বাসযোগ্য জগতের অনুসন্ধানে ফোটোনিক্সের অগ্রগতি আরও তীক্ষ্ণতা আনতে পারে

পৃথিবী-সদৃশ গ্রহের সন্ধানে একটি প্রযুক্তিগত বাধা

বাসযোগ্য অঞ্চলে একটি পাথুরে গ্রহ খুঁজে পাওয়া মানে শুধু বড় একটি টেলিস্কোপ বানানো নয়। আরও কঠিন সমস্যা হলো, মলিন গ্রহ সংকেতকে তার নক্ষত্রের অতিমাত্রায় উজ্জ্বল আলো থেকে আলাদা করা। সেই চ্যালেঞ্জটাই University of Central Florida এবং অংশীদার প্রতিষ্ঠানগুলিতে চলমান NASA-অনুদানপ্রাপ্ত গবেষণা প্রচেষ্টার কেন্দ্রে রয়েছে, যেখানে বিজ্ঞানীরা ভবিষ্যতের পর্যবেক্ষণাগারগুলিকে সম্ভাব্য বাসযোগ্য জগত শনাক্ত ও অধ্যয়নে সাহায্য করার জন্য প্রোটোটাইপ ফোটোনিক্স সিস্টেম তৈরি করছেন।

এই কাজটি পরিকল্পিত Habitable Worlds Observatory, বা HWO, এর সঙ্গে যুক্ত, যা NASA 2040-এর দশকে উৎক্ষেপণ করতে চায় এমন একটি বড় ইনফ্রারেড, অপটিক্যাল এবং আল্ট্রাভায়োলেট মহাকাশ টেলিস্কোপ। উৎস উপকরণে বর্ণিত অনুযায়ী, HWO বিশেষভাবে নক্ষত্রপথের বাসযোগ্য অঞ্চলে পাথুরে গ্রহ অনুসন্ধান এবং তাদের বায়ুমণ্ডল বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের জন্য নকশা করা হচ্ছে। এটি আরও বিস্তৃত জ্যোতির্পদার্থবিদ্যা গবেষণাতেও সহায়তা করবে বলে আশা করা হচ্ছে। তবে এর সবচেয়ে উচ্চাকাঙ্ক্ষী বহির্গ্রহ-সংক্রান্ত কাজ করতে হলে, আলো টেলিস্কোপ এবং coronagraph-এর মধ্য দিয়ে অগ্রসর হওয়ার সময় কীভাবে মাপা, আকার দেওয়া এবং নিয়ন্ত্রিত হয়, তাতে চরম স্থিতিশীলতা ও নির্ভুলতা দরকার হবে।

এখানেই বর্তমান প্রচেষ্টা এগিয়ে আসে। UCF-এর Center for Research and Education in Optics and Lasers-এর গবেষকরা, UC Santa Cruz, University of Sydney এবং Space Telescope Science Institute-এর সহযোগীদের সঙ্গে কাজ করে, তিন বছরের NASA-অনুদানপ্রাপ্ত Photonics-Enabled Exoplanet Spectroscopic System, বা PEEPSS, নামের প্রকল্পের মাধ্যমে সক্ষমকারী প্রযুক্তি বিকাশ করছেন।

তারার আলো কেন এত বড় বাধা

সরাসরি বহির্গ্রহ চিত্রায়নের মৌলিক কঠিন দিকটি হলো স্কেল। তারকার বাসযোগ্য অঞ্চলে থাকা একটি গ্রহ টেলিস্কোপের দৃষ্টিকোণ থেকে সাধারণত সেই তারকার খুব কাছাকাছি থাকে, আর তারকা গ্রহের তুলনায় বহু গুণ বেশি উজ্জ্বল। PEEPSS-এর প্রধান গবেষক UCF অধ্যাপক Stephen Eikenberry-কে উৎস পাঠ্যে উদ্ধৃত করে বলা হয়েছে, যদি তারকাটি লক্ষ্য জগতের চেয়ে প্রায় 10 বিলিয়ন গুণ বেশি উজ্জ্বল হয়, তবে এমনকি চিত্তাকর্ষক শোনায় এমন পরিমাণে সেই ঝলক কমিয়েও গ্রহসংকেতকে ঢেকে দেওয়ার মতো অবশিষ্ট আলো থেকে যেতে পারে।

