गारांचा नव्हे...हिऱ्यांचा पाऊस! (आनंद घैसास)

आनंद घैसास anandghaisas@gmail.com
रविवार, 3 सप्टेंबर 2017

गारांचा पाऊस असतो, तसा चक्क हिऱ्यांचाही पाऊस असू शकतो. अर्थात या हिऱ्यांच्या पावसाची स्थिती प्रत्यक्षात नव्हे, तर नेपच्यून आणि युरेनस या ग्रहांच्या पृष्ठभागाच्या आतमध्ये होत असण्याची शक्‍यता असते, असं एका संशोधनातून समोर आलं आहे. या ग्रहांच्या पृष्ठभागापासून सुमारे आठ ते बारा हजार किलोमीटर आतमध्ये रासायनिक घटकांची जशी स्थिती असेल, त्याचं सिम्युलेशन (अनुकृती) करण्याचा प्रयत्न संशोधकांच्या एका गटानं प्रयोगशाळेत केला. त्यातून हे नवं निरीक्षण समोर आलं आहे. या आगळ्यावेगळ्या रासायनिक स्थितीवर एक नजर.

गारांचा पाऊस असतो, तसा चक्क हिऱ्यांचाही पाऊस असू शकतो. अर्थात या हिऱ्यांच्या पावसाची स्थिती प्रत्यक्षात नव्हे, तर नेपच्यून आणि युरेनस या ग्रहांच्या पृष्ठभागाच्या आतमध्ये होत असण्याची शक्‍यता असते, असं एका संशोधनातून समोर आलं आहे. या ग्रहांच्या पृष्ठभागापासून सुमारे आठ ते बारा हजार किलोमीटर आतमध्ये रासायनिक घटकांची जशी स्थिती असेल, त्याचं सिम्युलेशन (अनुकृती) करण्याचा प्रयत्न संशोधकांच्या एका गटानं प्रयोगशाळेत केला. त्यातून हे नवं निरीक्षण समोर आलं आहे. या आगळ्यावेगळ्या रासायनिक स्थितीवर एक नजर.

हिरा जेवढा चमकदार, तेवढाच महाग- पण स्त्रीवर्गाला प्रचंड प्रिय असणारा. प्रियकरानं दिलेल्या अंगठीतला असेल, तर त्याचं अप्रूप जसं अधिक, तसंच खास समारंभांत मिरवण्यासाठी खऱ्या हिऱ्याचे दागिने, अलंकार अंगावर असतील, तर काही विचारूच नका. मात्र, आपण स्वत: एखादा हिरा विकत घ्यायला गेलो, तर त्याच्या लखलखाटाकडं नव्हे, तर किमतीकडं पाहूनच डोळे दिपतात. हिरा महाग असण्याचं कारण खाणीतून हिरा शोधून काढण्याचं, त्याच्या शुद्धतेचे, त्याला पैलू पाडण्याचे सारे कष्ट त्याची किंमत ठरवत असतात; पण कल्पना करा- अशा हिऱ्यांचा आकाशातून पाऊस पडतोय...टपाटप... गारांचा जसा पाऊस पडतो, तसा टपोऱ्या हिऱ्यांचा पाऊस पडतोय...‘पैशांचा पाऊस’ ही म्हण आपल्याला माहीत आहे; पण हिऱ्यांचा पाऊस ही कल्पना तर स्वप्नातही येत नाही. कारण हिरा ही काही ढगात, वातावरणात बनणारी गोष्ट नाही. ती तर पृथ्वीवर जमिनीखाली खोलवर प्रचंड दाबाखाली बनणारी वस्तू आहे. मात्र, अशी कल्पना काही शास्त्रज्ञांना आली होती ती मोठ्या वायुरूप बर्फाळ ग्रहांच्या रासायनिक घटकांचा अंदाज घेताना...

