South 고등학교 2학년 Planetary and Space Science

अध्याय: 3

1. Space exploration and planetary systems

Findings of solar-system probes · Space weather and near-Earth objects · Gravity and orbits in the solar system · Planets and small bodies · Detecting exoplanets

अंतरिक्ष अन्वेषण (Space Exploration) – अंतरिक्ष अन्वेषण यानी रॉकेट, उपग्रह, यान और इंसानों को पृथ्वी के वायुमंडल से आगे भेजना। रॉकेट गैस को नीचे धकेलकर ऊपर उठता है (क्रिया–प्रतिक्रिया)। लगभग 7.9 km/s की बग़ल वाली चाल पर यान पृथ्वी के चारों ओर गिरता रहता है यानी कक्षा में रहता है; 11.2 km/s पर पृथ्वी से बाहर निकल जाता है। 1957 से अंतरिक्ष होड़ और सहयोग दोनों की जगह रहा है, और इससे मौसम पूर्वानुमान, दिशा-निर्देशन, संचार और नया विज्ञान मिलता है।
केप्लर के ग्रहीय गति के नियम – केप्लर ने ग्रहों की चाल के तीन नियम दिए। 1) हर ग्रह दीर्घवृत्त (ellipse) में घूमता है और सूर्य उसके एक फोकस पर होता है। 2) सूर्य से ग्रह तक की रेखा बराबर समय में बराबर क्षेत्रफल घेरती है, इसलिए ग्रह सूर्य के पास तेज़ चलता है। 3) परिक्रमण काल का वर्ग (T²) अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन (a³) के समानुपाती है। दूसरा नियम असल में कोणीय संवेग का संरक्षण है, और तीसरा नियम न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण नियम से निकलता है।
सौरमंडल – सौरमंडल = सूर्य और वह सब कुछ जिसे उसका गुरुत्व थामे रखता है: 8 ग्रह, उनके चंद्रमा, बौने ग्रह, क्षुद्रग्रह, धूमकेतु और धूल। भीतरी चार ग्रह (बुध, शुक्र, पृथ्वी, मंगल) छोटे और चट्टानी हैं। क्षुद्रग्रह पट्टी के बाद विशाल ग्रह: गैस दानव बृहस्पति और शनि, हिम दानव यूरेनस और नेपच्यून। गुरुत्व ग्रहों को सूर्य की ओर खींचता है जबकि वे बगल में चलते हैं, इसलिए वे कक्षा में घूमते हैं; पास वाले तेज़ चलते हैं और उनका वर्ष छोटा होता है। यह सब लगभग 4.6 अरब साल पहले गैस और धूल के घूमते बादल से बना।
बाह्य ग्रह: दूसरे तारों के ग्रह कैसे खोजते हैं? – बाह्य ग्रह (exoplanet) वह ग्रह है जो हमारे सूर्य के अलावा किसी दूसरे तारे का चक्कर लगाता है। तारे के पास ग्रह बहुत छोटा और धुँधला होता है, इसलिए हम ज़्यादातर सुराग से उसे खोजते हैं। पारगमन विधि में ग्रह तारे के सामने से गुज़रता है और तारे की रोशनी लगभग (ग्रह का आकार / तारे का आकार) के वर्ग जितनी घटती है। त्रिज्य वेग (डगमगाहट) विधि में ग्रह के खिंचाव से तारा छोटे घेरे में हिलता है और उसकी रोशनी नीली-लाल खिसकती है। दो गिरावटों के बीच का समय ग्रह का साल बताता है। सीधा चित्र लेना और सूक्ष्म-लेंसन भी तरीके हैं। 5,000 से ज़्यादा बाह्य ग्रह मिल चुके हैं।

2. Observing the Sun and stars

Solar phenomena · Distances from parallax and brightness · Space velocity of stars · Stellar masses from binaries · Variable stars

सूर्य: क्रोड से कोरोना तक हमारा तारा – सूर्य एक तारा है: बहुत गरम गैस (प्लाज़्मा) का विशाल गोला, जिसमें द्रव्यमान से लगभग 73% हाइड्रोजन और 25% हीलियम है। इसका व्यास 13.9 लाख km (पृथ्वी का 109 गुना) है, सौरमंडल का 99.86% द्रव्यमान इसी में है, और यह हमसे लगभग 15 करोड़ km दूर है; इसका प्रकाश लगभग 8 मिनट 20 सेकंड में हम तक आता है। सतह (प्रकाशमंडल) ~5500 °C, क्रोड ~1.5 करोड़ °C। क्रोड में नाभिकीय संलयन से 4 हाइड्रोजन नाभिक मिलकर 1 हीलियम नाभिक बनाते हैं; थोड़ा घटा द्रव्यमान ऊर्जा बनता है (E = mc²)। हर सेकंड लगभग 40 लाख टन द्रव्यमान ऊर्जा में बदलता है। ऊर्जा विकिरण क्षेत्र में प्रकाश के रूप में हज़ारों साल में, फिर संवहन से सतह तक आती है। संलयन से न्यूट्रिनो भी बनते हैं जो तुरंत बाहर निकलते हैं और संलयन का सबूत हैं। सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र सौर कलंक, सौर ज्वाला और कोरोनल द्रव्य उत्क्षेपण (CME) बनाता है। सक्रियता 11 साल के चक्र में घटती-बढ़ती है। सौर पवन से ध्रुवीय ज्योति (aurora) बनती है और रेडियो, GPS, उपग्रह व बिजली ग्रिड पर असर पड़ सकता है।

3. Galaxies and the universe

Cluster ages from colour-magnitude diagrams · Interstellar dust · Rotation curves and dark matter · Redshift of galaxies · Large-scale structure

तारा-गुच्छ: खुला, गोलाकार और आयु कैसे पता चलती है – तारा-गुच्छ तारों का ऐसा समूह है जो एक ही गैस के बादल से साथ-साथ जन्मा हो, इसलिए सबकी उम्र एक जैसी और बनावट लगभग एक जैसी होती है। खुला गुच्छ ढीला, युवा और नीला होता है; गोलाकार गुच्छ घना, पुराना और लालिमा लिए होता है। हर तारे की चमक को उसके रंग के सामने रखें तो मुख्य अनुक्रम का वक्र बनता है। जहाँ यह वक्र मुड़ता है (टर्न-ऑफ़), वहीं से गुच्छ की आयु पता चलती है: टर्न-ऑफ़ जितना नीचे, गुच्छ उतना पुराना।
अंतरतारकीय माध्यम: तारों के बीच की गैस, धूल और अणु – अंतरतारकीय माध्यम (ISM) वह बहुत हल्की गैस और धूल है जो तारों के बीच की जगह में फैली है। इसका लगभग 99% भाग गैस (ज़्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम) और लगभग 1% सूक्ष्म ठोस धूल-कण हैं। ठंडे, घने बादलों में परमाणु जुड़कर H₂ और CO जैसे अणु बनाते हैं। धूल तारे की रोशनी को सोखती और बिखेरती है, नीली को लाल से ज़्यादा, इसलिए धूल के पीछे का तारा फीका (विलोपन) और ज़्यादा लाल (रक्तिमा) दिखता है।
डार्क मैटर: आकाशगंगाओं को बाँधे रखने वाला अदृश्य द्रव्यमान – आकाशगंगा के केंद्र से दूर के तारे लगभग उतनी ही तेज़ी से घूमते हैं जितनी तेज़ी से पास के तारे। अगर केवल दिखने वाला पदार्थ खींचता, तो दूर के तारे धीमे होने चाहिए थे। यह समतल घूर्णन वक्र बताता है कि अतिरिक्त, अदृश्य द्रव्यमान है: डार्क मैटर (श्याम पदार्थ)। वह न चमकता है, न रोशनी रोकता है, पर उसका गुरुत्व असली है। ब्रह्मांड का आज का सबसे अच्छा चित्र है: लगभग 5% साधारण पदार्थ, 27% डार्क मैटर और 68% डार्क एनर्जी, जो फैलाव को तेज़ करती है।
ब्रह्मांड विज्ञान: फैलता ब्रह्मांड और बिग बैंग – ब्रह्मांड विज्ञान (कॉस्मोलॉजी) पूरे ब्रह्मांड की बनावट, इतिहास और भविष्य का अध्ययन है। आकाशगंगाएँ समूहों, गुच्छों और तंतुओं में विशाल रिक्तियों के चारों ओर जुटती हैं। दूर की आकाशगंगाएँ हमसे दूर जा रही हैं, और जितनी दूर उतनी तेज़ (हबल का नियम, v = H₀d), क्योंकि अंतरिक्ष ख़ुद फैल रहा है। इस फैलाव को उल्टा चलाने पर लगभग 13.8 अरब साल पहले की गर्म, घनी शुरुआत मिलती है: बिग बैंग। इसके मुख्य प्रमाण हैं रेडशिफ़्ट, कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड और हाइड्रोजन-हीलियम की मात्रा। ब्रह्मांड का ज़्यादातर हिस्सा डार्क मैटर और डार्क एनर्जी है।