पोस्टकार्डातून विज्ञान

प्रा. जयंत नारळीकर हे लोकप्रिय वक्‍ते आहेत. त्यानिमित्त त्यांचा महाराष्ट्रभर संचार सुरू असतो. भाषण संपल्यावर अनेक विद्यार्थी नारळीकरांची स्वाक्षरी मागायला यायचे. या विद्यार्थ्यांना नाराज न करता, त्यांनी नारळीकरांना पोस्टकार्ड पाठवून प्रश्न विचारावा, त्याला नारळीकरांच्या स्वत:च्या हस्ताक्षरात लिहिलेले उत्तर मिळेल, त्याखाली स्वाक्षरी असेल, असा पर्याय दिला. त्याला जो प्रतिसाद मिळाला, त्यातील निवडक प्रश्न व त्यांची नारळीकरांनी दिलेली उत्तरे, यांचे संकलन मराठी विज्ञान परिषदेने ‘पोस्टकार्डातून विज्ञान’ या नावाने पुस्तिका स्वरूपात प्रथम १९९५ साली प्रकाशित केले. पुस्तिकेचे छान स्वागत झाले व आतापर्यंत चार वेळा पुनर्मुद्रणे प्रकाशित झाली आहेत.

या पुस्तिकेतली निवडक प्रश्नोत्तरे इथे देत आहोत. ही पुस्तिका मराठी विज्ञान परिषदेत उपलब्ध आहे.

---

प्रश्न : आकाश निळे का दिसते?

उत्तर : पृथ्वीभोवती पसरलेल्या वायुमंडलात वायूच्या कणांशिवाय धुळीचे कणसुद्धा असतात. पृथ्वीवर पडणारा सूर्याचा प्रकाश अशा कणांवर आदळला की इतस्तत: विखुरला जातो. त्यामुळे एका दिशेने निघालेली प्रकाशकिरणे सगळीच्या सगळी त्या दिशेने न येता, त्यातली काही किरणे इकडेतिकडे पसरतात.

सूर्यप्रकाशात सात रंगांचे मिश्रण असते. वास्तविक प्रकाशलहरीच्या लांबीप्रमाणे त्याचे रंग वेगवेगळे असतात. लाल रंगाच्या लहरींची लांबी सर्वात जास्त, तर जांभळ्याची सर्वात कमी. एखादी प्रकाशलहर धुलिकणांवर आदळली, की ती किती प्रमाणात इतस्तत: विखुरते, हे तिच्या लांबीवर अवलंबून असते. जितकी लांबी जास्त, तितकी विखुरण्याची शक्‍यता कमी.

म्हणून सूर्यप्रकाश जेव्हा पृथ्वीकडे येतो, तेव्हा त्यातले निळे-जांभळे रंग सर्वात जास्त पसरतात, व लाल रंग सलग येतात. जेव्हा आपण आकाशाकडे नजर टाकतो, तेव्हा हे पसरलेले रंग आपल्याला प्रामुख्याने दिसतात. सूर्यप्रकाशातील निळ्यापासून जांभळ्यापर्यंतच्या रंगांच्या पट्ट्यात, निळा जास्त असल्याने तो आकाशाला नीलवर्ण रूप देतो.

वातावरणाच्यावर गेलेल्या अंतराळयानातून आकाश काळे दिसते, जरी सूर्य एका बाजूला तळपत असला तरी! कारण, सूर्याकडून येणारी किरणे पसरवणारे कण तिथे नसतात.

प्रश्न : ओझोनचे छिद्र वाढत आहे म्हणजे नेमके काय घडत आहे? त्यापासून धोका कसा संभवतो? त्यासाठी मानवाने कुठली सावधगिरी बाळगावी?

उत्तर : पृथ्वीभोवतालच्या वायुमंडलात विविध वायू असतात. त्यात प्रामुख्याने नायट्रोजन, ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइड असतात. पण, इतर काही वायूदेखील थोड्या प्रमाणात असतात, ओझोन त्यातला एक. ऑक्सिजनचे दोन अणू एकत्र येऊन प्राणवायू – ऑक्सिजन (आपण श्वास घेतो तो) तयार होतो, तर तीन अणू एकत्र येऊन ओझोन.