‘तो या वायूच्या ग्रहाच्या अगदी गाभ्याजवळ पोचला होता; पण त्याच्या अपेक्षेपेक्षा फारच वेगळं आश्‍चर्य त्याच्यासमोर वाढून ठेवलेलं होतं. माणसाला अतिमौल्यवान वाटणारं असं काहीतरी...पण मानव कदाचित प्रत्यक्षात इथवर कधीच पोचू शकणार नाही...या गुरूच्या गाभ्यापाशी...कारण हा गाभाच आहे सुमारे पृथ्वीएवढ्या आकाराचा, एक महाकाय अखंड, टपोरा, गोलाकार हिरा..!’ हा परिच्छेद आहे आर्थर सी. क्‍लार्क यांच्या ‘२०१०: ओडेसी २’ या विज्ञान कादंबरीतला. इसवीसन १९८२मध्ये प्रसिद्ध झालेली ही कादंबरी हा खरं तर ‘२००१ अ स्पेस ओडेसी’ या कादंबरीचा उत्तरार्ध. पृथ्वीभोवती फक्त तीन उपग्रह भूस्थिरकक्षेत फिरत ठेवले, तर संदेशवहनाचं रेडिओवर आधारित जागतिक जाळे कार्यरत करता येईल, ही संकल्पना प्रत्यक्ष अवकाशगमनाच्या कित्येक दशकं आधी विज्ञानकथेतून सांगणारे आर्थर सी. क्‍लार्क हे ब्रिटिश शास्त्रज्ञ. क्‍लार्क नंतर काही काळ नासाचे अध्यक्षही होते. वैज्ञानिक तत्त्वांना गृहीत धरून कथानकं लिहिण्याचा त्यांचा हातखंडा होता. वायुरूप ग्रहांचा गाभा त्यातल्या रासायनिक घटकांच्या विश्‍लेषणानंतर हिऱ्यांच्या स्वरूपात असणार हे अनुमान त्या काळातलं, १९८०च्या सुमारास तर्कानं ठरवलेलं; पण थोडं अप्रूप वाटणारं.

क्‍लार्क यांच्या कादंबरीतली कल्पना
गुरूसारख्या प्रचंड आकाराच्या आणि वस्तुमानाच्या ग्रहाच्या गाभ्याशी प्रचंड दाब असणार. या मिथेन-अमोनियानं भरलेल्या वायूमध्ये गुरुत्वीय त्वरणानं सुमारे दहा बारा हजार किलोमीटर आतमध्ये या रसायनांचे रेणू चुरडले जाऊन त्यांचे तुकडे पडत असणार. यात तयार होणाऱ्या प्रचंड तापमान आणि दाबामुळं पुन्हा या आयनीभूत होणाऱ्या अणूंचे विविध नवे बंध बनत असणार. त्यातून वेगळ्या रचनेचे वेगळे पदार्थ बनत असणार. यात कार्बनच्या अणूंच्या स्फटिकांसारख्या रचना बनत असणार, ज्यांना आपण ग्रॅफाइट आणि हिरे असं म्हणतो. या ग्रहांच्या वातावरणात असलेल्या हायड्रोजन, हेलियमच्या अणूंपेक्षा हे कार्बनचे स्फटिक अधिक सघन, अधिक जड असल्यानं त्यांचं ग्रहाच्या मध्याच्या दिशेनं कोसळणं सुरू होणार. या छोट्या स्फटिकांच्या ग्रहाच्या केंद्राशी जमा होण्यातूनच एक सघन मोठा पृथ्वीच्या आकाराचा हिरा गुरू ग्रहाच्या आत तयार झालेला असणार, अशी ती विज्ञान कादंबरीतली रम्य कल्पना होती. मात्र, आता तीच खरी ठरते आहे की काय, अशी परिस्थिती निर्माण झाली आहे. संशोधकांच्या एका गटानं प्रयोगशाळेत नेपच्यून अथवा युरेनस ग्रहाच्या पृष्ठभागापासून सुमारे आठ ते बारा हजार किलोमीटर आतमध्ये रासायनिक घटकांची जशी स्थिती असेल, त्याची ‘अनुकृती’ करण्याचा प्रयत्न केला होता. त्या प्रकल्पाचा एक शोधअहवाल गेल्या महिन्यात ‘नेचर ॲस्ट्रॉनॉमी’ या नियतकालिकात प्रसिद्ध झाला आहे. त्यात या हिऱ्यांच्या पावसाचं निरीक्षण नोंदवलेलं आहे; पण युरेनस आणि नेपच्यूनमध्ये हे असं का होत असावं ते पाहताना आपल्याला या ग्रहांची थोडी माहिती असायला हवी.

