ഇന്ത്യക്കാർ സൗരയൂഥത്തിനുമപ്പുറത്ത് അങ്ങകലെ ഒരു ഗ്രഹത്തെ കണ്ടെത്തിയതിന്റെ കഥ

Read Time:17 Minute

[author title=”ഡോ. എൻ ഷാജി” image=”http://luca.co.in/wp-content/uploads/2016/10/DrNShaji.jpg”]ഫിസിക്‌സ് അധ്യാപകൻ
[/author]

1995 -ൽ പെഗാസി – 51 എന്ന സാധാരണ നക്ഷത്രത്തിനെ ചുറ്റുന്ന ഒരു ഗ്രഹത്തെ കണ്ടെത്തിയതിനാണ് സ്വിറ്റ്സർലൻസിലെ ജനീവ സർവകലാശാലയിലെ രണ്ടു ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് 2019-ലെ ഫിസിക്സ് നോബെൽ പുരസ്കാരത്തിന്റെ പാതി ലഭിച്ചിരിക്കുന്നത്. അവരുടെ പിൻഗാമികളായി മറ്റൊരു സൗരേതര ഗ്രഹത്തെ ഒരു സംഘം ഇന്ത്യൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ കണ്ടെത്തിയതിന്റെ രസകരമായ കഥയാണിത്. ശാസ്ത്രത്തിന്റെ രീതികൾ മനസ്സിലാക്കാൻ ഇതു സഹായിക്കും.

[dropcap]കാ[/dropcap]ണാതായ ഒട്ടകത്തെ സംബന്ധിച്ച് ഒരു അറബിക്കഥയുണ്ട്. അതിൽ തന്റെ കാണാതായ ഒട്ടകത്തെത്തേടി നടക്കുന്ന കച്ചവടക്കാരനോട് വഴി പോക്കൻ ചോദിക്കുന്നു; ഒരു കാലിൽ മുടന്തുള്ള, ഒരു കണ്ണു കാണാത്ത, ഒരു പല്ലു നഷ്ടപ്പെട്ട ഗോതമ്പും തേനും ചുമന്നുകൊണ്ടുപോയിരുന്ന ഒട്ടകത്തെയാണോ നഷ്ടപ്പെട്ടത്. ഇതെല്ലാം സത്യമാണെന്ന് കച്ചവടക്കാരൻ പറഞ്ഞപ്പോൾ, താൻ പക്ഷേ ഒട്ടകത്തെ കണ്ടിട്ടില്ലെന്നായി യാത്രക്കാരൻ. ഒടുവിൽ കച്ചവടക്കാരനെ അതു ബോദ്ധ്യപ്പെടുത്താൻ യാത്രക്കാരൻ തന്റെ യുക്തിയെ ഏറെ വിശദീകരിക്കേണ്ടി വന്നു. അടുത്ത കാലത്ത് ഇന്ത്യക്കാരായ ഒരു സംഘം ശാസ്ത്രജ്ഞർ സൗരയൂഥത്തിൽ നിന്നും വളരെ അകലെ ഒരു നക്ഷത്രത്തെ ചുറ്റുന്ന ഒരു ഗ്രഹത്തെ സംബന്ധിച്ചെഴുതിയ ഗവേഷണ പേപ്പർ കണ്ടപ്പോൾ ഈ കഥ ഓർമ്മ വന്നു. ഈ സംഭവത്തിലും അവർ ആ ഗ്രഹത്തെ കണ്ടെത്തുകയോ ഫോട്ടോ എടുക്കുകയോ ചെയ്തിട്ടില്ല. പക്ഷേ നമ്മളെ അമ്പരപ്പിക്കുന്നത്ര കാര്യങ്ങൾ അവർ കണ്ടെത്തിയിരിക്കുന്നു. അതിനുപയോഗിച്ച ശാസ്ത്രത്തിന്റെ രീതിയാണ് ഇവിടെ വിശദീകരിക്കുന്നത്.