ओझोनचा बारकासा थर सूर्यापासून येणारे अतिनील किरणांपासून आपले रक्षण करतो. हा ओझोनचा थर ही किरणे शोषून पृथ्वीतलापर्यंत पोहोचू देत नाही. अर्थात, या प्रक्रियेत ओझोनचे विघटन होऊन ऑक्सिजन (प्राणवायू) निर्माण होतो. हा ऑक्सिजन पुन्हा उरलेल्या ऑक्सिजनबरोबर संयोग करून ओझोन निर्माण करतो. पुढे वायुमंडलातील इतर वायूंच्या रेणूंशी प्रक्रिया होऊन, पुन्हा ऑक्सिजनची निर्मिती हे चक्र असेच सतत चालू राहते. पृथ्वीतलापासून साधारण १५-२० किलोमीटर उंचीवर हा ओझोनचा थर असतो.

पण, जर असा थर ‘फुटून’ एक छिद्र निर्माण झाले, तर तेथे वरील प्रक्रियेचे चक्र चालू राहणार नाही. अशा स्थितीत अतिनील किरणे पृथ्वीतलापर्यंत पोहोचून जीवसृष्टीला हानिकारक ठरतील. उदाहरणार्थ, अशा किरणांच्या मार्‍याने त्वचेचा कॅन्सर, अंधत्व आदी संभवतात. असे छिद्र अंटार्क्टिकावर निर्माण होऊन वाढत असल्याचे, उपग्रहांतील यंत्रांनी १९७९ ते १९८७च्या दरम्यान निदर्शनास आणले. पृथ्वीवरील इतर भागांवरदेखील ओझेनचा थर कमी झाल्याचे दिसते.

हे का घडत आहे? यावर पुष्कळ विचारमंथन चालू आहे. वायुमंडलात घडणारे बदल, सूर्यप्रकाशाचा त्याच्यावर परिणाम, पृथ्वीवर उत्पन्न होऊन वर जाणारे वायू, या सर्वांचा या घटनेत सहभाग आहे. पण, नेमका कसा व किती? यावर तज्ज्ञांमध्ये वाद आहे. त्यांपैकी तिसर्‍या घटकावर मानवाचे थोडे नियंत्रण आहे.

यातच सीएफसी (क्लोरोफ्लुरोकार्बन) या रासायनिक द्रव्यांचा विषय चर्चिला जातो. रेफ्रिजरेटरमध्ये थंडावा आणणार्‍या प्रक्रियेतूनही द्रव्ये निघतात. तसेच, प्लास्टिकमध्ये फुगे करण्यासाठी आणि टिनमधून वायूचा फवारा करताना सीएफसी बाहेर पडतात. ही द्रव्ये सरळ वर जाऊन वायुमंडलातील ओझोन रासायनिक प्रक्रियेद्वारे नष्ट करू पाहतात. तेव्हा ओझोनचा थर टिकविण्यासाठी सीएफसीच्या उत्पादनावर बंदी आणावी, असा एक मतप्रवाह आहे. परंतु, एवढ्याने ओझोनवरील आक्रमण थांबेल, हे अजून निश्चितपणे सांगता येत नाही.

प्रश्न :  पृथ्वी सूर्याभोवती फिरते हे कसे सिद्ध करायचे?

उत्तर : दोन प्रकारच्या निरीक्षणांनी हे दाखवणे शक्‍य आहे. पृथ्वीची आजची स्थिती आणि सहा महिन्यानंतरची स्थिती यांत जागेचा फरक असणार; कारण तिला सूर्याभोवती एक चक्‍कर मारायला बारा महिने लागतात. तेव्हा आज आणि सहा महिन्यांनी जवळच्या तार्‍याकडे पाहिले, तर दिशेत अल्पसा बदल दिसेल, जो मोजणे शक्‍य आहे.

दुसरा प्रकार, तार्‍याच्या दिशेत एका वेगळ्या कारणाने घडणार्‍या फरकाचे मोजमापन करण्याचा. आपण तार्‍याला स्थिर पृथ्वीवरून न पाहता गतिशील पृथ्वीवरून पाहतो. म्हणून त्याची आपल्याला दिसणारी दिशा ही, प्रकाशाचा वेग (तार्‍याकडून येणार्‍या प्रकाशाद्वारे आपण तो पाहतो) आणि पृथ्वीची फिरण्याची गती व दशा यावरून ठरते. जसजसे पृथ्वी आपल्या कक्षेतील स्थान बदलते, तसतसे आपल्याला तार्‍याच्या दिशेतील सूक्ष्म बदल मोजता येतो.