युरेनसचं अंतरंग
युरेनस या ग्रहाचा शोध विल्यम हर्षल या ब्रिटिश खगोलनिरीक्षकानं १३ मार्च १७८१ला लावला, असं जरी सर्वमान्य धरलं जात असलं, तरी त्याच्या आधी अनेक शतकं युरेनसचं निरीक्षण करण्यात आलं होतं. मात्र, त्याच्या अतिशय सावकाश गतीमुळं आणि अंधुकपणामुळं तो एक खूप दूरवरचा तारा असावा, अशीच त्याची नोंद घेतली गेली होती. इसवीसनपूर्व १२८च्या सुमारास हिप्पार्कसनंही त्याला एक तारा म्हणूनच नोंदवलं होतं. १६९०मधे फ्लेमस्टिड या खगोलनिरीक्षकानं बनवलेल्या ताऱ्यांच्या यादीत आणि नकाशात याचा उल्लेख ‘३४ टौरी’ म्हणजे वृषभ राशीतल्या चौतिसाव्या क्रमांकावरचा अंधूक तारा असा केला होता. हर्षललाही आधी तो एक धूमकेतू असावा, असं वाटलं होतं; पण जेव्हा अधिक वर्धित प्रतिमांचे वेध घेतले, तेव्हा त्याचं बिंब गोल दिसू लागलं. त्यावरून तो ग्रह आहे, अशी खात्री पटली. त्याच्या बदलत्या जागेवरून त्याची सूर्याभोवतीची कक्षाही ठरली. मात्र, त्याच्या कक्षेत सूक्ष्म बदल आढळले, त्यावरून त्याच्या पलीकडं आणखी एक ग्रह असणार, असं खगोलविदांना वाटू लागलं. या युरेनसच्या कक्षाबदलावरून एकाच वेळी दोन गणिती खगोलशास्त्रज्ञांनी गणितानं नेपच्यूनचा शोध लावला. जॉन कोच ॲडॅम्स आणि उरबैन ली व्हॅरिअर या दोघांनीही नेपच्यूनचं गणिताने भाकीत केले होते. त्यांनी गणितानं त्या ग्रहाची अनुमानित स्थाननिश्‍चितीही केली होती. या आकाशातल्या स्थानावरच तो काही वर्षांनी,  २३ सप्टेंबर १८४६ रोजी योहान गॅले या खगोलनिरीक्षकास सापडलाही! हे दोनही ग्रह आकारानं साधारणत: समानच आहेत, असं म्हणता येईल. ते वायूंचे असले, तरी शनी किंवा गुरूसारखे नाहीत, तर अधिक प्रमाणात बर्फाळ आहेत. त्यामुळं त्यांना ‘बर्फाळ ग्रह’च (आइसी प्लॅनेट्‌स) म्हणतात. या दोनही ग्रहांमधे त्याच्या बाह्यावरणात मिथेन, अमोनिया आणि हायड्रोजन, हेलियम हे घटक आहेत, हे व्हॉयेजर मोहिमांमधून कळलं होतं. तसंच हे ग्रह आकारानं पृथ्वीच्या तुलनेत सुमारे चारपट मोठे आहेत. वस्तुमानानंही युरेनस पृथ्वीपेक्षा १४.५ पट मोठा, तर नेपच्यून १७पट मोठा आहे. त्यांचा गाभा स्थायू आहे, तसंच त्यावरचं मध्यावरण बर्फाळ, तर वरचे वातावरण वायूंचं आहे. मिथेनच्या प्रभावानं यांचा रंग हिरवट निळा आहे. या वस्तुमानाला आणि या रासायनिक घटकांमुळं त्यांच्या जडणघडणीत काय होत असेल, याचे बरेच तर्क आजपर्यंत करण्यात आले. मात्र, प्रयोगशाळेत अशी परिस्थिती निर्माण करून पाहणं- जिला ‘अनुकृती’ (सिम्युलेशन) असे म्हणतात- तो प्रयोग ‘नेचर ॲस्ट्रॉनॉमी’मध्ये उल्लेख झालेल्या प्रयोगात करण्यात आला आहे.

