मंगलयान – भाग २

मॅव्हेन किंवा मेव्हन हे अमेरिकेच्या नासाच्या यानानेही १९ नोव्हेबर २०१३ रोजी जमीनीवरून उड्डाण करून मंगळाच्या दिशेने प्रवासाल सुरू केला. भारताच्या मंगलयानाप्रमाणेच ते सुद्धा पहिले काही दिवस पृथ्वीप्रदक्षिणा करत राहील आणि त्यानंतर योग्य वेळी मंगळाच्या दिशेने कूच करेल. या दोन्ही यानांची ही अंतराळातली सफर कोणत्या मार्गाने आणि कशी होणार आहे हे पाहण्यापूर्वी काही मूलभूत शास्त्रीय मुद्द्यांची उजळणी करायला हवी.

आपण जेंव्हा जमीनीवरून चालत असतो तेंव्हा प्रत्येक पाऊल पुढे टाकतांना आपण हलकेच जमीनीला मागे ढकलत असतो आणि त्याच्या प्रतिक्रियेमुळे जमीन आपल्याला पुढे ढकलते यामुळे आपण पुढे जातो. बुळबुळीत शेवाळे किंवा अतीशय गुळगुळीत अशा बर्फाच्या थराला आपण पायाने मागे ढकलल्यास आपला पायच त्यावर घसरतो त्यामुळे आपण त्या वेळी जमीनीला मागे ढकलू शकत नाही आणि त्यामुळे आपण पुढेही जात नाही. एकादी उडी मारतांना आपण जमीनीला पायाने एक जोराचा झटका देतो आणि त्याची जमीनीकडून जी प्रतिक्रिया होते तिच्या जोरामुळे (फोर्समुळे) आपण वर फेकले जातो. पण गुरुत्वाकर्षणाने जमीन आपल्याला सतत तिच्याकडे ओढत असतेच, त्यामुळे थोडे वर गेल्यानंतर आपण पुन्हा खाली येतो. दलदलीत किंवा रेतीच्या ढिगावर उभे राहून उडी मारायचा प्रयत्न केला तर पायाखालचा चिखल किंवा रेती बाजूला सरकल्याने जमीनीकडून प्रतिक्रिया मिळत नाही. यामुळे आपण वर उचलले न जाता जास्तच खोल रुतत जातो. पाण्यातून जाणारे जहाजसुद्धा पाण्याला मागे सारूनच पुढे जात असते आणि सगळे पक्षी त्यांच्या पंखांनी हवेला खाली किंवा मागे ढकलून हवेत उडत असतात. स्प्रिंगबोर्डवरून पाण्यात सूर मारणारे किंवा बंगी जंपिंग करणारे खेळाडू उडी मारून झाल्यावर काही क्षण हवेत असतात, त्या काळात ते कोलांट्या मारतात, गिरक्या घेतात, अनेक प्रकारे हातपाय हलवतात, पण खाली पडत असतांना ते मध्येच थांबू शकत नाहीत, किंवा हवेत असतांनाच उसळी मारून पुन्हा उडी मारून वरच्या दिशेने जाऊ शकत नाहीत. गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वीकडे खाली येण्याची त्यांची ट्रॅजेक्टरी जशीच्या तशीच राहते. थोडक्यात सांगायचे झाल्यास पुढे जाण्यासाठी दुस-या कशाला तरी मागे ढकलणे (किंवा ओढणे) आवश्यक असते तसेच वरची पातळी गाठण्यासाठी कशाला तरी खाली ढकलणे (किंवा खेचणे) आवश्यक असते. याच्या उलट असेही दिसेल की बुळबुळीत शेवाळे किंवा अतीशय गुळगुळीत बर्फाच्या थरावर आपण घसरत असलो तर ती घसरणूक थांबवण्यासाठी देखील आपल्याला कशाचा तरी भक्कम आधार घ्यावा लागतो. फक्त आपल्या शरीराच्या हालचालींमधून त्याचे घसरणे थांबवता येत नाही. त्यासाठी बाह्य कारणाची गरज असते.