इ.स.पूर्वी ३१०-२३०च्या कालखंडातला ग्रीक खगोलशास्त्रज्ञ अरिस्टार्कसने असा दावा केला होता की, पृथ्वी स्थिर नसून सूर्याभोवती फिरते. आपला दावा तपासायला त्याने वरीलपैकी पहिला मार्ग सुचवला होता. पण, त्या वेळची निरीक्षणाची साधने आजच्यासारखी अधिक बिनचूक नसल्याने त्याला अपेक्षित पुरावा मिळाला नाही, आणि पृथ्वी स्थिर आहे हीच धारणा दृढमूल झाली. वरील मार्ग खरोखर दोन शतकांपूर्वीच उपलब्ध झाले! म्हणून कोपर्निकस आणि गॅलिलिओ यांच्या काळात पृथ्वी ही सूर्याभोवती फिरते, याला निरीक्षणात्मक पुरावा नव्हता.

प्रश्न : सूर्याची उत्पत्ती कशी झाली? सूर्याभोवती ग्रह कसे निर्माण झाले?

उत्तर : आकाशगंगेत तार्‍यांदरम्यान पसरलेल्या विस्तीर्ण प्रदेशात वायूचे विशाल मेघ आहेत. अशाच एका वायुमेघाच्या गोळ्याचे आकुंचन होत, त्यातून एक गोळा तयार होतो. हाच पुढे तारा बनतो, म्हणजे त्याच्या केंद्रभागातून अणुऊर्जेची निर्मिती होते.

सूर्याची निर्मिती अशीच झाली, मात्र मूळ वायुमेघाचा भाग आपल्या अक्षाभोवती गोल फिरत असावा. अशा भागाचे आकुंचन होताना, केंद्रस्थानी गोल व अक्षाभोवती लंबवत पसरलेली एक चकती, असा त्या वायुमेघाचा आकार होता. आणि ही चकती त्या गोलाभोवती फिरत असते.

हे आकुंचन घडते गुरुत्वाकर्षणामुळे. वायुमेघाचे भाग एकमेकांना आकर्षित करून जवळ येऊ पाहतात; परंतु अक्षाभोवती फिरताना मेघाचे भाग अक्षापासून दूर भिरकावले जातात. (या भिरकावण्यामागे अपकेंद्री बल असते.) केंद्रातून सूर्य आणि चकतीतून ग्रह, उपग्रह आदी तयार होतात. आपल्या सूर्याची व ग्रहांची निर्मिती सुमारे ५ अब्ज वर्षांपूर्वी झाली असावी. परंतु, ग्रहमालेचा आकार, ग्रहांचे आकार आणि संख्या वगैरे, अजून या सिद्धांतातून निश्चित करता येत नाही. मात्र याच पद्धतीने बहुतेक तार्‍यांभोवती ग्रहमाला असाव्यात, असा तर्क केला जातो.

प्रश्न : तारे का लुकलुकतात? ग्रह का लुकलुकत नाहीत?

उत्तर : आपण तारे पाहतो किंवा दुर्बिणीतून त्यांचे छायाचित्र घेतो, ते त्यापासून येणार्‍या प्रकाशकिरणांच्या मदतीने. ही किरणे पृथ्वीभोवतालच्या वायुमंडलातील बदलत्या घनतेच्या, तापमानाच्या, हवेच्या थरातून येतात; त्यावेळी त्यांच्या दिशेत वक्रीभवनाने थोडा फरक पडतो. हे थर सतत बदलत असल्याने तार्‍याचे बिंब थरथरताना दिसते. तारे लांब असल्याने व प्रकाश मुळात त्यांच्याकडून येत असल्याने, हा लुकलुकण्याचा परिणाम जाणवतो.

ग्रह जवळ आहेत व सूर्याच्या प्रकाशाच्या परावर्तनाने आणि विखुरण्याने प्रकाशतात. त्यामुळे त्यांच्या बाबतीत हा परिणाम जाणवत नाही.

प्रश्न : कृष्णविवर किंवा ब्लॅक होल कशाला म्हणतात? विश्वात ब्लॅक होल्स सापडले आहेत काय? सूर्य कृष्णविवर बनेल का?