नेपच्यूनच्या अंतरंगाची ‘अनुकृती’
‘स्लॅक’ म्हणजे स्टॅनफोर्ड लिनीअर ॲक्‍सिलरेटर सेंटर या कॅलिफोर्नियामधील संशोधन संस्थेतल्या ‘लायनॅक कोहेरन्ट लाइट सोर्स’ या विभागात एका संशोधकांच्या गटानं हा प्रयोग करून त्याचा अभ्यास केला. नेपच्यूनच्या पृष्ठभागाच्या आत सुमारे आठ हजार किलोमीटर (पाच हजार मैल) खोलवर जो मिथेनचा बर्फ आहे, त्यात असणारे हायड्रोजन आणि कार्बनचे रेणू तिथल्या प्रचंड दाबाखाली चुरडून जातात. त्यांचे रेणू पुनर्संघटित होऊन त्यातून हिरे जन्माला येतात, असं अनुमान फार पूर्वीपासून होते. याची ‘अनुकृती’ म्हणून, मिथेनशी साधर्म्य असणारं एक प्रकारचं प्लॅस्टिक (पॉलिस्टरीन) या प्रयोगात वापरण्यात आलं होतं. याचं तापमानही तिथल्या तापमानाशी जुळणारं राहील, अशी व्यवस्था करण्यात आली होती. या नमुन्यावर तिथं चालणाऱ्या घडामोडींची अनुकृती करण्यासाठी दोन अतिप्रखर (दृश्‍य प्रकाशाची प्रारणं असणाऱ्या) लेसरच्या किरणांचा उपयोग करण्यात आला. ही प्रारणं अजिबात नसणाऱ्या क्ष किरणांच्या लेसरच्या स्पंदांचाही त्यावर मारा करण्यात आला. या प्रकारातून त्या-त्या तरंगलांबीनुसार धक्कातरंग या नमुन्यात तयार करण्यात येत होते. हा नमुना ‘एमईसी’ म्हणजे ‘मॅटर इन एक्‍स्ट्रीम कंडिशन्स’ या विभागातल्या प्रयोगशाळेत ठेवून हा प्रयोग राबवण्यात आला. या धक्कालहरींच्या परिणामस्वरूप या पॉलिस्टरीनमधल्या कार्बनच्या रेणूंमध्ये रचनाबदल होऊन हिऱ्यात जशी अणूंची मांडणी असते, तशी रचना अतिसूक्ष्म आकारात म्हणजे काही नॅनोमीटर लांबीरुंदीची (एका मिलिमीटरमध्ये एक लाख नॅनोमीटर असतात) तयार झालेली दिसून आली. या नमुन्यात अशी रचना दिसेल की नाही किंवा दिसली तर ती किती प्रमाणात असेल, हेही माहीत नव्हतं; पण प्रयोगाची निरीक्षणं घेताना नमुन्यात सगळीकडंच आणि प्रत्येक धक्‍क्‍यागणिक या रचना बनताना दिसल्या, तेव्हा संशोधकांनाही थोडं आश्‍चर्यच वाटलं, असं या संशोधकांच्या संघाचं नेतृत्व करणाऱ्या डॉमिनिक क्रॉस या प्लास्मा भौतिकीत संशोधन करणाऱ्या संशोधकानं सांगितलं. एका धक्‍क्‍याच्या लाटेवर, अधिक क्षमतेची दुसरी लाट कुरघोडी करत जाताना हा रचनाबदल होत होता. हे होताना त्या नमुन्याचं तापमान सुमारे ४७२५ अंश सेल्सिअस, तर दाब पृथ्वीच्या वातावरणाच्या दाबाच्या १४.८ लाख पट होता! अशी परिस्थिती नेपच्यूनच्या अंतर्भागात सुमारे दहा हजार किलोमीटर आत असते!

