अंतरिक्ष-आधारित दूरबीनों से ली गई छवियों की तुलना में जमीन-आधारित दूरबीनों से गहरे अंतरिक्ष की बहुत उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां प्राप्त करने में “स्टारगेजिंग” की भौतिकी एक प्रमुख सीमा है। एक टिप्पणीकार के अनुसार, एज़ो ऑप्टिक्सवायुमंडलीय अशांति लगातार आने वाली रोशनी को मोड़ती है, जिससे तारे टिमटिमाते हैं और दूरबीन को जमीन से पूर्ण ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने से रोकता है।
इस समस्या को हल करने के लिए खगोलविदों ने अनुकूली प्रकाशिकी विकसित की। यह दूरबीन को वास्तविक समय में वायुमंडलीय विकृतियों को ठीक करने की अनुमति देता है। जैसा कि इसमें बताया गया है यूरोपीय दक्षिणी वेधशालाअनुकूली ऑप्टिकल प्रणाली दूरबीन के अंदर का लचीला दर्पण लगातार प्रति सेकंड हजारों बार बदलता है, वायुमंडलीय विकृतियों का प्रतिकार करने के लिए अपनी सतह को समायोजित करता है।
रात में ऊँचे रेगिस्तानी पहाड़ पर विशाल ज़मीनी वेधशाला दूरबीन का दृश्य
हालाँकि, अनुकूली प्रकाशिकी प्रणालियों को आकाश में एक उज्ज्वल संदर्भ बिंदु की आवश्यकता होती है जिसे गाइड स्टार कहा जाता है ताकि यह मापा जा सके कि आने वाली रोशनी कैसे विकृत होती है।
प्राकृतिक मार्गदर्शक सितारा समस्या
परंपरागत रूप से, खगोलविद प्राकृतिक मार्गदर्शक सितारों, जिन वस्तुओं का वे अवलोकन कर रहे थे, उनके पास चमकीले सितारों का उपयोग करते थे। ये तारे एक संदर्भ संकेत प्रदान करते हैं जो दूरबीन को यह निर्धारित करने में मदद करता है कि वायुमंडल द्वारा प्रकाश को कैसे बदला गया है और इसे ठीक करने के लिए दर्पणों को कैसे समायोजित करने की आवश्यकता है।
कठिनाई यह है कि चमकीले तारे आकाश में समान रूप से वितरित नहीं होते हैं। ब्रह्मांड के कई क्षेत्रों में जहां खगोलशास्त्री अध्ययन करना चाहते हैं, वहां मार्गदर्शक के रूप में कार्य करने के लिए आस-पास कोई उपयुक्त तारे नहीं हैं। परिणामस्वरूप, आकाश का बड़ा भाग उच्च-रिज़ॉल्यूशन अनुकूली प्रकाशिकी अवलोकनों के लिए दुर्गम रहता है।
पीएचडी शोध संग्रहित हार्वर्ड एस्ट्रोफिजिकल डेटा सिस्टम हम समझाते हैं कि चमकीले तारों का असमान वितरण उन लक्ष्यों की संख्या को गंभीर रूप से सीमित कर देता है जो अनुकूली प्रकाशिकी सुधारों से लाभान्वित हो सकते हैं। इस सीमा को पार करने के लिए, खगोलविदों ने एक चतुर समाधान तैयार किया जो शुरू में वैज्ञानिक समुदाय के भीतर भी असामान्य लगा। किसी प्राकृतिक तारे के सही स्थान पर प्रकट होने की प्रतीक्षा करने के बजाय, उन्होंने स्वयं तारे बनाना शुरू कर दिया।
वैज्ञानिक कृत्रिम तारे कैसे बनाते हैं?
कृत्रिम मार्गदर्शक तारे शक्तिशाली लेज़रों का उपयोग करके बनाए जाते हैं जो पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल में चमकते हैं। ये किरणें चमकीले धब्बे उत्पन्न करती हैं जिन्हें दूरबीन अनुकूली प्रकाशिकी सुधार के लिए संदर्भ स्रोत के रूप में उपयोग कर सकते हैं।
सबसे आम प्रकार को सोडियम लेजर गाइड स्टार के रूप में जाना जाता है। के अनुसार आरपी फोटोनिक्सयह विधि पृथ्वी से लगभग 90 किलोमीटर ऊपर मेसोस्फीयर में सोडियम परमाणुओं की एक पतली परत को लक्षित करती है।
लेजर को 589.2 नैनोमीटर की एक बहुत ही विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर ट्यून किया गया है, जो उस आवृत्ति से मेल खाती है जिस पर सोडियम परमाणु प्रकाश को अवशोषित और पुन: उत्सर्जित करते हैं। जब किरण इस वायुमंडलीय सोडियम परत से टकराती है, तो परमाणु संक्षेप में प्रतिदीप्ति के साथ चमकते हैं, जिससे छोटे चमकीले धब्बे बनते हैं जो दूरबीनों को धुंधले तारों की तरह दिखते हैं।
से अनुसंधान लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला यह कृत्रिम प्रकाश बिंदु एक स्थिर संदर्भ स्रोत के रूप में कार्य करेगा, जिससे दूरबीन को उच्च परिशुद्धता के साथ वायुमंडलीय विकृतियों को मापने और वास्तविक समय में उनके लिए सही करने की अनुमति मिलेगी।
एक अन्य विधि, जिसे रेले गाइड स्टार कहा जाता है, थोड़ा अलग तरीके से काम करती है। इस दृष्टिकोण में, लेजर प्रकाश जमीन से 10 से 30 किलोमीटर की ऊंचाई पर हवा के अणुओं से बिखरा हुआ है, जिससे एक अस्थायी संदर्भ बीकन बनता है जिसकी ऊंचाई को लौटने वाले प्रकाश संकेत के समय से नियंत्रित किया जा सकता है।
अनुकूली प्रकाशिकी आकाश को कैसे सही करती है?
एक बार जब कृत्रिम मार्गदर्शक तारा बन जाता है, तो दूरबीन की अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली तुरंत उपकरण तक पहुंचने वाले प्रकाश में विकृतियों का विश्लेषण करना शुरू कर देती है। वेवफ्रंट सेंसर मापते हैं कि किसी कृत्रिम तारे से प्रकाश उसके वायुमंडल से गुजरते समय कैसे विकृत होता है।
फिर सूचना दूरबीन के अंदर रखे एक विकृत दर्पण पर प्रेषित की जाती है। दर्पण सैकड़ों, कभी-कभी हजारों, छोटे एक्चुएटर्स से सुसज्जित होता है जो दर्पण की सतह को बड़ी सटीकता के साथ अपना आकार बदलने के लिए धक्का और खींचते हैं।
वायुमंडलीय विकृतियों का प्रतिकार करने के लिए दर्पणों को लगातार समायोजित करके, दूरबीन आने वाली प्रकाश तरंगों को प्रभावी ढंग से उनके मूल आकार में पुनर्स्थापित करती है। परिणाम ऐसी छवियां हैं जो दूरबीन को कक्षा में लॉन्च करने की लागत के एक अंश पर अंतरिक्ष से अवलोकनों की स्पष्टता तक पहुंचती हैं।
जहां वर्तमान में लेजर गाइड स्टार्स का उपयोग किया जाता है
लेजर गाइड स्टार सिस्टम अब दुनिया की कई बड़ी वेधशालाओं में मानक तकनीक है। चिली में यूरोपीय दक्षिणी वेधशाला का बहुत बड़ा टेलीस्कोप एक प्रणाली संचालित करता है जिसे फोर लेजर गाइड स्टार सुविधा के रूप में जाना जाता है। सिस्टम संदर्भ सितारों का एक कृत्रिम तारामंडल बनाने के लिए आकाश में चार शक्तिशाली सोडियम लेज़रों को फायर करता है जो दृश्य के व्यापक क्षेत्र में छवि सुधार में सुधार करता है।
भविष्य की वेधशालाएँ इस तकनीक पर और भी अधिक निर्भर होंगी। अगली पीढ़ी के टेलीस्कोप, जैसे कि वेरी लार्ज टेलीस्कोप, कई दसियों मीटर व्यास वाले दर्पणों से सुसज्जित होंगे। इसका मतलब यह है कि वातावरण में छोटी-छोटी विकृतियाँ भी छवि गुणवत्ता पर नाटकीय प्रभाव डाल सकती हैं, जब तक कि अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली असाधारण सटीकता के साथ संचालित न हो।
प्रौद्योगिकी का समर्थन करने वाले शोधकर्ता
लेजर गाइड स्टार विकास में प्रमुख अग्रदूतों में से एक खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी के प्रोफेसर क्लेयर मैक्स हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालयसांताक्रूज। मैक्स ने प्रारंभिक प्रयोगों का नेतृत्व करने में मदद की, जिसमें यह पता लगाया गया कि क्या शक्तिशाली लेजर कृत्रिम संदर्भ तारे बनाने के लिए वायुमंडल की सोडियम परत के साथ बातचीत कर सकते हैं।
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सांता क्रूज़ के जर्नल में प्रकाशित एक फीचर में, मैक्स ने अपने खगोलीय शोध के पीछे की व्यापक प्रेरणा पर विचार करते हुए कहा, “हम अपने दैनिक जीवन, अपनी समस्याओं और अपनी खुशियों में खो जाते हैं… और मेरे लिए, सितारों को देखना और यह जानना कि वे बहुत दूर हैं और ब्रह्मांड इतना बड़ा है, आपको एक व्यापक परिप्रेक्ष्य देता है।”
मैक्स ने यह भी याद किया कि जब शोधकर्ताओं ने पहली बार इसे प्रस्तावित किया था तो आकाश में लेज़रों को फायर करके मार्गदर्शक तारे बनाने का मूल विचार लगभग “अजीब” लग रहा था, लेकिन लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के अनुसार, अपरंपरागत प्रयोग अंततः आधुनिक खगोल विज्ञान में एक मुख्य उपकरण बन गया।
कृत्रिम तारे खगोल विज्ञान के लिए क्यों महत्वपूर्ण हैं?
कृत्रिम मार्गदर्शक तारों ने सतह-आधारित दूरबीनों के प्रदर्शन में क्रांति ला दी है, जिससे खगोलविदों को दूर के ग्रहों, आकाशगंगाओं के केंद्रों और ब्लैक होल के परिवेश को पहले की तुलना में अधिक स्पष्ट रूप से देखने की अनुमति मिली है।
पृथ्वी के वायुमंडल में विकृतियों को ठीक करने की क्षमता के साथ, लेजर गाइड स्टार तकनीक दूरबीनों को रात के आकाश की अंतरिक्ष से ली गई तस्वीरों की तरह स्पष्ट तस्वीरें लेने की अनुमति देगी। इस तकनीक ने रात के आकाश के उस दायरे का काफी विस्तार किया है जिसका अध्ययन किया जा सकता है।
वास्तव में, यह तकनीक भौतिकी, इंजीनियरिंग और खगोल विज्ञान के बीच एक अंतर्निहित गठबंधन का प्रतिनिधित्व करती है। रात के आकाश में अपने तारों को अस्थायी रूप से रखकर, खगोलविदों ने पृथ्वी की सबसे पुरानी बाधाओं में से एक को पार कर लिया है और दूर के ब्रह्मांड पर ध्यान केंद्रित किया है।