतबटु).

ताऱ्याकडुन येणाऱ्या प्रकाशाचा वर्णपट मिळवल्यास त्या ताऱ्यामध्ये असलेल्या रासायनीक तत्वांबद्दल माहिती प्राप्त होते. हायड्रोजन, ऑक्सिजन, कार्बन इ. प्रत्येकी ठरावीक तरंगलांबीचा प्रकाश उत्सर्जीत करतात. (ताऱ्यांच्या तापमानाला, घनतेला इ. अनुसरुन कोणते अणु किती विद्युतभारीत आहेत, आणि इलेक्ट्रॉन्स कोणत्या कक्षेतून कोणत्या कक्षेत उड्या मारताहेत हे देखिल कळते ). वर्णपट मिळवायला लागतो त्यापेक्षा कमी वेळात वेगवेगळे फिल्टर्स वापरून रासायनीक तत्वांबद्दल अंदाज बांधता येतात (प्रत्येक फिल्टर हे वर्णपटाच्या विशिष्ठ भागातील प्रकाशकणांनाच आत शिरु देते). दिर्घीका या अब्जावधी ताऱ्यांच्या बनलेल्या असतात. त्यांच्यापासुन जो प्रकाश येतो त्यावरुन त्यांच्यातील जास्त तारे म्हातारे (लाल) आहेत का तरुण (निळे) हे कळते.

stephan_xray_opt - Copy.jpgआकृती : ३ चंद्रा दुर्बिणीच्या सहाय्याने मिळविलेले क्ष-किरण चित्र (निळा रंग) आणि कॅलटेकच्या पालोमार दुर्बिणीतून मिळवलेले दृष्य (पिवळा रंग) एकत्र करुन बनविलेले हे Stephan's Quintet चे फसव्या रंगांमधिल चित्र. दिर्घिकांच्या टकरीमुळे होत असलेल्या उलथापालथीची कल्पना दोन्ही चित्र अशा प्रकारे एकत्रीत केल्यावरच जास्त योग्य प्रकारे मिळते. (श्रेय: http://apod.nasa.gov/apod/ap030812.html)

तुम्ही जी खगोलशास्त्रातील सुंदर, रंगीत चित्रे पहाता (उदा. दिर्घीका, तारकासमुह) ती बरेचदा तीन वेगवेगळ्या फिल्टर्स मधिल चित्रांचा संयोग करुन बनविली असतात. दोन टक्कर होत असलेल्या दिर्घीकांचे उदाहरण घेऊ या****. जर आपण त्यांचे चित्र लाल, हिरव्या व निळ्या फिल्टर्सनी मिळवले तर जिथे टक्कर होते आहे त्या भागात होणाऱ्या ढवळाढवळीमुळे नविन तारे जन्माला येत असणार. त्या उष्ण वायुमुळे निळ्या फिल्टरमध्ये जास्त प्रकाशकण प्राप्त होणार. या उलट, बाहेरच्या भागात प्राचीन ताऱ्यांपासुनचे लाल प्रकाशकण जास्त असणार. प्रत्येक चित्रकणात (pixel) किती लाल, हिरवे व निळे प्रकाशकण आहेत यावरुन त्याचित्रकणाचा अंतिम रंग रंगांच्या मिश्रणाच्या न्यायाने ठरविला जातो. असे चित्रातील प्रत्येक चित्रकणाकरता केले की एक सुंदर वास्तववादी चित्र तयार होते.

nucleons.gifआकृती ४: "रंगीत" क्वॉर्क्स पासुन बनलेले रंगविहीन हॅड्रॉन्स. up(u), down (d), top (t), bottom (b), charm (c), strange (s) अशी सामान्य, मोहक आणि विचित्र नावं क्वॉर्क्सना आहेत. (श्रेय: www.scri.fsu.edu)

एखादी गोष्ट एका ठरावीक रंगाची तेंव्हाच असु शकते जेंव्हा त्या वस्तुचा आकार कमीतकमी त्या रंगाच्या तरंगलांबी येवढा असतो. अणुकेंद्राचा आकार हा दृष्य लहरींच्या तुलनेत एक अब्ज पटीने कमी असतो. अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्युट्रॉन हे स्वत: रंगविरहीत असतात, पण ते ज्या क्वॉर्क्सचे (quark) बनले असतात ते म्हणे निळ्या, हिरव्या, किंवा लाल रंगांचे असतात. अर्थातच हे रंग खरे नव्हे. पण भौतिकशास्त्रज्ञ अशी नावे वापरुन रंगांच्या इतर लक्षणांचा वापर करुन घेतात. या रंगछटांपासुन रंगविरहीत संयुगं कशी मिळवायची? मिसळा एक हिरवा, एक निळा आणि एक लाल क्वॉर्क की बनला एक रंगविरहीत हॅड्रॉन (प्रोटॉन व न्युट्रॉन ही हॅड्रॉन्सची उदाहरणे). रंगीत क्वॉर्क्सप्रमाणेच पूरकरंगांचे पूरकक्वॉर्क्स (anti-quarks) असतात. निळ्या रंगाचा पूरकरंग पिवळा (=लाल+हिरवा). एक क्वॉर्क आणि त्याच्या पूरकक्वॉर्क एकत्र आले की बनला एक कमी आयुर्मानाचा जड मेसॉन*****.