अवकाशाच्या निर्वात पोकळीत (स्पेसमध्ये) जमीन, पाणी, हवा वगैरे काहीही नसते. कशालाही ढकलून त्याच्यापासून दूर (किंवा ओढून त्याच्या जवळ) जाण्याची सोय तिथे नसते. अंतराळातल्या प्रयोगशाळेतला (स्पेसलॅबमधला) एकादा अॅस्ट्रोनॉट त्यामधून स्पेसवॉक करण्यासाठी बाहेर निघाला तर त्या लॅबला ढकलून तो तिच्यापासून दूर जाऊ शकतो, पण त्याने तसे केले तर त्या रिकाम्या जागेत त्याला अडवणारा कसलाच अडथळा नसल्यामुळे तो दूर दूरच जात राहील. त्याने कितीही हातपाय हलवले किंवा झटकले तरी तो दूर जाण्याची दिशा बदलून मागे परत येऊ शकणार नाही. पण असे होऊ नये यासाठी एका मजबूत साखळीद्वारे त्याला त्या लॅबशी जोडून ठेवलेले असते, तो फक्त एक सेफ्टी बेल्ट नसतो, त्या अॅस्ट्रोनॉटला सुखरूप परत येऊ शकण्यासाठी ही सोय करावीच लागते. त्या साखळीमुळे एक तर तो यानापासून जास्त दूरवर भटकत जाणार नाही आणि दुसरे म्हणजे तिला धरूनच तो हळूहळू परत येऊ शकतो.

अवकाशाच्या निर्वात पोकळीत इतर काही नसले तरी निरनिराळ्या ग्रह आणि ता-यांचे गुरुत्वाकर्षण कार्यरत असते. जमीनीवरून आकाशात उडवलेला अग्निबाण (रॉकेट) किंवा उपग्रह (सॅटेलाईट) पृथ्वीच्या जवळ असतांना पृथ्वीचे आकर्षण त्या उपग्रहाला खेचून घेत असते त्यामुळे तो पृथ्वीभोवती फिरत असतो आणि चंद्राच्या जवळ गेल्यानंतर चंद्राचे आकर्षण जास्त प्रभावी झाल्यामुळे तो उपग्रह चंद्राभोवती फिरू लागतो. त्यावेळी सुद्धा त्याच्यावर पृथ्वीचे आकर्षण काम करतच असते आणि त्याच्या प्रभावाखाली तो उपग्रहसुद्धा चंद्राच्या सोबतीने पृथ्वीभोवती देखील फिरत राहतो. या शिवाय ते सगळेच जण सूर्याच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली असल्यामुळे वर्षातून एकदा ते सगळे मिळून सूर्यालाही एक प्रदक्षिणा घालत असतात. पण या आकर्षणामुळे ते सतत खेचले जात असतात तर एकमेकांवर जाऊन आपटत का नाहीत? असा प्रश्न पडणे साहजीक आहे.

जर सफरचंदाचे फळ झाडावरून सुटल्यावर पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे खाली पडत असेल तर त्या पृथ्वीने चंद्रालाही आपल्याकडे आकर्षित करायला पाहिजे आणि तसे असेल तर तो सुद्धा जमीनीवर येऊन कोसळत का नाही? हा प्रश्न सर आयझॅक न्यूटनलाही पडला होता आणि यावर सखोल विचार करतांनाच त्याला गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमांचे आकलन झाले होते. ते कसे ते थोडक्यात पाहू. पौर्णिमेचा पूर्ण चंद्रगोल आपल्याला स्पष्ट दिसतो. त्याच्यावर नेम धरून आपण एक दगड आकाशात भिरकावला तर तो आपल्या समोरच खाली येऊन पडतांना दिसेल, चंद्रावर नेम धरून एक मोठी तोफ डागली तर तिचा गोळा बराच दूर, बहुधा नजरेच्या टप्प्याच्या पलीकडे कुठे तरी जाऊन पडेल आणि आयसीबीएमसारखे एकादे मोठे रॉकेट उडवले तर ते सुद्धा काही हजार किलोमीटर अंतरावर गेल्यानंतर, पण खाली जमीनीवरच येऊन पडेल. यातल्या प्रत्येक वस्तूला गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वी स्वतःकडे खेचतच असते. त्यामुळे त्या वस्तूचा वरच्या दिशेने म्हणजे पृथ्वीपासून दूर जाण्याचा वेग कमी कमी होत जातो आणि तो शून्यापर्यंत पोचल्यानंतर ती वस्तू आणखी वर न जाता खाली यायला लागते. सुरुवातीचा वेग जितका जास्त असेल तितका जास्त वेळ त्या वस्तूला वर जाऊन खाली यायला लागेल. पण त्या वस्तूला मिळालेला जमीनीला समांतर जाण्याचा वेग कायम असल्यामुळे तेवढ्या वेळात ती वस्तू दूर दूर जाऊन खाली पडते. पण ती खाली येईपर्यंत पृथ्वीच्या गोलाच्याही पार जाईल इतक्या जास्त वेगाने ती सुरुवातीलाच भिरकावली गेली तर मात्र ती वस्तू पृथ्वीच्या भोवती फिरत राहील हे गणिताने सिद्ध करता येते असे न्यूटनने दाखवून दिले. चंद्रमा पृथ्वीवरून बाहेर भिरकावला गेला नसला तरी तो त्याच्या वेगाने आकाशात भ्रमण करत असतांना पृथ्वीच्या भोवती कसा फिरू लागतो हे खाली दिलेल्या चित्रावरून दिसते.

