अंतरिक्ष विज्ञान: तारे, आकाशगंगाएं और उपग्रह नोट्स

अंतरिक्ष विज्ञान सामान्य विज्ञान का वह भाग है जो परीक्षकों को सर्वाधिक प्रिय है, क्योंकि इसके तथ्य स्पष्ट हैं: तारा नाभिकीय संलयन से चमकता है, प्रकाश वर्ष दूरी मापता है समय नहीं, और भूस्थिर उपग्रह पृथ्वी की एक परिक्रमा में चौबीस घंटे लेता है। यह विषय भौतिकी, खगोल विज्ञान और भारत के अंतरिक्ष कार्यक्रम को जोड़ता है, और जिस विद्यार्थी को परिभाषाएं तथा संख्याएं याद हैं वह इससे पूछा गया लगभग प्रत्येक प्रश्न हल कर सकता है। इस नोट में तारे का जीवन, खगोलीय दूरी की इकाइयां, आकाशगंगाओं की संरचना और कृत्रिम उपग्रहों का कार्य क्रम से दिया गया है।

तारे और सूर्य की ऊर्जा

तारा गर्म गैस का स्वयंदीप्त गोला है, जो मुख्यतः हाइड्रोजन और हीलियम से बना होता है और अपने ही गुरुत्व से बंधा रहता है। इसका जन्म गैस तथा धूल के बादल में होता है, जिसे नीहारिका कहते हैं, और यह बादल तब तक संकुचित होता है जब तक उसके केंद्र का ताप नाभिकीय संलयन आरंभ होने योग्य न हो जाए। सूर्य में हल्के नाभिकों का संलयन, अर्थात प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला से चार हाइड्रोजन नाभिकों से एक हीलियम नाभिक बनना, वह ऊर्जा देता है जो हमें प्रकाश और ताप के रूप में मिलती है; अभिक्रिया में द्रव्यमान की थोड़ी हानि आइंस्टाइन के द्रव्यमान-ऊर्जा संबंध के अनुसार ऊर्जा बन जाती है। सूर्य पृथ्वी से लगभग 14 करोड़ 96 लाख किलोमीटर दूर है, इस दूरी को एक खगोलीय इकाई कहते हैं, और उसका प्रकाश हमारे पास पहुंचने में लगभग आठ मिनट बीस सेकंड लेता है। उसकी दृश्य सतह, प्रकाशमंडल, लगभग 5,500 डिग्री सेल्सियस पर है, जबकि क्रोड का ताप लगभग एक करोड़ पचास लाख केल्विन है। प्रकाशमंडल के ऊपर वर्णमंडल और किरीट हैं, और किरीट पूर्ण सूर्यग्रहण के समय वलय की तरह दिखता है।

तारा अपने जीवन का अधिकांश भाग मुख्य अनुक्रम पर हाइड्रोजन जलाते हुए बिताता है। क्रोड की हाइड्रोजन समाप्त होने पर वह फूलकर लाल दानव बन जाता है, और उसके बाद क्या होगा यह उसके द्रव्यमान पर निर्भर करता है। सूर्य के बराबर द्रव्यमान वाला तारा श्वेत वामन बनकर अंत होता है; श्वेत वामन के द्रव्यमान की ऊपरी सीमा, सूर्य के द्रव्यमान की लगभग 1.4 गुनी, चंद्रशेखर सीमा कहलाती है, जिसका नाम सुब्रह्मण्यन चंद्रशेखर पर है। इससे भारी तारा महानवतारा के रूप में फटता है और पीछे न्यूट्रॉन तारा छोड़ता है, जो नियमित रेडियो स्पंद भेजने पर पल्सर कहलाता है, तथा सबसे भारी तारे पीछे कृष्ण विवर छोड़ते हैं, जिसका गुरुत्व इतना प्रबल है कि प्रकाश भी नहीं निकल पाता। तारे टिमटिमाते दिखते हैं क्योंकि उनका प्रकाश वायुमंडल की गतिशील परतों से अपवर्तित होता है, जबकि ग्रह निकट होने और बिंब के रूप में दिखने के कारण उल्लेखनीय रूप से नहीं टिमटिमाते।