या होत्या रंगांसंबंधी काही गमती. इतरही अनेक आहेत. उदा. कृष्णविवरे, redshift, आकाश निळे का असते, उगवणारा चंद्र तांबुस का भासतो इ. पण ते नंतर कधीतरी.
----------------------------------------------------------------------------------------
* प्रकाशकण (photons)आणि प्रकाशलहरी ही एकाच गोष्टीची दोन विवरणे.
** २९९७९२४५८.० मि/सेकंद - या पेक्षा मोठा वेग असु शकत नाही.
*** electronVolt (eV)हे उर्जेचे एकक आहे. एखाद्या विद्युतचुंबकीय लहरीची तरंगलांबी नॅनोमिटर मध्ये क्ष असेल तर त्या लहरीची उर्जा १२४० भागीले क्ष इतकी असते.
**** दिर्घीकांची टक्कर ही फार काही दुर्लभ गोष्ट नाही. गंमत ही आहे की दिर्घीकांमधील तारे इतके विखुरलेले असतात की एका दिर्घीकेतील ताऱ्यांची टक्कर मात्र दुसऱ्या दिर्घीकेतील ताऱ्यांशी होत नाही. आपले गुरुत्विय बळ नोंदवत दोन दिर्घीका एकमेकांच्या आरपार जाऊ शकतात. (आणि मग पुन्हा आकर्षीत होतात, पुन्हा प्रेमात पडतात, आणि हळुहळु २-३ अब्ज वर्षात एक बनुन जातात.)
***** क्वॉर्क्सवरील विद्युतभारदेखील अंशात्मक असतो. स्वतंत्र संचार करु शकणाऱ्या कणांवरील विद्युतभार आंशीक असु शकत नाही. त्यामुळे कोणते क्वॉर्क्स एकत्र येउ शकतात याचे अजुन काही नियम आहेत.

विषय: 
प्रकार: 

सुरेख माहिती. धन्यवाद.

सगळंच समजलं असं म्हणता येणार नाही, पण ती माझ्या शिक्षणाची मर्यादा आहे. हे मी प्रामाणिकपणे सांगते आहे. उगाच कोणाला वाटेल मला सगळं समजलं. Proud

मस्त लेख. उदाहरणं, आकृत्या देऊन समजावलय त्यामुळे अधिक, पण पुन्हा वाचावं लागेल अधिक योग्य रीतीने समजायला. धन्यवाद.

आशिष, पुन्हा एकदा चांगला लेख, बरीच उजळणी झाली.
लहरिंची तरंगलांबी नुसार त्यांचे निरक्षण करायला वापरायच्या दुर्बिणीची रचना बदलते. परावर्तन (reflection?) दुर्बिणीत, दृश्य प्रकाश बघायला आरश्या सारखा गुळगुळीत पृष्ठभाग लागतो, तर रेडिओ तरंगांसाठी तारांची विरळ जाळीदेखिल चालते (उदा. GMRT).... बरोबर? याचप्रकारे क्ष-किरण आणि गॅमा किरण 'बघायला' काय वापरतात?

क्वॉर्क्सचे अस्तित्व सिद्ध झालय का? का तो अजुनही फक्त सिद्धांत आहे?

उत्तम लेख. थोडे फिजिक्स चे प्राथमिक ज्ञान असल्याने बर्‍याच टर्म्स समजल्या पण पूर्ण आकलन झाले नाही. अर्थात तो आ.बु.दो.स.

लोकहो, धन्यवाद.

सॅम, क्ष-किरणे आणि गॅमा-किरणे पहायला त्यांच्या इतर घटकांशी झालेल्या संपर्कामुळे ज्या प्रक्रीया होतात त्याचा वापर केल्य जातो. उदा. त्यांच्या उर्जेमुळे जर इलेक्ट्रॉन-पॉझीट्रॉन सारखी जोडी बनत असेल तर अश्या जोड्यां मोजता येतात, किंवा पाण्यावर दगड जसा 'उडवता' येतो तसे क्ष-किरणे अखाद्या पृष्ठ्भागावरुन परावर्तीत करुन मोजता येतात. अजुनही काही पद्धती आहेत आणि त्या दृष्यप्रकाशकिरणांच्या पद्धतींपेक्षा वेगळ्या आहेत. खालील दुव्यांवर जास्त माहिती मिळु शकेलः
http://www.airynothing.com/high_energy_tutorial/detection/detection05.html
http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/how_l1/xray_detectors.html

ईलेक्ट्रॉन जितके 'खरे' आहेत, तितकेच क्वार्क्स पण आहेत Happy