युरेनस आणि नेपच्यून दोहोंच्याही अंतरंगात असं घडत असणार. शिवाय असं सतत चालू राहण्यानं हे ‘हिरे’ आजूबाजूच्या माध्यमापेक्षा सघन बनत असल्यानं, ढगातून जशा गारा खाली पडू लागतात, तसे ते ग्रहाच्या केंद्राकडं जायला लागत असणार. असं हे लाखो वर्षं चालल्यानं एक प्रचंड वस्तुमान म्हणजे आपल्या भाषेत प्रचंड कॅरेटचा गोलाकार आणि स्फटिक हिरा या ग्रहांच्या गाभ्यात तयार झालेला असणार!

आधीही प्रयोग
खरं तर या आधीही असे अनुकृतीचे प्रयोग करण्यात आले होते. मात्र, त्या प्रयोगांमध्ये क्षणभरासाठी तयार होऊन परत विरून जाणाऱ्या हिऱ्यांचा मागोवा ‘प्रत्यक्ष-काल-दर्शनात’ (रिअल टाइम ऑब्झर्व्हेशन) घेता येत नसल्यानं त्याची सिद्धता कळून येत नव्हती; पण दोन दृश्‍य प्रारणांचे लेसर धक्कातंत्रासाठी, तर क्ष किरणांचे लेसर ‘फेमटोसेकंद लेसर’ (एका सेकंदात एकावर १५ शून्यं एवढे स्पंद निर्माण करणारे लेसर) स्पंदांसाठी वापरल्यानं या सूक्ष्म कालावधीत घडणाऱ्या घटनांचं निरीक्षण करणं शक्‍य झाले. या ‘नॅनोडायमंड’ म्हणजे सूक्ष्महिरे बनण्याच्या प्रयोगातून आता या ग्रहांमध्ये चक्क हिऱ्यांचा असा पाऊस पडणं सततच चालू असणार, हे आता जणू सिद्ध झाल्यासारखं आहे.

या ‘नॅनोहिऱ्यां’च्या माहितीचा आणखी एक उपयोग आता करता येणार आहे. तो म्हणजे दूरच्या ताऱ्यांभोवती फिरणाऱ्या परग्रहांबद्दल अनुमानं तयार करण्याचा. ग्रहांचं त्यांच्या मुख्य ताऱ्याभोवती फिरणं, त्याचा कालावधी, त्यांचं परिभ्रमण कक्षेचं अंतर आणि आकार यांचा फार मोठा संबंध असतो. या त्यांच्या स्थितीवरून त्यांचं वस्तुमान ठरवता येतं. कारण त्यांचे कोणत्याही ताऱ्याभोवती फिरणं हे गुरुत्वाकर्षणातूनच होत असतं. त्यामुळं एकदा त्यांच्या वस्तुमानाचा अंदाज आला आणि आकार तर निरीक्षणातून कळलेलाच असतो. त्यावरून त्यांची घनता कळून येऊ शकते. घनता कळली, की त्या ग्रहाची रासायनिक जडणघडण कशी आहे, त्याचंही अनुमान अशा अनुकृतींमधून कळून येणार आहे. त्यात आता या हिऱ्यांच्या गाभ्याभोवतीच्या मध्यावरणाच्या संकल्पनेलाही मोठं स्थान द्यावे लागणार आहे.

आता स्वप्नात का होईना, कल्पना करायला नक्कीच हरकत नाही, की लहानपणी जशा गारा वेचायला मजा यायची तशी या हिऱ्यांच्या पावसात... हिरे वेचायची मजा खरंच घेता येईल, की! फक्त युरेनस किंवा नेपच्यूनवर जायला हवं. काय सांगावं तेही काही कालावधीत शक्‍य होईलही! पाहा हं, गेल्या जेमतेम चाळीस वर्षांच्या मेहनतीतून, आपल्या अवकाश मोहिमांमधून आपण मंगळापर्यंत तर पोचलोच आहोत की!