नासा की रहने योग्य विश्व वेधशाला की योजना चल रही है अगस्त की शुरुआत में, वैज्ञानिक और इंजीनियर पृथ्वी के समान ग्रहों पर जीवन का पता लगाने में सक्षम पहले अंतरिक्ष दूरबीन के निर्माण पर चर्चा करने के लिए कैलटेक के एक छोटे सभागार में एकत्र हुए। प्रस्तावित मिशन अवधारणा, जिसे हैबिटेबल वर्ल्ड ऑब्जर्वेटरी (HWO) कहा जाता है, NASA के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) के बाद एक शक्तिशाली खगोल भौतिकी वेधशाला होगी।

इस तकनीक का उपयोग तारे की परिक्रमा करने वाले ग्रहों की उपस्थिति को प्रकट करने के लिए तारे के प्रकाश को अस्पष्ट करने के लिए किया जाता है।

इसमें सितारों, आकाशगंगाओं और कई अन्य ब्रह्मांडीय वस्तुओं का अध्ययन करने की क्षमता होगी, जिसमें हमारे सौर मंडल के बाहर के ग्रह भी शामिल हैं, जिन्हें एक्सोप्लैनेट के रूप में जाना जाता है। हालाँकि एक्सोप्लैनेट पर जीवन की खोज एक दूर का लक्ष्य हो सकता है, कैल्टेक कार्यशाला का उद्देश्य प्रौद्योगिकी के स्तर का आकलन करना था जिसे बीजीआई को अन्यत्र जीवन की खोज करने की आवश्यकता होगी।

एचडब्ल्यूओ टेक्नोलॉजी असेसमेंट ग्रुप (टीएजी) के सदस्य, खगोल विज्ञान के डेविड मॉरिसरो प्रोफेसर और जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (जेपीएल) के एक वरिष्ठ अनुसंधान वैज्ञानिक दिमित्री मावेट ने कहा, "हमें मिशन को डिजाइन करने से पहले यथासंभव महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियों को विकसित करने की आवश्यकता है, जिसे नासा के लिए कैलटेक द्वारा प्रबंधित किया जाता है।" हम तकनीकी परिपक्वता चरण में हैं। विचार उन प्रौद्योगिकियों को और आगे बढ़ाने का है जो लागत वृद्धि के जोखिम को कम करते हुए एक रहने योग्य विश्व वेधशाला को क्रांतिकारी वैज्ञानिक परिणाम देने में सक्षम बनाएगी।"

चट्टानी एक्सोप्लैनेट केप्लर-186एफ के बारे में एक कलाकार की धारणा, संभावित रूप से रहने योग्य ग्रह बनने के लिए सबसे आशाजनक उम्मीदवारों में से एक है, लेकिन जीवन का समर्थन करने के लिए यह पृथ्वी के कितना समान या भिन्न होगा? छवि क्रेडिट: NASA/एम्स/SETI संस्थान/JPL-कैलटेक।

एचडब्ल्यूओ 1930 के दशक के अंत या 2040 के दशक की शुरुआत में नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के 2020 डेकैडल सर्वे ऑफ एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स (एस्ट्रो2020) के हिस्से के रूप में लॉन्च होगा। मिशन के अवलोकन समय को सामान्य खगोल भौतिकी और एक्सोप्लैनेट अनुसंधान के बीच विभाजित किया जाएगा।

"दसवीं वर्षगांठ सर्वेक्षण इस मिशन को सर्वोच्च प्राथमिकता के रूप में सुझाता है क्योंकि यह खगोल भौतिकी में परिवर्तनकारी क्षमताओं को लाएगा, साथ ही हमारे सौर मंडल से परे पूरे सौर मंडल को समझेगा," फियोना हैरिसन, कैलटेक के हेरोल्ड ए रोसेन भौतिकी के प्रोफेसर और भौतिकी, गणित और खगोल विज्ञान प्रभाग में केंट और जॉयस क्रेसा लीडरशिप चेयर और एस्ट्रो2020 दसवीं वर्षगांठ रिपोर्ट के दो सह-अध्यक्षों में से एक ने कहा।

