रहने योग्य दुनिया की खोज में फोटोनिक्स का जोर और स्पष्टता ला सकता है

पृथ्वी-जैसे ग्रहों की तलाश में एक तकनीकी बाधा

रहने योग्य क्षेत्र में किसी पथरीले ग्रह को ढूंढना केवल एक बड़ा टेलिस्कोप बनाने का मामला नहीं है। इससे भी कठिन समस्या है, मंद ग्रह-संकेत को अपने तारे की अत्यधिक चमक से अलग करना। यही चुनौती University of Central Florida और साझेदार संस्थानों में चल रहे NASA-वित्तपोषित शोध प्रयास के केंद्र में है, जहां वैज्ञानिक भविष्य की वेधशालाओं को संभावित रूप से रहने योग्य दुनिया खोजने और उनका अध्ययन करने में मदद करने के लिए प्रोटोटाइप फोटोनिक्स प्रणालियां बना रहे हैं।

यह काम प्रस्तावित Habitable Worlds Observatory, या HWO, से जुड़ा है, जो NASA द्वारा 2040 के दशक में प्रक्षेपित किए जाने वाला एक बड़ा इन्फ्रारेड, ऑप्टिकल और अल्ट्रावायलेट अंतरिक्ष टेलिस्कोप है। स्रोत सामग्री के अनुसार, HWO को विशेष रूप से तारों के चारों ओर रहने योग्य क्षेत्रों में पथरीले ग्रहों की खोज और उनके वायुमंडलों की विशेषताओं के अध्ययन के लिए डिजाइन किया जा रहा है। इसके व्यापक खगोलभौतिकी शोध में भी योगदान की उम्मीद है। लेकिन अपने सबसे महत्वाकांक्षी एक्सोप्लैनेट कार्य के लिए, प्रकाश को टेलिस्कोप और coronagraph के भीतर से गुजरते समय कैसे मापा, आकार दिया और नियंत्रित किया जाता है, इसमें अत्यधिक स्थिरता और सटीकता की जरूरत होगी।

यहीं वर्तमान प्रयास सामने आता है। UCF के Center for Research and Education in Optics and Lasers के शोधकर्ता, UC Santa Cruz, University of Sydney और Space Telescope Science Institute के सहयोगियों के साथ मिलकर, तीन-वर्षीय NASA-वित्तपोषित परियोजना Photonics-Enabled Exoplanet Spectroscopic System, या PEEPSS, के माध्यम से सक्षम करने वाली तकनीक विकसित कर रहे हैं।

तारों की रोशनी इतनी बड़ी बाधा क्यों है

प्रत्यक्ष एक्सोप्लैनेट इमेजिंग में मूल कठिनाई पैमाने की है। अपने तारे के रहने योग्य क्षेत्र में स्थित कोई ग्रह, टेलिस्कोप के दृष्टिकोण से आम तौर पर उस तारे के बहुत करीब होता है, और तारा ग्रह की तुलना में कहीं अधिक चमकीला होता है। PEEPSS के प्रमुख अन्वेषक UCF प्रोफेसर Stephen Eikenberry को स्रोत पाठ में यह कहते हुए उद्धृत किया गया है कि यदि तारा लक्षित दुनिया से लगभग 10 अरब गुना अधिक चमकीला हो, तो प्रभावशाली लगने वाली मात्रा तक उस चमक को घटाने के बाद भी इतनी बची हुई रोशनी रह सकती है कि वह ग्रह-संकेत को दबा दे।

इसीलिए खगोलविद coronagraphs पर निर्भर करते हैं, जो तारों की रोशनी को रोकने और कक्षा में घूम रहे ग्रहों से परावर्तित रोशनी को डिटेक्टर तक पहुंचाने के लिए बनाए गए उपकरण हैं। लेकिन coronagraphs जादुई ढाल नहीं हैं। ऑप्टिक्स में मौजूद सूक्ष्म खामियां भी तारों की रोशनी को सिस्टम के भीतर रिसने दे सकती हैं। जब मूल लक्ष्य अत्यंत मंद हो, तब सूक्ष्म अपूर्णताएं भी मिशन-स्तरीय समस्याएं बन जाती हैं।

संभावित biosignature वाले दुनियाओं का पता लगाने की कोशिश करने वाले भविष्य के टेलिस्कोपों के लिए यह मुद्दा गौण नहीं है। यह मौलिक है। यदि बची हुई तारों की रोशनी को असाधारण सटीकता के साथ दबाया और मापा नहीं जा सकता, तो टेलिस्कोप को यह तक पुष्टि करने में मुश्किल हो सकती है कि कोई मंद स्रोत सचमुच ग्रह है, उसकी वायुमंडलीय गैसों का विश्लेषण करना तो और भी कठिन होगा।

PEEPSS क्या जोड़ने की कोशिश कर रहा है

PEEPSS परियोजना का उद्देश्य इसी सटीकता स्तर को संबोधित करना है। स्रोत पाठ के अनुसार, टीम ऐसे प्रोटोटाइप सिस्टम बना और परख रही है जो खगोलविदों को उन ग्रहों का सीधे अवलोकन करने में मदद कर सकते हैं जो अन्यथा अपने माता-पिता तारों की रोशनी से ढके रहते हैं। UCF का योगदान fiber optics और photonics में विशेषज्ञता पर आधारित है, ऐसे क्षेत्र जो हर जगह अधिक महत्वपूर्ण होते जा रहे हैं जहां प्रकाश को अत्यधिक नियंत्रण के साथ संचालित करना पड़ता है।

हालांकि दी गई सामग्री पूर्ण तकनीकी विवरण पूरा होने से पहले ही कट जाती है, लेकिन यह स्पष्ट है कि सिस्टम का उद्देश्य telescope-plus-coronagraph संरचना में wavefront errors और leaked starlight को बेहतर ढंग से संभालना है। व्यवहार में, इसका अर्थ है उन्नत optical तकनीकों का उपयोग करके उस छोटे ग्रह-संकेत को बेहतर अलग करना जो तारे की चमक दब जाने के बाद भी बचा रहता है।

यह काम अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी विकास की एक महत्वपूर्ण श्रेणी में आता है: क्रमिक लेकिन मिशन-निर्णायक इंजीनियरिंग, जो सुर्खियों में आने वाले विज्ञान को संभव बनाती है। जनता का ध्यान अक्सर टेलिस्कोप, रॉकेट प्रक्षेपण या खोज-चित्र पर जाता है। लेकिन निर्णायक प्रगति अक्सर कई साल पहले प्रयोगशालाओं में होती है, जहां टीमें noise, drift, calibration और optical contamination जैसी समस्याएं सुलझा रही होती हैं।

Habitable Worlds Observatory के लिए यह क्यों मायने रखता है

Habitable Worlds Observatory के प्रक्षेपण के बाद एक्सोप्लैनेट विज्ञान का प्रमुख उपकरण बनने की उम्मीद है। बाद में ग्रह-शिकार के लिए अनुकूलित किए गए बहुउद्देश्यीय वेधशालाओं के विपरीत, HWO शुरू से ही पथरीले, संभावित रूप से रहने योग्य ग्रहों की खोज और उनके वायुमंडलों के विश्लेषण के इर्द-गिर्द बनाया जा रहा है। इससे प्रदर्शन की मांगें विशेष रूप से कठोर हो जाती हैं।

छोटे, दूरस्थ दुनियाओं में वायुमंडलीय रसायन की पहचान करने के लिए खगोलविदों को केवल पहचान से अधिक चाहिए। उन्हें स्थिर अवलोकन चाहिए जो किसी ग्रह की मंद परावर्तित रोशनी को उपकरणीय और तारकीय कलाकृतियों से अलग कर सकें। wavefront control, starlight rejection या signal cleanliness में कोई भी सुधार वैज्ञानिक लाभ में बड़े उछाल के रूप में जुड़ सकता है।

इसीलिए अब का प्रोटोटाइप काम असाधारण महत्व रखता है। जब तक कोई प्रमुख वेधशाला विस्तृत कार्यान्वयन चरण में पहुंचती है, सबसे महत्वपूर्ण सक्षम करने वाली तकनीकों का इतना परिपक्व होना जरूरी है कि मिशन का जोखिम कम हो सके। PEEPSS जैसे कार्यक्रम यह तय करने में मदद करते हैं कि भविष्य के उपकरण आकांक्षात्मक डिजाइन लक्ष्यों से वास्तविक संचालन क्षमता तक जा पाएंगे या नहीं।

एक टेलिस्कोप से आगे

स्रोत पाठ यह भी बताता है कि UCF-नेतृत्व वाला काम HWO के अलावा अन्य अगली पीढ़ी के टेलिस्कोपों को भी समर्थन दे सकता है। यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है। एक्सोप्लैनेट की प्रत्यक्ष इमेजिंग और spectroscopic isolation की तकनीकें केवल एक मिशन आर्किटेक्चर के लिए उपयोगी नहीं हैं। यदि सफल होती हैं, तो वे कई वेधशालाओं के high-contrast imaging के दृष्टिकोण को प्रभावित कर सकती हैं।

यह मायने रखता है क्योंकि रहने योग्य दुनियाओं की खोज अब खोज से आगे बढ़कर विशेषताओं की पहचान की ओर जा रही है। एक्सोप्लैनेट विज्ञान के पहले चरण में मुख्य प्रश्न यह था कि क्या अन्य तारों के आसपास ग्रह आम हैं। उस प्रश्न का उत्तर काफी हद तक हाँ में दिया जा चुका है। अगला चरण पूछता है कि उन दुनियाओं में से कौन-सी पथरीली, मध्यम और रासायनिक रूप से दिलचस्प हैं। उसके बाद का चरण पूछता है कि क्या कोई ऐसी वायुमंडलीय संरचनाएं दिखाती हैं जिन्हें जैविक प्रक्रियाओं के बिना समझाना कठिन हो।

हर चरण उपकरणों के लिए मानक और ऊंचे कर देता है। जो डिटेक्टर किसी ग्रह को ढूंढ सकता है, वह जरूरी नहीं कि यह तय करने के लिए पर्याप्त हो कि उसके वायुमंडल में क्या है। वैज्ञानिक प्रश्न जितना गहरा होगा, stray light, instability और optical error के लिए सहनशीलता उतनी ही कम होगी।

लंबा समय, लेकिन महत्वपूर्ण

HWO के लिए 2040 के दशक का प्रक्षेपण समय इसका मतलब है कि यह वेधशाला अभी भी एक दीर्घकालिक परियोजना है। लेकिन ऐसे समय-फ्रेम बड़े अंतरिक्ष विज्ञान मिशनों के लिए सामान्य हैं, और यही कारण है कि घटक तकनीकें अभी विकसित की जा रही हैं। photonics-enabled प्रणालियों में भरोसा बनाने के लिए वर्षों के पुनरावृत्ति, परीक्षण और सत्यापन की जरूरत होती है।

जनता के लिए, PEEPSS जैसे प्रोजेक्ट प्रक्षेपण या ग्रह-चित्र की तुलना में कुछ अमूर्त लग सकते हैं। क्षेत्र के लिए, वे उस तंत्र का हिस्सा हैं जिसके जरिए महत्वाकांक्षी विज्ञान विश्वसनीय बनता है। किसी चमकदार तारे के पास एक मंद, पृथ्वी-आकार की दुनिया का सीधे अवलोकन करना खगोलशास्त्र के सबसे कठिन तकनीकी लक्ष्यों में से एक है। प्रगति इस बात पर निर्भर करती है कि उन optical विवरणों को हल किया जाए जो तय करते हैं कि कोई ग्रह आसपास की चमक से अलग किया जा सकता है या नहीं।

यदि HWO अंततः अपना वादा पूरा करता है, तो ऐसा केवल दर्पण के आकार या मिशन के दायरे की वजह से नहीं होगा, बल्कि इसलिए कि सहायक तकनीकें जरूरत के समय तैयार थीं। UCF और उसके साझेदार संस्थानों में चल रहा वर्तमान प्रयास उस पाइपलाइन का एक उदाहरण है: लक्षित इंजीनियरिंग, जिसका उद्देश्य यह संभावना बढ़ाना है कि भविष्य की वेधशाला आधुनिक खगोलशास्त्र के सबसे कठिन कार्यों में से एक कर सके, यानी किसी दूरस्थ रहने योग्य दुनिया की रोशनी को खोजना और पढ़ना।

यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.