এই কারণেই জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা coronagraph-এর উপর নির্ভর করেন, যা একটি তারকার আলো আটকে দিয়ে কক্ষপথে থাকা গ্রহের প্রতিফলিত আলোকে ডিটেক্টরে পৌঁছাতে সাহায্য করার জন্য তৈরি যন্ত্র। কিন্তু coronagraph কোনো জাদুকরি ঢাল নয়। অপটিক্সের ক্ষুদ্র ত্রুটি দিয়েও তারার আলো সিস্টেমের ভেতর দিয়ে চুইয়ে পড়তে পারে। অন্তর্নিহিত লক্ষ্য যখন অত্যন্ত ক্ষীণ, তখন অণু-স্তরের অসম্পূর্ণতাও মিশন-স্তরের সমস্যায় পরিণত হয়।

সম্ভাব্য biosignature-বাহী জগত শনাক্ত করতে চাওয়া ভবিষ্যৎ টেলিস্কোপগুলোর ক্ষেত্রে এই বিষয়টি প্রান্তিক নয়। এটি মৌলিক। যদি অবশিষ্ট তারার আলো অত্যন্ত নির্ভুলভাবে দমন ও পরিমাপ করা না যায়, তবে টেলিস্কোপের পক্ষে এমনকি নিশ্চিত করাও কঠিন হতে পারে যে একটি ক্ষীণ উৎস আদৌ গ্রহ কি না, তার বায়ুমণ্ডলের গ্যাস বিশ্লেষণ করা তো আরও কঠিন।

PEEPSS কী যোগ করতে চাইছে

PEEPSS প্রকল্পের লক্ষ্য এই নির্ভুলতার স্তর। উৎস পাঠ্য অনুযায়ী, দলটি এমন প্রোটোটাইপ সিস্টেম তৈরি ও পরীক্ষা করছে, যা জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের অন্যথায় নক্ষত্রের আলোর আড়ালে থাকা গ্রহকে সরাসরি পর্যবেক্ষণে সহায়তা করতে পারে। UCF-এর অবদান fiber optics এবং photonics-এ দক্ষতার উপর নির্ভর করে, কারণ আলোকে চরম নিয়ন্ত্রণের সঙ্গে পরিচালনা করতে হয় এমন সব ক্ষেত্রেই এই বিষয়গুলো ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে।

যদিও সরবরাহকৃত পাঠ্যটি পূর্ণ প্রযুক্তিগত বর্ণনা শেষ হওয়ার আগেই সংক্ষিপ্ত হয়ে গেছে, তবু এটি স্পষ্ট করে যে সিস্টেমটির উদ্দেশ্য হলো একটি টেলিস্কোপ-এবং-coronagraph স্থাপত্যে wavefront errors ও leaked starlight কীভাবে সামলানো হবে তা উন্নত করা। বাস্তবে, এর অর্থ হলো উন্নত অপটিক্যাল কৌশল ব্যবহার করে তারার ঝলক দমন করার পরে যে ক্ষুদ্র গ্রহ সংকেত টিকে থাকে, সেটিকে আরও ভালোভাবে আলাদা করা।