ഈ ഗവേഷണത്തിന് നേതൃത്വം നൽകിയത് ഐ.എസ്. ആർ.ഒ. യുടെ കീഴിൽ അഹമ്മദാബാദിലെ ഫിസിക്കൽ റിസെർച്ച് ലാബിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന അഭിജിത് ചക്രവർത്തിയാണ്. അവിടെത്തന്നെ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഋഷികേശ് ശർമ്മ, പ്രിയങ്ക ചതുർവേദി, നീലം പ്രസാദ്, ആനന്ദ റാവു എന്നിവരും കൂടാതെ കാലിഫോർണിയ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ അർപിതറോയ്, പെൻസിൽവാനിയ സർവ്വകലാശാലയിലെ സുവ്രത് മഹാദേവൻ എന്നിവരും ഇതിൽ പങ്കാളികളാണ്. ഇവർ എല്ലാം ഇന്ത്യക്കാർ തന്നെ. നാസയുടേയും യൂറോപ്യൻ സ്പേസ് ഏജൻസികളുടേയും സ്പേസ് ടെലിസ്കോപ്പുകൾ മുതൽ നമ്മുടെ സ്വന്തം നിരീക്ഷണോപകരണങ്ങളിൽ നിന്നു വരെ ലഭ്യമായ വിവരങ്ങൾ, മാസങ്ങളും വർഷങ്ങളും എടുത്ത് വിശകലനം നടത്തിയാണ് ഇവർ ഈ പഠനം ഇവിടം വരെ കൊണ്ടെത്തിച്ചത്.

ഇവർ കണ്ടെത്തിയ പ്രധാന കാര്യങ്ങൾ ഒരു ലിസ്റ്റാക്കിയാൽ അതിൽ താഴെ കൊടുക്കുന്നതൊക്കെ ഉൾപ്പെടുത്താം

സൗരയൂഥത്തിൽ നിന്ന് 600 പ്രകാശവർഷം അകലെ നന്മുടെ ഗാലക്സിയിൽ തന്നെയുള്ള സൂര്യസമാനമായ ഒരു നക്ഷത്രത്തെ ചുറ്റുന്ന ഒരു ഗ്രഹത്തെയാണ് ഇവർ കാണാതെ കണ്ടെത്തിയിരിക്കുന്നത്.
അതു് നക്ഷത്രത്തെ ചുറ്റിവരാനെടുക്കുന്ന സമയം ഏകദേശം പത്തൊമ്പതര ഭൗമദിനങ്ങൾ. കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ 19 ദിവസം 11 മണിക്കൂർ 48 മിനിട്ട്.
നക്ഷത്രത്തിൽ നിന്നുള്ള ദൂരം 2.2 കോടി കിലോമീറ്റർ.
നക്ഷത്രബിംബത്തിനു കുറുകേ കടന്നു പോകാൻ ഗ്രഹം എടുക്കുന്ന സമയം 3.9 മണിക്കൂർ.
ഈ ഗ്രഹത്തിന്റെ വ്യാസം (ഡയമീറ്റർ) ഭുമിയുടെ വ്യാസത്തിന്റെ 6.1 ഇരട്ടി. അത് നക്ഷത്രത്തിന്റെ വ്യാസത്തിന്റെ 4% മാത്രം.
ഇതിന്റെ മാസ്സ് ഭുമിയുടെ മാസ്സിന്റെ 27 ഇരട്ടി.
ഇതിലെ ദ്രവ്യത്തിന്റെ ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത (സാധാരണ ജലവുമായി താരതമ്യം ചെയ്താൽ) 0.65.
ഈ ഗ്രഹത്തിലെ 60 – 70 ശതമാനവും അണു ഭാരം കൂടിയ മൂലകങ്ങൾ.
ഈ ഗ്രഹത്തിന്റെ ഉപരിതല താപനില 870- 900 കെൽവിൻ.
ഗ്രഹത്തിന്റെ ഉപരിതല ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം ഭൂമിയിലേതിന്റെ 70 ശതമാനം.

ഇത്രയൊക്കെ വായിക്കുമ്പോൾ തോന്നാം, ആരോ അവിടം വരെ പോയി കൃത്യം കണക്ക് എടുത്തതാണെന്ന്. യഥാർത്ഥത്തിൽ ഈ ഗ്രഹത്തെ ടെലിസ്കോപ്പിലൂടെ കാണുക പോലുമുണ്ടായിട്ടില്ല. ശാസ്ത്രജ്ഞർ പിന്നെ ഇക്കാര്യങ്ങളൊക്കെ എങ്ങനെ കണ്ടെത്തി എന്നത് നല്ല ചോദ്യമാണ്. അതിൻറെ ഉത്തരമാണ് ഇവിടെ എഴുതാൻ ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്.

ആദ്യമേ തന്നെ ഒരു കാര്യം കുറിക്കട്ടെ. ഏതെങ്കിലും ഒരു മഹാൻ ഒരു ഗുഹയിൽ ധ്യാനം ഇരുന്നല്ല ഇതൊക്കെ കണ്ടെത്തിയത്. മറിച്ച്, വിവിധ രാജ്യങ്ങളിലായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു വലിയ സംഘം ശാസ്ത്രജ്ഞർ ആധുനിക ടെലിസ്കോപ്പുകളും അനുബന്ധ ഉപകരണങ്ങളും ഉപയോഗിച്ച് വർഷങ്ങളായി നടത്തിയ പഠനങ്ങളെയും അപഗ്രഥനങ്ങളെയും ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇതൊക്കെ കണ്ടെത്തിയത്. അതിന് ഉപയോഗിച്ചതാകട്ടെ വിദൂരതയിൽനിന്നും വരുന്ന ഇത്തിരിപ്പോന്ന പ്രകാശവും.

ഈ കണ്ടെത്തലിലേക്ക് നയിച്ച പഠനങ്ങൾ ആരംഭിക്കുന്നത് സൗരയൂഥത്തിനു പുറത്തെ ഗ്രഹങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ നാസ ബഹിരാകാശത്ത് എത്തിച്ച കെപ്ലർ സ്പേസ് ഒബ്സർവേറ്ററി നടത്തിയ നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെയാണ്. ഭൂമിയിൽ നിന്നും ഏറെ ദൂരെ നിന്നുകൊണ്ട് രാത്രിയും പകലുമില്ലാതെ ആകാശത്തിലെ ഒരു നിശ്ചിതഭാഗത്തെ മാസങ്ങളോളം നിരീക്ഷിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും, ഒരേസമയം ഒന്നരലക്ഷം നക്ഷത്രങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള വെളിച്ചത്തിന്റെ തീവ്രത കൃത്യമായി അളന്നു കൊണ്ടിരിക്കും. അതിലേതെങ്കിലും നക്ഷത്രത്തിന്റെ മുന്നിലൂടെ അവയുടെ ഗ്രഹങ്ങൾ ഏതെങ്കിലും കടന്നു പോകുന്ന സമയത്ത് നക്ഷത്രത്തിന്റെ വളരെ ചെറിയ ഒരു ഭാഗം മറയപ്പെടും, വെളിച്ചത്തിൽ വളരെ ചെറിയ ഒരു കുറവുണ്ടാകും. ഗ്രഹങ്ങൾ ഇത്തരത്തിൽ നക്ഷത്ര ബിംബങ്ങളെ കുറുകെ കടന്നുപോകുന്നതിനെ സംതരണം (ഇംഗ്ലീഷിൽ ട്രാൻസിറ്റ്) എന്നു വിളിക്കുന്നു. നക്ഷത്രത്തിന്റെ വെളിച്ചത്തിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ചെറിയ കുറവ് പലവട്ടം ആവർത്തിക്കുമ്പോൾ അത് ഗ്രഹസംതരണം കൊണ്ട് ഉണ്ടാകുന്നതാണെന്നും ഊഹിക്കാം. ഇത് ഉറപ്പുവരുത്താനും വിശദാംശങ്ങൾ കണ്ടെത്താനും വലിയ ദൂരദർശിനികളും അനുബന്ധ സംവിധാനങ്ങളും ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ടുള്ള തുടർ നിരീക്ഷണങ്ങൾ വേണ്ടിവരും. നാസയുടെ കൈവശമുള്ള കെപ്ളർ ഡേറ്റ ആർക്കും സൗജന്യമായി ലഭ്യമാണ്. പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നവർ ആയതുകൊണ്ടാവാം ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞർ പരസ്പരം സൗജന്യമായി ഡേറ്റ കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്ന രീതി നിലവിലുണ്ട്. ഇങ്ങനെ ലഭിച്ച വിവരങ്ങൾ പരിശോധിച്ചതിൽ നിന്നാണ് നമ്മുടെ സംഘം ഇങ്ങനെയൊരു ഗ്രഹത്തിന്റെ സാധ്യതയെക്കുറിച്ച് അറിഞ്ഞത്. ഈ നക്ഷത്രത്തിന്റെ ഔദ്യോഗിക പേര് EPIC 222945201 എന്നും അതിനെ ചുറ്റുന്ന ഗ്രഹത്തിന്റെ പേര് EPIC 22945201 b എന്നുമാണ്.

