विज्ञान सावलीतून: ग्रहण, अवलंबन आणि ट्रान्झिट्स विश्वाला कसे प्रकट करतात

अंधारात लपलेली माहिती

प्रथम दृष्टीने, ग्रहण हे फक्त प्रकाशाची अनुपस्थिती आहे — चंद्र सूर्याला अवरोधित करीत आहे, ग्रह तारकाच्या डिस्कला ओलांडत आहे, चंद्र तिच्या पिता ग्रहाच्या सावलीत घसरत आहे. पण विज्ञानात, अनुपस्थितीच प्रायः उपस्थितीइतकी सूचनाप्रद असते, आणि आकाशीय संरेखनांच्या वेळी प्रकाश कसा अदृश्य होतो आणि परत येतो याचे सावधान विश्लेषण खगोल विज्ञानाच्या इतिहासातील काही सर्वात महत्त्वाचे शोध उघड केले आहेत. पृथ्वीच्या आकारापासून सुरू करून अरबो मैल दूरच्या exoplanet वायुमंडलाच्या संरचनापर्यंत, सावलीत एनकोड केलेली माहिती असाधारणपणे समृद्ध असल्याचे सिद्ध झाले आहे।

सूर्य ग्रहण हा बहुधा सर्वात दर्शनीय आणि ऐतिहासिकदृष्ट्या महत्त्वाचा उदाहरण आहे. सूर्याच्या corona चे निरीक्षण करण्याची क्षमता — tenuous, असाधारणपणे गरम बाहेरचे वातावरण जे सामान्यतः सौर डिस्कच्या तेजस्वितेने ढकलले जाते — पूर्णपणे पृथ्वीच्या आकाशात चंद्राच्या भाग्यवान स्पष्ट आकारावर अवलंबून आहे. चंद्र सूर्यापेक्षा 400 गुणा लहान आहे परंतु अंदाजे 400 गुणा जवळ आहे, एक संयोग ज्यामुळे दोन्ही वस्तू पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरून पहाता लगभग समान कोनीय आकारात दिसतात. हा संरेखन संपूर्ण सूर्य ग्रहण photosphere पूर्णपणे अस्पष्ट करू शकतो तर corona दृश्यमान ठेवते — आणि हे 1919 मध्ये एक संपूर्ण सूर्य ग्रहणाच्या वेळी होते की Arthur Eddington यांनी प्रसिद्धपणे Einstein यांचा असा अंदाज पुष्टी केला की भारी वस्तू प्रकाश वाकवतात, occulted सूर्याजवळील तारांच्या विस्थापित स्थानांचे निरीक्षण करून.

Occultations: विश्वाच्या सूक्ष्म संरचनाचा अन्वेषण

तारकीय अवलंबन तेव्हा घडते जेव्हा सौर मंडळाची वस्तू — ग्रह, चंद्र, asteroid, किंवा Kuiper Belt शरीर — पृथ्वीवरून पाहिल्यास पार्श्वभूमीच्या तारकावर जाते. अवलंबन वस्तूच्या किनारा ते कसा तरलेला करते आणि तारकाचा प्रकाश पुनरावृत्ती होते याची अचूक वेळ वस्तूचा आकार, आकृती आणि जेथे वातावरण असल्यास त्याचे वायुमंडलीय संरचना असाधारण अचूकतेने उघड करते.

Pluto चे वातावरण प्रथम 1988 मध्ये तारकीय अवलंबन मापनाद्वारे शोधून काढले गेले होते, कोणत्याही अंतरिक्ष यानाने दूरच्या बौद्ध ग्रहाला भेटण्यापूर्वीचे वर्षे. पार्श्वभूमीच्या तारकाच्या प्रकाशाची हळूहळू मंदी — वातावरण नसलेल्या शरीराने निर्माण केलेल्या तीक्ष्ण बंद होण्याऐवजी — एक tenuous nitrogen वातावरणाची उपस्थिती उघड केली आणि त्याच्या दाब प्रोफाइलचे पहिले मापन प्रदान केले. जेव्हा NASA च्या New Horizons अंतरिक्ष यानाने 2015 मध्ये Pluto ला फ्लाय-बाय केले, तेव्हा दशकांच्या अवलंबन निरीक्षणांमधून बनवलेले वातावरणीय मॉडेल लक्षणीयपणे अचूक असल्याचे सिद्ध झाले.

तारकीय अवलंबन Trojan asteroids च्या आकार वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी, Uranus आणि Neptune च्या वलयांचे मापन करण्यासाठी (अवलंबन प्रोफाइलद्वारे शोधून काढले गेले होते कोणत्याही अंतरिक्ष यानाने त्यांना थेट प्रतिबिंबित करण्यापूर्वी), आणि सौर मंडळाच्या सर्वाधिक बाहेरील किनारेचा अन्वेषण करण्यासाठी देखील वापरले जात आहेत जेथे Kuiper Belt वस्तू जी थेट प्रतिबिंबनासाठी खूप मंद आहेत पार्श्वभूमीच्या तारकांवर त्यांच्या सावलींद्वारे अभ्यास केल्या जाऊ शकतात.

Transits: Exoplanet क्रांती

Transit पद्धति — ज्यामध्ये ग्रह पृथ्वीवरून पाहिल्यास आपल्या host तारकाच्या डिस्कला ओलांडताना तारकाच्या प्रकाशात एक मोजमाप योग्य, नियतकालिक मंदी निर्माण करतो — अलिकडील दशकांमध्ये सावलीच्या विज्ञानाचा सर्वात परिवर्तनकारी अनुप्रयोग आहे. NASA च्या Kepler Space Telescope, 2009 ते 2018 पर्यंत संचालित, ग्रहीय transits साठी 150,000 पेक्षा अधिक तारकांचे निरीक्षण केले आणि हजारो exoplanet प्रत्याशींचा संग्रह केला, exoplanet विज्ञानाला मुठीभर ज्ञात विश्वांच्या क्षेत्रापासून हजारो पुष्टी केलेल्या ग्रहांच्या क्षेत्रात रूपांतरित केले.