mangalyan 3 Gravity Newton
चित्रात दाखवलेल्या आकृतीमधला चंद्र एकाद्या क्षणी १ या जागी असला तर तो आडव्या सरळ रेषेत जाऊन एका सेकंदापर्यंत २ या जागी पोचेल, पण पृथ्वीने त्याला स्वतःकडे खेचल्यामुळे तो प्रत्यक्षात ३ या जागी जातो. तसेच त्या क्षणी तो बाणाने दर्शवलेल्या वाकड्या दिशेने पुढे जाऊ लागतो. अशाच प्रकारे दिशा बदलत जात तो पृथ्वीसभोवती फिरत राहतो. अखेरच्या चित्रात दाखवलेला उपग्रह जास्त वेगाने पुढे जात त्या चित्रातल्या २ या ठिकाणी जाऊ पाहतो, पण पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे ३ या जागी येतो. पण या चित्रातली ३ ही जागा पृथ्वीच्या मध्यापासून १ च्या मानाने दूर आहे. अशा प्रकारे पुढे जात जात तो उपग्रह लंबगोलाकृती कक्षेत फिरत राहतो. हा उपग्रह १ पासून ३ वर जातांना पृथ्वीपासून दूर जातो, म्हणजे चढणीच्या मार्गावर असल्यामुळे त्याची गति कमी कमी होत जाते. काही काळानंतर तो उपग्रह पृथ्वीच्या जवळ येऊ लागतो आणि उताराला लागल्याप्रमाणे त्याचा वेग वाढत जातो. अशा प्रकारे लंबवर्तुळाकार कक्षेत फिरणा-या ग्रहांचा आणि उपग्रहांचा वेग कमी जास्त होत असतो. या उपग्रहाचा वेग वाढवला तर त्याची कक्षा जास्त लंबवर्तुळाकार होईल हे या चित्रावरून स्पष्ट होते. कृत्रिम उपग्रहांना ते फिरत असतांनाच रॉकेट इंजिनांद्वारे जास्त ऊर्जा दिली की त्यांची कक्षा मोठी होते. मुद्दा समजण्यासाठी ही चित्रे अशा प्रकारे काढली आहेत. यातली अंतरे स्केलनुसार नाहीत.

पृथ्वीवरून भिरकावल्या गेलेल्या वस्तूचा सुरुवातीचाच वेग वाढवत जाऊन दर सेकंदाला ११.२ किलोमीटर इतका म्हणजे पृथ्वीच्या जमीनीवरल्या एस्केप व्हेलॉसिटीपर्यंत नेला तर मात्र ती वस्तू पृथ्वीपासून दूर दूरच जात राहील आणि ती कधीच परत येणार नाही असा निष्कर्ष गणितामधून काढता येतो, पण प्रत्यक्षात असे करण्यात काही महत्वाचे अडथळे आहेत. इतका मोठा वेग कसा निर्माण करायचा हा तर मुख्य प्रश्न आहेच, गुरुत्वाकर्षणाने तिचा वेग कमी होत असतो, त्याच्या बरोबर हवेचा विरोधही त्या वस्तूच्या उड्डाणाला अडथळा आणत असतो. पृथ्वीवरील वातावरणाबरोबर होणा-या घर्षणामुळे तिचा वेग कमी होत जातो. जितका वेग जास्त तितकेच हे घर्षणही जास्त असते, त्यामुळेही सुरुवातीला तो वेग भराभर कमी होत जातो. शिवाय हवेबरोबर होत असलेल्या घर्षणात खूप मोठ्या प्रमाणात ऊष्णता निर्माण होते आणि त्यात ती वस्तू जळून खाक होण्याची किंवा वितळून जाण्याची शक्यता असते. या सगळ्या कारणांमुळे अशा प्रकारे आकाशात दिसत असलेल्या चंद्राला पाहून त्या दिशेने खूप जास्त वेगाने निघून पृथ्वीपासून दूर जात थेट चंद्रापर्यंत पोचणे निदान सध्या तरी शक्य होणार नाही.  मंगळ ग्रह तर चंद्रापेक्षासुद्धा खूप दूर असतो.

.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  (क्रमशः)

One Response

  1. मनोरंजक आणि शाळेतील मुलांना शिकवण्यासाठीही उपयुक्त.

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: