जेम्स वेब : हबलच्या पुढचं पाऊल (नागसेन कांबळे)

हबल या दुर्बिणीनं अवकाशसंशोधनात खूप मोलाची भूमिका बजावली. आता तिच्या पुढची आणि कित्येक बाबतींत सरस अशी जेम्स वेब दुर्बीण आकाराला येत आहे. सुमारे नऊशे कोटी रुपयांच्या आणि वीस वर्षं चाललेल्या प्रकल्पानंतर या दुर्बिणीला मूर्त स्वरूप मिळत आहे. सध्या ही दुर्बीण चाचणीच्या पातळीवर आहे. या दुर्बिणीच्या वैशिष्ट्यांवर आणि तिच्या वेगवेगळ्या भागांवर एक नजर.

अवकाशसंशोधन हा नेहमीच सर्वांसाठी कुतूहलाचा विषय ठरला आहे. साधारणतः गेल्या वीस वर्षांत या अवकाशसंशोधनात अतिशय महत्त्वाची आणि मोलाची भूमिका बजावणारी अवकाश दुर्बीण म्हणजे हबल. आपण सर्वांनी यापूर्वी हबलविषयी नक्कीच ऐकलं आहे. हबलनं टिपलेली एक ना अनेक अवकाशातली छायाचित्रं पाहून आपण थक्कसुद्धा झाला असाल. मात्र, याच हबलच्या पुढच्या पिढीतली एक शक्तिशाली अवकाशदुर्बीण सज्ज होत आहे. ती हबलपेक्षा कित्येक बाबतींत आणि कित्येक पटींनी सरस असणार आहे. या नव्या पिढीतल्या दुर्बिणीचं नाव आहे जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (जेडब्ल्यूएसटी). हबलला तिचं नाव दिग्गज खगोलशास्त्रज्ञ एडविन हबल यांच्यावरून दिलं गेलं होतं, तसंच जेम्स वेब दुर्बिणीला तिचं नाव नासा या अमेरिकन अवकाश संस्थेचे दिवंगत प्रशासक जेम्स ई. वेब यांच्यावरून देण्यात आलं आहे. हबल ही तिच्या काळातली उच्च दर्जाची दुर्बीण असली, तरी अजून सखोल अवकाशसंशोधनाच्या कामात हबलला बऱ्याच मर्यादा होत्या आणि म्हणूनच गेल्या शतकाच्या अखेरीस जेम्स वेब दुर्बिणीच्या निर्मितीला सुरवात झाली आणि सुमारे नऊशे कोटींचं बजेट असणारी ही दुर्बीण तब्बल वीस वर्षांनी पूर्णत्वास येत आहे. ही दुर्बीण नासा, युरोपियन अवकाश संस्था आणि कॅनेडियन अवकाश संस्था याच्या संयुक्त प्रयत्नांनी आकारास येत आहे. आतापर्यंतची ही सर्वांत शक्तिशाली दुर्बीण असून, येणाऱ्या दशकातल्या अवकाशसंशोधनात हे अतिशय महत्त्वाचं साधन असणार आहे.

वेगळी दुर्बीण
जेम्स वेब ही दुर्बीण दिसायला सर्वसाधारणपणे आपल्या कल्पनेत असलेल्या अवकाशदुर्बिणींपेक्षा अत्यंत वेगळी आहे. हबलहून तर निश्‍चितच वेगळी आहे. शिवाय ही नवीन दुर्बीण इतर अवकाशदुर्बिणींप्रमाणं पृथ्वीच्या कक्षेत न फिरता चंद्राच्याही पलीकडं पृथ्वीपासून सुमारे १५ लाख किलोमीटर दूरवर असणाऱ्या ‘एल २’ नावानं ओळखल्या जाणाऱ्या स्थानाभोवती सूर्य, पृथ्वी आणि चंद्र यांना पाठमोरी राहून प्रदक्षिणा घालत राहणार आहे. या ‘एल २’ स्थानाचं वैशिष्ट्य म्हणजे या ठिकाणी सूर्य आणि पृथ्वी यांच्या गुरुत्वाकर्षणशक्तींचा समतोल राखला जाऊन तिथल्या वस्तू एकाच स्थितीत दीर्घवेळ राहणं शक्‍य होतं. चंद्र पृथ्वीपासून साधारणतः चार लाख किलोमीटर अंतरावर आहे. त्यामुळं जेम्स वेब दुर्बीण पृथ्वीपासून किती दूरवर असणार आहे, याची तुम्हाला कल्पना आली असेल. दुर्बिणीला इतक्‍या दूरवर ठेवण्याचं कारण म्हणजे तिथं असलेलं अतिशीत तापमान आणि पृथ्वीशी समांतर राहण्यासाठी असणारं सुयोग्य अंतर. अर्थातच जेम्स वेबसारख्या अवरक्त किरणांच्या बाबतीत अतिसंवेदनशील असणाऱ्या दुर्बिणीसाठी भोवतालची पोषक परिस्थिती पृथीवर किंवा पृथ्वीच्या जवळपासच्या कक्षेत मिळू शकत नाही.

जेम्स वेबची लगेच नजरेत भरणारी दोन प्रमुख वैशिष्ट्यं म्हणजे या दुर्बिणीचा सोनेरी रंगाचा भला मोठा साधारणतः षटकोनी आकाराचा आरसा आणि याच आरशाखाली असणारं चंदेरी रंगांचे भव्य असे पाच उष्णतारोधक थर. याच्या मुख्य आरशाची रचना ढोबळमानानं आपण घरोघरी वापरत असलेल्या डीटूएचच्या डिशसारखी आहे, असं म्हणायला हरकत नाही. हा मुख्य आरसा सुमारे ६.५ मीटर इतक्‍या व्यासाचा आहे. हबल दुर्बिणीच्या आरशाचा व्यास सुमारे २.५ मीटर इतका आहे. यावरून हबलच्या तुलनेत जेम्स वेब किती मोठी असू शकेल, याची आपल्याला कल्पना येईल.
जेम्स वेबचा हा इतका मोठा आरसा एकसंध नसून, सुमारे १८ षटकोनी आकाराच्या लहान आरशांनी बनलेला आहे. या सर्व आरशांना सर्व बाजूंनी अंशतः नियंत्रित हालचाल करता येण्याची सोय असल्यामुळं या सर्वांना एकत्र मिळून डिशचा खोलगट आकार प्राप्त करता येतो. या मुख्य आरशाचं वजन ७०५ किलोग्रॅम असणार आहे. जेम्स वेब ही मुख्यकरून अतिदूरहून येणाऱ्या इन्फ्रारेड म्हणजे अवरक्त किरणांना टिपणारी असल्यामुळं अचूक निरीक्षण नोंदण्यासाठी या दुर्बिणीच्या मुख्य