अंतरिक्ष में दूरी का मापन

सूर्य के बाद पृथ्वी के सबसे निकट का तारा प्रॉक्सिमा सेंटौरी है, जो लगभग 4.24 प्रकाश वर्ष दूर है और अल्फा सेंटौरी निकाय का सदस्य है। रात्रि आकाश का सबसे चमकीला तारा सिरियस है, जिसे लुब्धक अथवा डॉग स्टार कहते हैं और जो महाश्वान तारामंडल में है, तथा ध्रुव तारा पोलरिस पृथ्वी के उत्तरी ध्रुव के लगभग ऊपर स्थित है, इसी कारण वह स्थिर दिखता है जबकि अन्य तारे उसके चारों ओर घूमते प्रतीत होते हैं।

आकाशगंगाएं और ब्रह्मांड

आकाशगंगा तारों, गैस, धूल और श्याम पदार्थ का विशाल निकाय है, जो गुरुत्व से बंधा रहता है। आकाशगंगाओं का वर्गीकरण सर्पिल, दीर्घवृत्तीय और अनियमित में किया जाता है। हमारी आकाशगंगा, मिल्की वे, जिसे भारतीय परंपरा में आकाश गंगा कहा जाता है, सर्पिल आकाशगंगा है और सौर मंडल उसकी एक भुजा में स्थित है। हमारी आकाशगंगा के सबसे निकट की बड़ी आकाशगंगा एंड्रोमेडा है। ब्रह्मांड की उत्पत्ति का मान्य विवरण महाविस्फोट सिद्धांत है, जिसे इस प्रेक्षण से समर्थन मिलता है कि दूर की आकाशगंगाएं हमसे दूर जा रही हैं, जिसका वर्णन हब्बल का नियम करता है, तथा उस ब्रह्मांडीय सूक्ष्मतरंग पृष्ठभूमि विकिरण से जो समस्त अंतरिक्ष में भरा है।

उपग्रह और उनकी कक्षाएं

उपग्रह वह पिंड है जो किसी ग्रह की परिक्रमा करता है। चंद्रमा पृथ्वी का प्राकृतिक उपग्रह है; शेष कृत्रिम उपग्रह हैं, जिन्हें रॉकेट कक्षा में स्थापित करते हैं। उपग्रह को कक्षा में स्थापित कर देने के बाद किसी इंजन की आवश्यकता नहीं रहती: उस पर केवल पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल कार्य करता है, जो उसकी वृत्तीय गति के लिए अभिकेंद्र बल देता है, और उपग्रह तथा उसके भीतर की प्रत्येक वस्तु मुक्त पतन की स्थिति में रहती है, इसी कारण अंतरिक्ष यात्री तैरते दिखते हैं। पृथ्वी के गुरुत्व क्षेत्र से पूरी तरह निकल जाने के लिए आवश्यक न्यूनतम वेग पलायन वेग है, जो लगभग 11.2 किलोमीटर प्रति सेकंड है, जबकि निचली कक्षा का उपग्रह लगभग 7.9 किलोमीटर प्रति सेकंड की चाल से चलता है। भूस्थिर उपग्रह भूमध्य रेखा के ऊपर लगभग 35,786 किलोमीटर की ऊंचाई पर रखा जाता है और एक परिक्रमा में चौबीस घंटे लेता है, जो पृथ्वी के घूर्णन काल के बराबर है, इसलिए वह एक ही स्थान के ऊपर स्थिर दिखता है और संचार, प्रसारण तथा मौसम निगरानी में प्रयुक्त होता है; इनसैट और जीसैट श्रृंखला इसी प्रकार की है। ध्रुवीय अथवा सूर्य-तुल्यकालिक उपग्रह कुछ सौ किलोमीटर की ऊंचाई पर ध्रुवों के ऊपर से गुजरता है, किसी अक्षांश को प्रतिदिन उसी स्थानीय समय पर पार करता है और दूर संवेदन में प्रयुक्त होता है, जैसे भारतीय दूर संवेदी उपग्रह श्रृंखला। भारत का पहला उपग्रह आर्यभट्ट था, जो 1975 में सोवियत सहायता से छोड़ा गया, जबकि भारतीय प्रक्षेपण यान एसएलवी-3 से 1980 में कक्षा में स्थापित पहला उपग्रह रोहिणी था। चंद्रयान-1 2008 में छोड़ा गया, मंगलयान 2014 में मंगल की कक्षा में पहुंचा, चंद्रयान-3 23 अगस्त 2023 को चंद्रमा के दक्षिणी ध्रुव के निकट उतरा, जो अब राष्ट्रीय अंतरिक्ष दिवस के रूप में मनाया जाता है, और आदित्य-एल1 2023 में पहले लैग्रेंज बिंदु से सूर्य के अध्ययन के लिए छोड़ा गया।