तकनीकी प्रगति और चुनौतियाँ

एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल को चिह्नित करने और इस प्रकार जीवन के संभावित संकेतों की खोज करने के लिए अंतरिक्ष दूरबीनों की क्षमता उस तकनीक पर निर्भर करती है जो दूर के सितारों से चमक को रोकती है। तारे के प्रकाश को अवरुद्ध करने के दो मुख्य तरीके हैं: एक दूरबीन के अंदर एक छोटा सा बाधक है, जिसे कोरोनोग्राफ कहा जाता है; दूसरा दूरबीन के बाहर एक बड़ा चकमक है, जिसे स्टारशेड कहा जाता है। अंतरिक्ष में, तारा ढाल एक विशाल सूरजमुखी के आकार की संरचना में फैल जाती है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

एनीमेशन एक तारा ढाल का एक प्रोटोटाइप दिखाता है, एक विशाल संरचना जिसे तारे की चमक को रोकने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि भविष्य के अंतरिक्ष दूरबीन ग्रहों की तस्वीरें ले सकें। स्रोत: नासा

दोनों ही मामलों में, तारे का प्रकाश अवरुद्ध हो जाता है, जिससे आस-पास के ग्रहों से परावर्तित होने वाली धुंधली तारे की रोशनी दिखाई देती है। यह प्रक्रिया किसी मुस्कुराते हुए दोस्त की तस्वीर खींचते समय सूरज को अपने हाथ से रोकने के समान है। ग्रह की रोशनी को सीधे कैप्चर करके, शोधकर्ता उन रोशनी की जांच करने, रासायनिक हस्ताक्षरों की तलाश करने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर नामक अन्य उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं। यदि दूर के तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों पर कोई जीवन है, तो उस जीवन की सामूहिक श्वास और प्रश्वास को बायोसिग्नेचर के रूप में पता लगाया जा सकता है।

जेपीएल में नासा के एक्सोप्लैनेट अन्वेषण कार्यक्रम के मुख्य प्रौद्योगिकीविद् निक सीगलर ने कहा, "हमारा अनुमान है कि अकेले हमारी आकाशगंगा के रहने योग्य क्षेत्र में पृथ्वी के आकार के अरबों ग्रह हैं।" "रहने योग्य क्षेत्र किसी तारे के आसपास का क्षेत्र है जहां तापमान तरल पानी के लिए उपयुक्त होता है।" विकास के क्षेत्र. हम इन एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल की जांच करना चाहते हैं, ऑक्सीजन, मीथेन, जल वाष्प और अन्य रसायनों की तलाश कर रहे हैं जो जीवन की उपस्थिति का संकेत दे सकते हैं। छोटे हरे मनुष्यों की तलाश करने के बजाय, हम इन प्रमुख रसायनों के वर्णक्रमीय हस्ताक्षर देखना चाहते हैं, जिन्हें हम बायोसिग्नेचर कहते हैं।"

सीगलर के अनुसार, नासा ने एचडब्ल्यूओ अवधारणा के कोरोनोग्राफ मार्ग पर ध्यान केंद्रित करने का निर्णय लिया है, जो नासा के नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप में हाल के निवेश पर आधारित है, जो गैस विशाल एक्सोप्लैनेट की छवि के लिए उन्नत कोरोनोग्राफ का उपयोग करेगा। (कैलटेक का आईपीएसी रोमन साइंस सपोर्ट सेंटर का घर है)। आज, कोरोनोग्राफ का उपयोग कई अन्य दूरबीनों पर किया जाता है, जिनमें परिक्रमा करने वाली JWST, हबल और जमीन-आधारित वेधशालाएँ शामिल हैं।

एमआईटी की सारा सीगर ने कैल्टेक संगोष्ठी में "एक रहने योग्य विश्व वेधशाला के लिए स्टारलाईट दमन" शीर्षक पर एक भाषण दिया। स्रोत: कैलटेक