ഇനി മറ്റു വിശദാംശങ്ങൾ ഇവർ എങ്ങനെ കണ്ടെത്തിയെന്നു നോക്കാം. ഇതിനു വളരെ പ്രയോജനപ്പെട്ടത് രാജസ്ഥാനിലെ മൗണ്ട് അബുവിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ടെലിസ്കോപ്പും അതിനോടു ഘടിപ്പിക്കാവുന്ന പരസ് ( PARAS – PRL Advanced Radial-velocity Abu Sky Research) എന്ന പേരിലറിയയെട്ടന്ന ഉപകരണവുമാണ്. കൂടാതെ വിവിധ ദൂരദർശിനി കൾ വഴി ലഭിച്ച വിവരങ്ങളും ഉപയോഗിച്ചു. ഓരോ കാര്യങ്ങളും എങ്ങനെ കണ്ടെത്തിയെന്നു നോക്കാം.

നക്ഷത്രത്തിന്റെ ഇനം, മാസ്, ദൂരം പിന്നെ താപനിലയും

ഒരു നക്ഷത്രത്തിൽ നിന്നുള്ള പ്രകാശത്തെ പ്രകാശത്തിന്റെ വർണരാജി അഥവാ സ്പെക്ട്രം പരിശോധിച്ചാൽ കുറെ കാര്യങ്ങൾ വ്യക്തമാകും. അങ്ങനെ മനസ്സിലായ ഒരു കാര്യം ഇത് സൂര്യനോട് സമാനമായ G0 (ജി സീറോ) ഇനത്തിൽപ്പെട്ട നക്ഷത്രം ആണെന്നതായിരുന്നു. ഇതുപോലെതന്നെ അതിന്റെ ഉപരിതല താപനിലയും കണക്കാക്കാം. ഇതേ ഇനത്തിൽപ്പെട്ട നമുക്കു വ്യക്തമായി അറിയാവുന്ന മറ്റു നക്ഷത്രങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു സൈദ്ധാന്തികമായ അറിവുകളും ഉപയോഗിച്ച് നക്ഷത്രത്തിന്റെ മാസ്, വലിപ്പം എന്നിവ മനസ്സിലാക്കിയെടുക്കാം. യൂറോപ്യൻ സ്പേസ് ഏജൻസിയുടെ ഗയ്യ (GAIA) സ്പേസ് ഒബ്സർവേറ്ററി ഉപയോഗിച്ചു നടത്തിയ പഠനങ്ങളിലൂടെ കോടിക്കണക്കിന് നക്ഷത്രങ്ങളിലേക്കുള്ള ദൂരം നമുക്കറിയാം. ഈ നക്ഷത്രവും അവരുടെ പട്ടികയിൽപ്പെട്ടിരുന്നു എന്നതിനാൽ കുറേ വിവരങ്ങൾ ലഭ്യമായി. ഇതു് സൗരയൂഥത്തിൽ നിന്ന് ഏതാണ്ട് 600 കോടി പ്രകാശവർഷം അകലെയാണെന്ന് കണ്ടെത്തിയത് അങ്ങനെയാണ്.