आरशावर सूर्याचा किंवा अगदी पृथ्वी अथवा चंद्रापासून परावर्तित होणारा प्रकाश आणि त्या प्रकाशामुळं निर्माण होणारी उष्णता किंचितदेखील पडणार नाही, याची विशेष काळजी घेण्यात आली आहे. अशी प्रकाशकिरणं आणि त्यांची उष्णता यांना दुर्बिणीचे आरसे, इतर संवेदनशील कॅमेरे आणि उपकरणं यांच्यापासून दूर ठेवण्याचं महत्त्वाचं काम चंदेरी रंगाचे २२ मीटर लांब आणि १२ मीटर रुंदीचे पाच उष्णतारोधक थर करतील, जे एकमेकांपासून साधारणतः एक फुटापर्यंतच्या अंतरावर असतील. प्रत्येक थर एखाद्या व्यावसायिक टेनिस कोर्टच्या आकाराएवढा असणार आहे, तर प्रत्येक थराची जाडी साधारणतः मानवी केसाच्या जाडीइतकी असणार आहे. दोन थरांमधली निर्वात पोकळीदेखील उष्णतारोधकाचं काम करेल. हे पाच थर किप्टोन या पदार्थापासून बनलेले असून, त्यांच्यावर ॲल्युमिनिअम आणि सिलिकॉन यांचा पातळ थर देण्यात आला आहे. त्यामुळं जास्तीत जास्त प्रकाशकिरणं परावर्तित होतील आणि सूर्य, पृथ्वी, चंद्र यांच्याकडून दुर्बिणीच्या मुख्य आरशाजवळ येणारी प्रकाशकिरणं पूर्णपणे अडवली जातील. याचमुळं पाच थरांपैकी पहिला थर ज्यावर सूर्यकिरणं पडणार आहेत तिथलं तापमान ८५ अंश सेल्सिअस इतकं उष्ण असेल, तर सर्वांत शेवटच्या थरापलीकडं कसल्याही प्रकारची किरणं पोचणार नसल्यामुळं तिथलं तापमान अतिशीत असणार आहे. म्हणजेच सुमारे उणे २३३ अंश सेल्सिअस! इतक्‍या अतिशीत तापमानामध्ये दुर्बिणीचे सगळे आरसे आणि तिचा सांगाडा या गोष्टी किंचितदेखील आकुंचन न पावता आपल्या मूळ आकारामध्ये राहावेत, यासाठी ते सगळे बेरिलिअम या धातूपासून बनवण्यात आलेले आहेत. बेरिलिअम हा धातू निवडण्यामागं कारण म्हणजे तो मजबूत आणि वजनाला हलका आहे. उणे २३३ अंश सेल्सिअस अशा अतिशीत तापमानातही त्याच्यावर कोणताही विपरीत परिणाम होत नाही. बेरिलिअमपासून बनलेले एकसारख्या आकाराचे १८ षटकोनी आरसे पॉलिश करून झाल्यावर त्यांच्यावर शुद्ध सोन्याचा अतिशय पातळ मुलामा देण्यात आलेला आहे. या मुलाम्यामुळं आरशांपासून अतिशय कमी तीव्रतेची इन्फ्रारेड किरणंदेखील जास्तीत जास्त आणि चांगल्या प्रकारे परावर्तित होऊ शकणार आहेत. सर्व १८ षटकोनी आरसे बनवण्यासाठी, त्यांना पॉलिश करण्यासाठी आणि त्यांच्यावर सोन्याचा पातळ मुलामा देण्यासाठी आजवर उपलब्ध असलेलं अतिशय उच्च दर्जाचं तंत्रज्ञान वापरण्यात आलं आहे.

१८ आरशांच्या मिळून बनलेल्या मुख्य मोठ्या आरशावर येणारी इन्फ्रारेड किरणं समोर असणाऱ्या एका दुसऱ्या गोलाकार आरशावर एकवटली जातील आणि ही एकवटलेली किरणं परावर्तित करून परत मुख्य आरशाच्या मध्ये असणाऱ्या एका तिसऱ्या आरशावर पाठवली जातील. तिथून पुढं ही किरणे मुख्य आरशाच्या मागं पद्धतशीरपणे बसवलेले उच्च दर्जाचे कॅमेरे आणि उपकरणांकडं सखोल विश्‍लेषणासाठी पाठवली जातील. ही विश्‍लेषणं मग उच्च क्षमतेच्या अँटेनांमार्फत पृथ्वीकडं पाठवली जातील. ज्यावर खगोलशास्त्रज्ञ आणि तंत्रज्ञ अभ्यास करून निष्कर्ष काढतील.

जेम्स वेबची मुख्य उद्दिष्टं :

•   बिग बॅंग किंवा महास्फोटानंतर तयार झालेल्या आकाशगंगा किंवा तत्सम तेजस्वी पदार्थांचा शोध घेणं.
•   आकाशगंगांची त्यांच्या प्रथम अवस्थेपासून आतापर्यंत झालेली उत्क्रांती अभ्यासणं.
•   ताऱ्यांची अगदी सुरवातीपासूनची निर्मितीप्रक्रिया; तसंच त्यांच्याभोवती तयार होणाऱ्या ग्रहमालेच्या निर्मितीची प्रक्रिया जाणून घेणं.
•   आपल्या; तसंच इतर बाह्य ग्रहमालांची भौतिक आणि रासायनिक वैशिष्ट्यं अभ्यासणं आणि तिथं असू शकणाऱ्या परजीवसृष्टीची शक्‍यता अभ्यासणं.
• महास्फोटानंतर अस्तित्वात आलेल्या विविध तेजस्वी गोष्टींपासून; तसंच प्रसरण पावणाऱ्या विश्वातल्या आपल्यापासून अतिदूरवर असणाऱ्या दीर्घिकांमधून आणि ताऱ्यांमधून निघणारी दृश्‍य किरणं प्रदीर्घ काळानंतर आपल्यापर्यंत पोचेपर्यंत वर्णपटलाच्या लाल रंगाकडं सरकत जाऊन शेवटी अवरक्त किरणांच्या स्वरूपात बदलतात. जेम्स वेब दुर्बिणीचं मुख्य उद्दिष्ट हीच अवरक्त किरणं शोधून त्यांच्यासंदर्भात संशोधन करणं हे आहे.

या दुर्बिणीचं नियोजित प्रक्षेपण ऑक्‍टोबर २०१८मध्ये फ्रेंच गयाना इथून होणार असून, त्यासाठी उच्च क्षमतेचा एरिएन ५ ईसीए हा प्रक्षेपक वापरला जाणार आहे. आकारानं भव्य असल्यानं या दुर्बिणीचा पसारा ओरिगामीप्रमाणे पद्धतशीर घडी घालून प्रक्षेपकात बसवला जाईल आणि पृथ्वीच्या कक्षेबाहेर पडल्यावर नियोजित ‘एल २’ स्थानाजवळ पोचेपर्यंत एकएक घडी व्यवस्थित उघडली जाऊन, दुर्बिणीला तिच्या मूळ आकारात आणलं जाईल. सध्या या दुर्बिणीच्या महत्त्वाच्या चाचण्या पार पडल्या असून, इतर शेवटच्या काही चाचण्या अमेरिकेच्या विविध भागांत पार पडल्या जाणार आहेत. सध्या या दुर्बिणीची उणे २५३ अंश सेल्सिअस तापमानाला चाचणी सुरू आहे.

जेम्स वेबमध्ये असणारी मुख्य उपकरणं :
१. निअर इन्फ्रारेड कॅमेरा (NIRCam) : आकाशगंगा आणि तारे यांच्या निर्मितीप्रक्रियेमध्ये त्यांच्या बाल्यावस्थेमधली प्रकाशकिरणं अभ्यासणं, नजीकच्या आकाशगंगेतल्या ताऱ्यांची संख्या अभ्यासणं; तसंच आपल्या मंदाकिनी आकाशगंगेतल्या आणि शेजारच्या आकाशगंगेतल्या तरुण ताऱ्यांपासून येणारी प्रकाशकिरणं अभ्यासणं ही या उपकरणाची मुख्य कार्यं असतील. कोरोनाग्राफ या तंत्राचा वापर या उपकरणात करण्यात येईल. या तंत्रामध्ये प्रकाशमान तारा किंवा इतर कोणत्याही गोष्टीपासून येणाऱ्या तेजस्वी प्रकाशाची तीव्रता कमी करून त्या गोष्टीच्या आसपास तुलनेनं कमी प्रकाशतीव्रता किंवा मंद प्रकाश असणाऱ्या गोष्टी शोधल्या जातील. ०.६ ते ५ मायक्रॉन तरंगलांबीच्या इन्फ्रारेड किरणांचा अभ्यास या उपकरणाद्वारे करणं शक्‍य होणार आहे.