उत्तर : आपण एखादा चेंडू वर फेकला की, तो अखेर खाली पडतो, कारण पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्याला खाली (पृथ्वीकडे) खेचते. परंतु, न्यूटनच्या नियमाप्रमाणे, पृथ्वीच्या आकर्षणाचा जोर, पृथ्वीपासून लांब जात राहिले तर कमी होत जातो. त्यामुळे एका ठरावीक वेगमर्यादेहून जास्त वेगाने जर एखादी वस्तू पृथ्वीपासून लांब फेकली, तर ती परत येत नाही, कारण तिला परत खेचून घ्यायला पृथ्वीचे गुरूत्वाकर्षण अपुरे पडते. ही वेगमर्यादा ११.२ किलोमीटर दर सेकंदाला इतकी असून, तिला ‘सुटकेचा वेग’ म्हणतात. जितके एका वस्तूचे गुरुत्वाकर्षण बलाढ्य असेल, तितकीच ही वेगमर्यादा जास्त. सूर्यापासून सुटकेचा वेग सेकंदाला सुमारे ६४० किलोमीटर इतका आहे. समजा एखाद्या वस्तूपासून सुटकेचा वेग प्रकाशाच्या वेगापेक्षा म्हणजे सेकंदाला ३ लक्ष किलोमीटरपेक्षा जास्त असेल तर? तर प्रकाशकिरणे त्या वस्तूपासून निसटू शकणार नाहीत, मग ही वस्तू दिसणार कशी? दिसणार नाहीच, म्हणून तिला ‘कृष्णविवर’ किंवा ब्लॅक होल म्हणतात. ज्याप्रमाणे खोल विहिरीत टाकलेली वस्तू गडप होते, तसेच कृष्णविवर आसपासच्या वस्तूंना आपल्याकडे खेचून गडप करून टाकते.

विश्वात ब्लॅक होल आहेत का? – जी वस्तू मुळात दिसत नाही, ती शोधणार कशी? ती ‘दिसल्याचा’ पुरावा काय? ब्लॅक होल अर्थातच अदृश्य असते, पण त्याचे आसपासच्या वस्तूंवर प्रबळ आकर्षण असते. त्यामुळे अशा आसमंतातल्या गोष्टीचे निरीक्षण करून, तिथे कृष्णविवर असल्याचे निदान केले जाते. उदाहरणार्थ, परस्परांभोवती फिरणार्‍या दोन तार्‍यांपैकी एक कृष्णविवर असेल, तर त्याचे अस्तित्व आणि इतर तपशील शेजारच्या (सामान्य) तार्‍याच्या  निरीक्षणातून कळू शकेल. सिग्नस X-1 या क्ष-किरण स्रोताच्या ठिकाणी, कृष्णविवर असलेले तारायुगुल असल्याचा तर्क केला जातो.

सूर्य कृष्णविवर बनेल का? – सूर्याची त्रिज्या सध्या ७ लक्ष किलोमीटर इतकी आहे. ती लहान होत तीन किलोमीटर इतकी झाली, तर सूर्याचे कृष्णविवर बनेल. सूर्याचे स्वत:चेच गुरुत्वाकर्षण त्याचे आकुंचन घडवू पाहते, पण त्याचे आंतरिक दाब त्याचा विरोध करतात. सध्याचे भौतिक विज्ञान अशी माहिती देते : जर एखाद्या तार्‍याची चकाकण्यासाठी लागणारी ऊर्जा संपली, तर त्या स्थितीत त्याचे वस्तुमान किती, यावर त्याचे भवितव्य अवलंबून असते. जर ते वस्तुमान सूर्याच्या दुपटीहून जास्त असेल, तर त्याचे आतले दाब गुरुत्वाकर्षणाला रोखू शकत नाहीत, आणि त्या तार्‍याचे कृष्णविवरात रूपांतर होईल. जर वस्तुमान या मर्यादेखाली असेल, तर दाबाची गुरुत्वाकर्षणावर सरशी होते, आणि तो तारा न्यूट्रॉन तारा किंवा श्वेतबटूच्या स्थितीत राहतो.

सूर्यही आपले आयुष्य श्वेतबटू स्वरूपात संपवेल. त्याचे कृष्णविवर होणार नाही.

–– डॉ. जयंत नारळीकर

— मराठी विज्ञान परिषदेच्या सौजन्याने 
`पत्रिका’ या मासिकातून