नवाचार और भविष्य की संभावनाएँ

मैविट ने कोरोनोग्राफ विकसित किया, जो डब्ल्यू.एम. में उपयोग किया जाने वाला एक उपकरण है। हवाई के बड़े द्वीप पर मौना केआ के ऊपर केक वेधशाला। कोरोनोग्राफ का नवीनतम संस्करण, जिसे भंवर कोरोनोग्राफ के रूप में जाना जाता है, का आविष्कार माविट द्वारा किया गया था और इसे केक प्लैनेटरी इमेजिंग एंड कैरेक्टराइजेशन इंस्ट्रूमेंट (केपीआईसी) में रखा गया था, जो शोधकर्ताओं को युवा और गर्म गैस विशाल एक्सोप्लैनेट के थर्मल विकिरण की सीधे छवि और अध्ययन करने की अनुमति देता है। एक कोरोनोग्राफ तारे की रोशनी को रद्द कर देता है, जिससे वह उन ग्रहों की तस्वीरें ले सकता है जो तारे की तुलना में लाखों गुना मंद हैं। यह शोधकर्ताओं को युवा गैस विशाल एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल, कक्षाओं और घूर्णी विशेषताओं का विस्तार से वर्णन करने की अनुमति देता है, जिससे अन्य सौर प्रणालियों के गठन और विकास के बारे में सवालों के जवाब देने में मदद मिलती है।

लेकिन सीधे तौर पर एक जुड़वां पृथ्वी ग्रह की कल्पना करना - वह ग्रह जहां जीवन, जैसा कि हम जानते हैं, पनपने की सबसे अधिक संभावना है - के लिए मौजूदा तकनीक में बड़े पैमाने पर सुधार की आवश्यकता होगी। रहने योग्य क्षेत्र में सूर्य जैसे तारों की परिक्रमा करने वाले पृथ्वी जैसे ग्रह तारे की चमक से आसानी से छिप जाते हैं। उदाहरण के लिए, हमारा सूर्य पृथ्वी से 10 अरब गुना अधिक शक्तिशाली है। कोरोनोग्राफ में स्टारलाईट दमन के इस स्तर को प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं को अपनी तकनीक को चरम सीमा तक ले जाना पड़ा। मार्विट ने कहा, "जैसे-जैसे हम स्टारलाइट दमन के आवश्यक स्तर के करीब पहुंचते हैं, चुनौती तेजी से बढ़ती है।"

नासा के एक्सोप्लैनेट अन्वेषण कार्यक्रम के तकनीकी प्रबंधक डॉ. निक सीगलर के स्पष्टीकरण के माध्यम से, उन्होंने कोरोनोग्राफ के कार्य सिद्धांत के बारे में विस्तार से बताया और यह कैसे सीधे एक्सोप्लैनेट की छवि बनाने में मदद कर सकता है। स्रोत: नासा

कैलटेक कार्यशाला में उपस्थित लोगों ने कोरोनोग्राफ तकनीक पर चर्चा की, जिसमें उपकरण के अंदर अल्ट्रा-सटीक विकृत लेंस के साथ प्रकाश तरंगों को नियंत्रित करना शामिल है (ऊपर वीडियो देखें)। यद्यपि कोरोनोग्राफ किसी तारे के अधिकांश प्रकाश को अवरुद्ध कर देता है, फिर भी आवारा प्रकाश धब्बे के रूप में दिखाई देते हुए, अंतिम छवि में अपना रास्ता बना लेता है। विकृत दर्पण की परावर्तक सतह को धकेलने और खींचने के लिए हजारों पुश रॉड्स का उपयोग करके, शोधकर्ता अवशिष्ट तारा प्रकाश के धब्बों को खत्म करने में सक्षम थे।

आगामी नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप इस प्रकार के कोरोनोग्राफ का उपयोग करने वाला पहला होगा, जिसे "सक्रिय" प्रकार कहा जाता है क्योंकि इसके दर्पण सक्रिय रूप से विकृत होते हैं। जेपीएल में अधिक परीक्षण के बाद, रोमन कोरोनोग्राफ को अंततः नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में अंतिम दूरबीन में एकीकृत किया जाएगा और 2027 से पहले अंतरिक्ष में लॉन्च किया जाएगा। रोमन कोरोनोग्राफ खगोलविदों को एक्सोप्लैनेट की छवियां लेने की अनुमति देगा जो उनके सितारों की तुलना में एक अरब गुना मंद हैं। इसमें परिपक्व और युवा गैस दिग्गजों के साथ-साथ ग्रह निर्माण से बचे मलबे की डिस्क भी शामिल हैं।

जेपीएल के रोमन कोरोनोग्राफ तकनीकी विशेषज्ञ वैनेसा बेली ने कहा: "रोमन कोरोनोग्राफ सौर मंडल के बाहर जीवन की खोज में नासा का अगला कदम है। आज की दूरबीनों और रहने योग्य विश्व वेधशालाओं के बीच प्रदर्शन अंतर इतना बड़ा है कि इसे एक बार में पूरा नहीं किया जा सकता है। रोमन कोरोनॉग्राफ का उद्देश्य बीच में एक कदम उठाना है। यह कोरोनोग्राफ मास्क और विकृत दर्पण सहित कई आवश्यक प्रौद्योगिकियों को प्रदर्शन के स्तर पर प्रदर्शित करेगा जो प्रयोगशाला के बाहर कभी हासिल नहीं किया गया है।"

सूर्य जैसे तारे के चारों ओर पृथ्वी के जुड़वां तारे की सीधे छवि बनाने का लक्ष्य रोमन के कोरोनोग्राफ के पीछे की तकनीक को और भी आगे बढ़ाना है। मार्विट बताते हैं, "हमें दर्पणों को पिकोमीटर स्तर तक विकृत करने में सक्षम होने की आवश्यकता है।" "हमें रोमन कोरोनोग्राफ की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक स्टारलाइट को दबाने की जरूरत है। यह कार्यशाला हमें यह पता लगाने में मार्गदर्शन करने में मदद करती है कि हमारी प्रौद्योगिकी कमियां कहां हैं और हमें अगले दशक में कहां अधिक विकास की आवश्यकता है।"

कार्यशाला में चर्चा किए गए अन्य विषयों में कोरोनोग्राफ के साथ उपयोग के लिए सर्वोत्तम प्राथमिक दर्पण प्रकार, दर्पण कोटिंग्स, माइक्रोमीटरोइड्स से दर्पणों को होने वाले नुकसान से निपटना, विकृत दर्पण प्रौद्योगिकी, और एकीकृत मॉडलिंग और डिजाइन के लिए डिटेक्टर और उन्नत उपकरण शामिल थे। इंजीनियरों ने स्टार शील्ड और इसकी तकनीकी तैयारी स्थिति पर भी अपडेट प्रदान किया।

पृथ्वी के जुड़वां बच्चों के लिए सड़क की खोज

साथ ही, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ रही है, अन्य वैज्ञानिक भी अपना ध्यान सितारों की ओर केंद्रित कर रहे हैं, पृथ्वी जैसे ग्रहों की तलाश कर रहे हैं जिनकी एचडब्ल्यूओ छवि ले सके। आज तक, 5,500 से अधिक एक्सोप्लैनेट की खोज की जा चुकी है, लेकिन उनमें से कोई भी वास्तव में पृथ्वी जैसा ग्रह नहीं है। कैल्टेक के नेतृत्व वाले केक वेधशाला में नए केक प्लैनेट प्रोब (केपीएफ) जैसे ग्रह-शिकार उपकरण, तारों की परिक्रमा करते समय उनके द्वारा लगाए जाने वाले खिंचाव को देखकर ग्रहों की खोज करने में पहले से ही बेहतर हैं। भारी ग्रह अधिक खिंचाव पैदा करते हैं, जैसे ग्रह अपने तारे के करीब होते हैं। केपीएफ को छोटे लाल सितारों के रहने योग्य क्षेत्रों में पृथ्वी के आकार के ग्रहों को खोजने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो अपने सितारों के करीब हैं। अगले कुछ वर्षों में, केपीएफ में सुधार जारी रहेगा और पृथ्वी के जुड़वां बच्चों का पता लगाने में सक्षम हो सकता है।

1930 के दशक के अंत या 1940 के दशक की शुरुआत में जब एचडब्ल्यूओ लॉन्च हुआ, तब तक वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उनके पास तलाशने के लिए कम से कम 25 पृथ्वी जैसे ग्रहों की एक सूची होगी।

आगे की लंबी राह के बावजूद, संगोष्ठी में वैज्ञानिक देश भर से पासाडेना की यात्रा करने वाले सहयोगियों के साथ इन चुनौतियों पर चर्चा करने के लिए उत्सुक थे। जेपीएल निदेशक लॉरी लेशिन (एम.ए. '89, पीएच.डी. '95) ने बैठक की शुरुआत में एक प्रेरक भाषण दिया। उन्होंने कहा, "यह एक रोमांचक और कठिन चुनौती है। लेकिन हम इसी बारे में बात कर रहे हैं। हम इससे अकेले नहीं लड़ रहे हैं। हमें साथ मिलकर काम करने की जरूरत है।"