२. निअर इन्फ्रारेड स्पेक्‍ट्रोग्राफ (NIRSpec): अतिदूरवरून येणाऱ्या सूक्ष्म अवरक्त किरणांचा वर्णपटल अभ्यासणं हे याचं मुख्य काम असणार आहे. या वर्णपटलांचा अभ्यास करून येणाऱ्या किरणांच्या उगमस्थानाशी निगडित महत्त्वाची भौतिक आणि रासायनिक माहिती मिळू शकते. अतिदूरहून येणारी अवरक्त किरणं अतिशय मंद स्वरूपात असल्यानं अवकाशातल्या एखाद्या गोष्टीचा अभ्यास करण्याजोगा वर्णपटल मिळवण्यासाठी एकसलग शेकडो तास जेम्स वेब दुर्बीण त्या गोष्टीकडं रोखून धरणं गरजेचं आहे. दुर्बिणीच्या पाच ते दहा वर्षांच्या कार्यकाळात जास्तीत जास्त अवकाशसंशोधन करता यावं, यासाठी एकाच वेळी अवकाशातल्या वेगवेगळ्या शंभर गोष्टींचं निरीक्षण करता यावे म्हणून नव्यानं मायक्रोशटर ॲरे या नवीन संकल्पनेचा शोध लावण्यात आला आहे. विद्युत चुंबकीय क्षेत्राच्या साह्यानं ज्यांची उघडझाप नियंत्रित करता येतील, अशा मानवी केसाच्या जाडीच्या शंभर सूक्ष्म खिडक्‍यांचा संच हवी ती अवरक्त किरणं निवडणं किंवा नाकारणं यासाठी वापरला जाणार आहे.
३. मिड इन्फ्रारेड इन्स्ट्रुमेंट (MIRI): ५ ते २८ मायक्रॉन तरंगलांबीच्या अवरक्त किरणांचा अभ्यास या उपकरणाद्वारे होणार आहे. अतिदूर आकाशगंगेपासून आणि नव्यानं निर्माण होणाऱ्या ताऱ्यांपासून येणारी क्षीण अवरक्त किरणं; तसंच सूक्ष्म दिसणारे धूमकेतू आणि आपल्या सूर्यमालेपलीकडच्या क्‍युपर बेल्टमधल्या पदार्थांना पहिल्यांदाच सखोलपणे अभ्यासणं शक्‍य होणार आहे. यामध्ये असणारा कॅमेरा आपल्याला हबलहून कितीतरी उच्च प्रतीची छायाचित्रं मिळवून देणार आहे.
४. फाइन गाइडन्स सेन्सर्स/ निअर इन्फ्रारेड इमेजर अँड स्लिटलेस स्पेक्‍टोग्राफ (FGS/NIRISS) : उच्च प्रतीची छायाचित्रं मिळवण्यासाठी आणि निरीक्षणं नोंदवण्यासाठी जेम्स वेब दुर्बिणीला अवकाशातल्या विशिष्ट गोष्टीवर अचूकपणे रोखून धरण्याची जबाबदारी या उपकरणावर असेल. यामध्ये असणारा स्पेक्‍ट्रोग्राफ मुख्यकरून महास्फोटानंतर निर्माण झालेली पहिली प्रकाशकिरणं शोधणं, पृथ्वीसदृश ग्रह शोधणं आणि त्यांचा अभ्यास करणं अशी कामं करणार आहे.

चौदा महिन्यांनी प्रक्षेपण
जेम्स वेब दुर्बीण ऑक्‍टोबर २०१८ला प्रक्षेपित होऊन, त्यानंतर साधारणतः सहा महिन्यांनी पूर्णपणे कार्यान्वित होईल. एप्रिल ते मे २०१९पासून प्रत्यक्ष निरीक्षणं येण्यास सुरवात होईल, तेव्हा येणारी माहिती सर्वांसाठी पूर्णपणे नवीन असणार आहे. अगणित अद्‌भुत गोष्टींनी भरलेल्या अवकाशातली अनेक रहस्यं जाणून घेण्यासाठी ही माहिती मोलाची भूमिका बजावणार आहे. अवरक्त किरणांच्या स्वरूपात महास्फोटानंतरच्या घडामोडींची माहिती प्रथमच मिळणार असल्यामुळं एक प्रकारे आपण अंतरिक्षाच्या भूतकाळात डोकावणार आहोत. कदाचित खगोलशास्त्रातले आतापर्यंतचे कित्येक निष्कर्ष आपल्याला नव्यानं तयार करावे लागल्यास नवल नाही.