এই কাজটি মহাকাশ প্রযুক্তি উন্নয়নের একটি গুরুত্বপূর্ণ শ্রেণির মধ্যে পড়ে: এমন পর্যায়ক্রমিক কিন্তু মিশন-গুরুত্বপূর্ণ প্রকৌশল, যা শিরোনাম-যোগ্য বিজ্ঞানকে সম্ভব করে তোলে। জনসাধারণের নজর প্রায়ই টেলিস্কোপ, রকেট উৎক্ষেপণ বা আবিষ্কারের ছবির দিকেই যায়। কিন্তু বহু সিদ্ধান্তমূলক অগ্রগতি বছর কয়েক আগেই পরীক্ষাগারে ঘটে, যেখানে দলগুলো noise, drift, calibration এবং optical contamination-এর সমস্যা সমাধান করে।

Habitable Worlds Observatory-র জন্য এটি কেন গুরুত্বপূর্ণ

Habitable Worlds Observatory উৎক্ষেপণের পর বহির্গ্রহ বিজ্ঞানের প্রধান যন্ত্র হয়ে উঠবে বলে আশা করা হচ্ছে। পরে গ্রহ অনুসন্ধানের উপযোগী করে নেওয়া বহু-উদ্দেশ্য পর্যবেক্ষণাগারের বিপরীতে, HWO শুরু থেকেই পাথুরে, সম্ভাব্য বাসযোগ্য গ্রহ এবং তাদের বায়ুমণ্ডল বিশ্লেষণের অনুসন্ধানকে কেন্দ্র করে গড়া হচ্ছে। তাই পারফরম্যান্সের দাবি বিশেষভাবে কঠোর।

ক্ষুদ্র, দূরবর্তী জগতের বায়ুমণ্ডলীয় রসায়ন শনাক্ত করতে জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কেবল সনাক্তকরণ নয়, তার চেয়েও বেশি দরকার। তাদের এমন স্থিতিশীল পর্যবেক্ষণ দরকার যা একটি গ্রহের ক্ষীণ প্রতিফলিত আলোকে যন্ত্রগত ও নক্ষত্রীয় আর্টিফ্যাক্ট থেকে আলাদা করতে পারে। wavefront control, starlight rejection বা signal cleanliness-এ যেকোনো উন্নতি বড় বৈজ্ঞানিক ফলনে রূপ নিতে পারে।

এই কারণেই এখনকার প্রোটোটাইপ কাজ অতিরিক্ত গুরুত্ব পাচ্ছে। একটি প্রধান পর্যবেক্ষণাগার বিস্তারিত বাস্তবায়ন পর্যায়ে পৌঁছানোর সময়, সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সক্ষমকারী প্রযুক্তিগুলি মিশনের ঝুঁকি কমাতে যথেষ্ট পরিণত হওয়া দরকার। PEEPSS-এর মতো কর্মসূচি নির্ধারণ করতে সাহায্য করে যে ভবিষ্যতের যন্ত্রগুলি উচ্চাকাঙ্ক্ষী নকশা লক্ষ্যমাত্রা থেকে কার্যকর সক্ষমতায় রূপ নিতে পারবে কি না।

একটি টেলিস্কোপের বাইরেও

উৎস পাঠ্যে আরও বলা হয়েছে, UCF-নেতৃত্বাধীন এই কাজ HWO ছাড়াও অন্যান্য পরবর্তী প্রজন্মের টেলিস্কোপকে সমর্থন করতে পারে। এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। বহির্গ্রহের সরাসরি চিত্রায়ন এবং spectroscopic isolation-এর প্রযুক্তি কেবল একটি মিশন কাঠামোর জন্যই উপযোগী নয়। সফল হলে, এগুলি একাধিক পর্যবেক্ষণাগার high-contrast imaging-এর দিকে কীভাবে এগোয়, তাতে প্রভাব ফেলতে পারে।

এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ বাসযোগ্য জগতের অনুসন্ধান এখন আবিষ্কার থেকে বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের দিকে বিস্তৃত হচ্ছে। বহির্গ্রহ বিজ্ঞানের প্রথম পর্যায়ে প্রধান প্রশ্ন ছিল, অন্যান্য তারার চারপাশে গ্রহ সাধারণ কি না। সেই প্রশ্নের উত্তর অনেকাংশে ইতিবাচকভাবে পাওয়া গেছে। পরবর্তী পর্যায়ে জানতে চাওয়া হয়, সেই জগতগুলির কোনগুলি পাথুরে, মৃদু উষ্ণ এবং রাসায়নিকভাবে আকর্ষণীয়। তার পরের পর্যায়ে প্রশ্ন ওঠে, কোনগুলিতে এমন বায়ুমণ্ডলীয় সংমিশ্রণ দেখা যায় যা জীববিজ্ঞান ছাড়া ব্যাখ্যা করা কঠিন।

প্রতিটি ধাপেই যন্ত্রপাতির মানদণ্ড আরও উঁচু হয়। যে ডিটেক্টর একটি গ্রহ খুঁজে পেতে পারে, তা তার বায়ুমণ্ডলে কী আছে তা নির্ধারণের জন্য অবশ্যই যথেষ্ট নয়। বৈজ্ঞানিক প্রশ্ন যত গভীর হয়, stray light, instability এবং optical error-এর জন্য সহনশীলতা তত কমে।

দীর্ঘ সময়রেখা, কিন্তু তাৎপর্যপূর্ণ

HWO-এর 2040-এর দশকের উৎক্ষেপণ সময়সূচি মানে এই পর্যবেক্ষণাগার এখনো দীর্ঘমেয়াদি প্রকল্প। কিন্তু এ ধরনের সময়রেখা বড় মহাকাশবিজ্ঞান মিশনের জন্য স্বাভাবিক, এবং সেটাই কারণ যে উপাদান প্রযুক্তিগুলি এখনই বিকাশ করা হচ্ছে। photonics-enabled system-এর ওপর আস্থা তৈরি করতে বছরের পর বছর পুনরাবৃত্তি, পরীক্ষা ও যাচাই দরকার।

জনসাধারণের কাছে PEEPSS-এর মতো প্রকল্প উৎক্ষেপণ বা গ্রহের ছবির তুলনায় কিছুটা বিমূর্ত মনে হতে পারে। কিন্তু ক্ষেত্রটির কাছে এগুলো সেই প্রক্রিয়ার অংশ, যার মাধ্যমে উচ্চাকাঙ্ক্ষী বিজ্ঞান বিশ্বাসযোগ্য হয়ে ওঠে। একটি উজ্জ্বল তারার পাশে মলিন, পৃথিবী-আকারের জগতকে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা জ্যোতির্বিজ্ঞানের সবচেয়ে কঠিন প্রযুক্তিগত লক্ষ্যগুলির একটি। কোন গ্রহকে চারপাশের ঝলক থেকে আলাদা করা যাবে কি না, তা নির্ধারণ করে এমন অপটিক্যাল বিশদগুলি সমাধানের উপর অগ্রগতি নির্ভর করে।

HWO শেষ পর্যন্ত যদি তার প্রতিশ্রুতি পূরণ করে, তবে তা কেবল আয়নার আকার বা মিশনের পরিসরের কারণে নয়, বরং প্রয়োজনের সময় সহায়ক প্রযুক্তিগুলি প্রস্তুত ছিল বলেই। UCF এবং তার অংশীদার প্রতিষ্ঠানগুলিতে বর্তমান প্রচেষ্টা সেই পাইপলাইনেরই একটি উদাহরণ: এমন লক্ষ্যভিত্তিক প্রকৌশল, যা ভবিষ্যতের একটি পর্যবেক্ষণাগারকে আধুনিক জ্যোতির্বিজ্ঞানের সবচেয়ে কঠিন কাজগুলির একটি করতে, অর্থাৎ একটি দূরবর্তী বাসযোগ্য জগতের আলো খুঁজে বের করে তা পড়তে, সক্ষম হওয়ার সম্ভাবনা বাড়ায়।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.