ഗ്രഹത്തിന്റെ വലിപ്പവും ഭ്രമണകാലവും

കെപ്ലർ ബഹിരാകാശ പേടകം ഉപയോഗിച്ച് നടത്തിയ പഠനങ്ങളിലൂടെ നക്ഷത്രത്തിന്റെ പ്രകാശം നിശ്ചിത ഇടവേളകളിൽ ചെറിയതോതിൽ കുറയുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. ഇതിൻറെ വിശദാംശങ്ങൾ എടുത്തു പരിശോധിച്ചപ്പോൾ ഏകദേശം 19.5 ദിവസത്തിലൊരിക്കലാണ് പ്രകാശത്തിൽ കുറവുണ്ടാകുന്നത് എന്നും മനസ്സിലായി. ഈ കുറവ് പ്രകാശത്തിൻറെ 0.16 ശതമാനം മാത്രമാണെന്നും വ്യക്തമായി. ഇതിനെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ പഠിച്ചപ്പോൾ നക്ഷത്ര വ്യാസത്തിന്റെ നാല് ശതമാനം മാത്രം വ്യാസമുള്ള ഒരു ഗ്രഹം അതിനു കുറുകെ കടന്നു പോകുന്നത് കൊണ്ടാണ് വെളിച്ചത്തിൽ ചെറിയ കുറവുണ്ടാകുന്നത് എന്ന് വ്യക്തമായി. നക്ഷത്രങ്ങൾ സ്വയം പ്രകാശിക്കുമെന്നതും ഗ്രഹങ്ങൾക്ക് അതു സാധ്യമല്ലെന്നതും ഇവിടെ ഓർക്കുക. ഗൃഹത്തിന്റെ ഭ്രമണ കാലവും മാതൃ നക്ഷത്രത്തിന്റെ മാസ്സും ലഭിച്ചാൽ രണ്ടും തമ്മിലുള്ള ദൂരം ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ച് എളുപ്പം കണക്കാക്കാം.

ഗ്രഹത്തിന്റെ മാസും സാന്ദ്രതയും

നമ്മുടെ പരിഗണനയിലുള്ള നക്ഷത്രവും ഗ്രഹവും ഗുരുത്വാകർഷണത്താൽ പരസ്പരം ബന്ധിതമാണ്. ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലന നിയമം അനുസരിച്ച് നോക്കിയാൽ നക്ഷത്രം ഗ്രഹത്തിൽ ചെലുത്തുന്ന അത്രതന്നെ ഗുരുത്വബലം ഗ്രഹം നക്ഷത്രത്തിലും ചെലുത്തുന്നു. ഇതു മൂലം നക്ഷത്രത്തിനും ചെറിയ ചലനം ഉണ്ടാകും. (സൗരയൂഥത്തിലെ ഗ്രഹങ്ങളുടെ ബലം മൂലം സൂര്യനും ചെറിയ ചലനമുണ്ട്‌. എന്നാൽ സൂര്യനെ അപേക്ഷിച്ച് ഗ്രഹങ്ങളുടെ മാസ് വളരെ കുറവാണെന്നതിനാൽ ഈ ചലനം നിസ്സാരമാണ്). നക്ഷത്രത്തിന്റെ ചലനം മൂലം അതിന്റെ വർണ്ണരാജിയിലെ രേഖകളിൽ (spectral lines) ചുവപ്പ് നീക്കവും നീല നീക്കവും (red shift and blue shift) മാറിമാറി പ്രത്യക്ഷപ്പെടും. നക്ഷത്രം നിരീക്ഷകന്റെ അടുത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ നീലനീക്കവും അകലുമ്പോൾ ചുവപ്പുനീക്കവുമാണ് കാണപ്പെടുക. ഇവയുടെ പരിമാണം അളന്നാൽ വേഗത കണക്കാക്കാം. നമ്മുടെ റോഡുകളിൽ ഓവർ സ്പീഡിൽ പോകുന്ന വാഹനങ്ങളെ കണ്ടെത്താൻ ട്രാഫിക് പോലീസ് ഉപയോഗിക്കുന്നതും സമാനമായ വിദ്യയാണ്. നമ്മുടെ ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ ഇതിനായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഉപകരണങ്ങൾ രാജസ്ഥാനിലെ മൗണ്ട് അബുവിലെ ഗുരുശിഖർ ഒബ്സർവേറ്ററിയിൽ സ്ഥാപിച്ച് നീണ്ട കാലം നടത്തിയ പഠനങ്ങളിലൂടെയാണ് നക്ഷത്രത്തിന്റെ വേഗത അളന്നത് . ഇക്കാര്യത്തിൽ ഇവരുടെ ഉപകരണത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മത അപാരമാണ്. സെക്കൻഡിൽ കിലോമീറ്ററുകൾ എന്ന വേഗതയിൽ ചലിക്കുന്ന നക്ഷത്രത്തിന്റെ വേഗത മീറ്റർ/ സെക്കൻഡ് സൂക്ഷ്മതയോടെ കണ്ടെത്താൻ ഇവർക്കു കഴിഞ്ഞു. അതിൽനിന്നും നക്ഷത്രത്തിൽ ഗ്രഹം ചെലുത്തുന്ന ബലവും അങ്ങനെ ഗ്രഹത്തിന്റെ മാസ്സും കണ്ടെത്തി. അങ്ങനെ കണ്ടെത്തിയ മാസാണ് ഭൂമിയുടേതിന് 27 ഇരട്ടി എന്നതു്. ഇത് നമ്മുടെ നെപ്ട്യൂണിന്റെ മാസ്സിനേക്കാൾ കൂടുതലും ശനിയുടെ മാസ്സിനേക്കാൾ കുറവുമാണ്. മാസ്സും വ്യാസാർദ്ധവും അറിയാമെങ്കിൽ വ്യാപ്തവും സാന്ദ്രതയും കണക്കാക്കാൻ പറ്റുമല്ലോ. ഈ സാന്ദ്രത കൂടി പരിശോധിച്ചാണ് ആ ഗ്രഹത്തിൽ എത്ര ശതമാനം ആണ് ഭാരം കൂടിയ മൂലകങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കാമെന്നും ഊഹിച്ചെടുക്കുന്നത്. ഇതേ വിവരങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ടുതന്നെ ഗ്രഹത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലെ ഗുരുത്വാകർഷണം കൊണ്ടുള്ള ത്വരണവും (acceleration due to gravity) കണ്ടെത്താം. ഐസക് ന്യൂട്ടൺ ഭൂമിയിലിരുന്ന് കണ്ടുപിടിച്ച ഗുരുത്വാകർഷണ നിയമം പ്രപഞ്ചത്തലെവിടെയും ശരിയാകുന്നുവെന്ന തിരിച്ചറിവാണ് 600 പ്രകാശവർഷം അകലെയുള്ള നക്ഷത്രത്തിലും അതിനെ ചുറ്റുന്ന ഗ്രഹത്തിലും അത് പ്രയോഗിക്കാന്‍ സഹായകമായത് എന്ന് ഇവിടെ ഓർക്കുക.