Transit पद्धति केवळ ग्रहांचा शोध लावणे पेक्षा अधिक काही करते. transit प्रकाश वक्राचा अचूक आकार — तारकाची तेजस्वितता कशी कमी होते जेव्हा ग्रहाची डिस्क ओव्हरलॅप करण्यास सुरुवात करते, full transit खोलीत पोहोचते, आणि नंतर पुनरावृत्ती होते — ग्रहाची त्रिज्या, orbital कालावधी, orbital झुकाव, आणि ग्रहाच्या आकाराचे अनुपात त्याच्या host तारकात माहिती एनकोड करते. radial वेग मापनांसह एकत्र केल्यावर की कसे ग्रहाचे गुरुत्व तारकाला खेचते, transit निरीक्षण ग्रहाचा mass प्रदान करते, त्याची density गणना सक्षम करते आणि त्याच्या bulk संरचनाबद्दल निष्कर्ष काढू शकतो.

Transmission Spectroscopy: प्रकाशात वातावरण वाचणे

Transit विज्ञानाचा सर्वात शक्तिशाली अलिकडला विस्तार transmission spectroscopy आहे — ग्रहाचे वातावरण transit दरम्यान तारकाचा प्रकाश कसा फिल्टर करते याचे विश्लेषण. जेव्हा transiting ग्रहाची डिस्क तारकाला ओलांडते, तेव्हा तारकाचा प्रकाश ग्रहाच्या limb वर ग्रहाच्या वातावरणाच्या पातळ वलयातून जातो. वातावरणातील विविध molecules प्रकाशाच्या विशिष्ट wavelengths शोषून घेतात, telescope पर्यंत पोहोचणाऱ्या तारकाच्या प्रकाशाच्या spectrum मध्ये वैशिष्ट्यपूर्ण उंगारखुणा सोडतात. विविध wavelengths वर transit गहिमा तुलना करून, खगोलशास्त्री ग्रहाच्या वातावरणात उपस्थित molecules ओळखू शकतात.

James Webb Space Telescope यांनी या तंत्राला नाटकीयपणे पुढे नेले आहे. JWST चा infrared संवेदनशीलता आणि spectral रेजोल्यूशन water vapor, carbon dioxide, methane, sulfur dioxide, आणि इतर molecules चा शोध hot Jupiters पासून sub-Neptunes पर्यंत ग्रहांच्या वातावरणात सक्षम करते. 2023 मध्ये, JWST यांनी super-Earth च्या वातावरणात प्रथमच carbon dioxide शोधून काढले. biosignatures चा शोध — biological प्रक्रियांचे molecular पुरावे, जसे की एक rocky ग्रहाच्या वातावरणात oxygen आणि methane चे एककालीन उपस्थिती — habitable zones मध्ये Earth-like ग्रहांच्या वातावरणात आता एक तंत्रिकदृष्ट्या वास्तविक उद्देश्य आहे एक दूरचा आकांक्षा ऐवजी.

प्राचीन साधनांपासून अंतरिक्ष-युग अनुप्रयोगांपर्यंत

वैज्ञानिक उपकरण म्हणून आकाशीय संरेखनांचा वापर पूरातनतेपर्यंत जाते. Eratosthenes यांनी दोन स्थानांवर सूर्याच्या सावलीचा कोन वापरून तिसऱ्या शतकी बीसीई मध्ये उल्लेखनीय अचूकतेसह पृथ्वीच्या परिघाची गणना केली. Edmond Halley यांनी 1716 मध्ये सुचविले की पृथ्वीवरील मोठ्या अंतरावर असलेल्या बिंदूंमधून Venus च्या transit चे simultaneous निरीक्षण parallax वापरून astronomical unit — पृथ्वी-सूर्य अंतरचे मापन प्रदान करू शकते, एक प्रस्ताव 1761 आणि 1769 Venus transits दरम्यान ज्ञात जगतच्या अत्यंत दूरस्थ पोहोचवर आंतरराष्ट्रीय निरीक्षकांच्या नेटवर्कद्वारे यशस्वीरित्या कार्यान्वित केला गेला.

या प्राचीन आणि आधुनिक अनुप्रयोगांना जोडणारे हे एक सामान्य तत्व आहे: जेव्हा प्रकाश अचूकपणे अवरोधित केला जातो, तेव्हा अवरोध माहिती वाहून नेतो. विश्व सावलीने भरलेले आहे, आणि प्रत्येक, काळजीपूर्वक विश्लेषण केल्यास, त्या वस्तूंबद्दल एक कथा सांगते जी त्यांना टाकते आणि प्राप्त करते. NASA चे eclipse आणि transit विज्ञानाभोवती शिक्षण आणि public engagement मध्ये चालू निवेश हे असे एक स्वीकृती दर्शवते की हे तत्व — सुलभ, दृश्यमान, आणि professional विज्ञानाला विश्वाच्या सर्वात मोठ्या स्तरांशी जोडणारे — professional विज्ञान आणि public कल्पनांमध्ये सर्वाधिक प्रभावी पुलांपैकी एक आहे.

हा लेख science.nasa.gov द्वारे reporting वर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा।