दीर्घिका, प्रकाशवर्ष आणि दुर्बिणी
रात्री आकाशात ठिपक्यांसारखे तारे दिसतात, पण त्यामागे अब्जावधी ताऱ्यांचे अफाट विश्व आहे हे आपण दुर्बिणीमुळे जाणतो.
अब्जावधी तारे, त्यांच्या ग्रहमाला आणि ताऱ्यांमधील वायूचे ढग यांच्या समूहाला दीर्घिका (galaxy) म्हणतात. आपल्या दीर्घिकेचे नाव आकाशगंगा (Milky Way, मंदाकिनी) असून ती सर्पिल आकाराची आहे. प्रकाश एका वर्षात जेवढे अंतर कापतो त्याला प्रकाशवर्ष (light year) म्हणतात; ते सुमारे 9.5 × 10¹² km असते.
नियम 1 : दीर्घिकेचे प्रकार — आकारावरून दीर्घिकांचे तीन प्रकार : सर्पिल, विवृत्ताकार (लंबगोल) आणि अनियमित.
- सोपे : आपली आकाशगंगा सर्पिल आहे.
- मध्यम : ज्या दीर्घिकेला ठराविक आकार नाही ती अनियमित.
- परीक्षेसाठी : आकाशगंगेचा आकार मध्यभागी फुगवटा असलेल्या तबकडीसारखा आहे; सूर्यमाला तिच्या केंद्रापासून दूर एका बाजूला आहे.
नियम 2 : प्रकाशवर्ष मोजू — प्रकाशाचा वेग सुमारे 3,00,000 km/s आहे. एका वर्षातील सेकंद × वेग = प्रकाशवर्ष. ते अंतराचे एकक आहे, वेळेचे नाही.
- सोपे : सूर्यप्रकाश पृथ्वीवर सुमारे 8 मिनिटांत पोहोचतो.
- मध्यम : चंद्राचा प्रकाश सुमारे 1 सेकंदात पोहोचतो; म्हणजे चंद्र जवळ आहे.
- परीक्षेसाठी : आल्फा सेंटॉरी हा सर्वात जवळचा तारा 4.2 प्रकाशवर्षे दूर आहे; आज दिसणारा त्याचा प्रकाश 4.2 वर्षांपूर्वी निघालेला असतो.
नियम 3 : दुर्बिणी का? — उघड्या डोळ्यांना फक्त काही हजार तारे दिसतात. दुर्बिणींमुळे दूरच्या वस्तूंचा अभ्यास करता येतो. उपग्रहांवरील दुर्बिणी वातावरणाच्या वरून निरीक्षण करतात, म्हणून त्यांची निरीक्षणे अधिक स्पष्ट असतात.
- सोपे : रात्री उघड्या डोळ्यांनी सुमारे 4000 तारे दिसतात.
- मध्यम : हबल दुर्बीण पृथ्वीच्या वातावरणाबाहेर कक्षेत फिरते.
- परीक्षेसाठी : वातावरणाच्या धुळीमुळे जमिनीवरच्या दुर्बिणीत प्रतिमा थोडी अस्पष्ट येते; म्हणून उपग्रहावरच्या दुर्बिणी अधिक चांगल्या.
प्रकाशवर्ष हे अंतराचे एकक आहे.
"प्रकाशवर्ष म्हणजे काळ" हे चुकीचे आहे; प्रकाशवर्ष म्हणजे अंतर.
आठवणीची युक्ती : "प्रकाशवर्ष = प्रकाशाचा प्रवास एक वर्ष" — वर्ष नाव असले तरी ते अंतर आहे.
फरक ओळखा
| दीर्घिका | आकार | उदाहरण |
|---|---|---|
| सर्पिल | वळणदार भुजांचा | आकाशगंगा |
| विवृत्ताकार | लंबगोल | काही मोठ्या दीर्घिका |
| अनियमित | ठराविक आकार नाही | काही लहान दीर्घिका |
सरावासाठी प्रश्न
- 1आपल्या दीर्घिकेचे नाव काय?
- 2प्रकाशवर्ष हे कशाचे एकक?
- 3दीर्घिकांचे तीन प्रकार कोणते?
- 4सूर्यप्रकाश आपल्यापर्यंत किती वेळात येतो?
- 5प्रकाशाचा वेग किती?
- 6उपग्रहावरील दुर्बीण का चांगली?
- 7आल्फा सेंटॉरीकडे आज पाहताना आपण काय पाहतो?
- 8"प्रकाशवर्ष = वेळ" हे चूक का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1आकाशगंगा (मंदाकिनी).
- 2अंतराचे.
- 3सर्पिल, विवृत्ताकार, अनियमित.
- 4सुमारे 8 मिनिटे.
- 5सुमारे 3,00,000 km/s.
- 6त्या वातावरणाच्या वरून निरीक्षण करतात.
- 74.2 वर्षांपूर्वी निघालेला प्रकाश.
- 8ते प्रकाशाने कापलेले अंतर आहे.
सूर्य : एक साधारण तारा
सूर्य आपल्याला इतर ताऱ्यांपेक्षा खूप मोठा दिसतो, कारण तो जवळ आहे; प्रत्यक्षात तो अनेक ताऱ्यांपेक्षा लहान आणि अनेकांपेक्षा मोठा आहे.
तारे म्हणजे तप्त वायूचे प्रचंड गोल. सूर्यात सुमारे 72 % हायड्रोजन, 26 % हेलियम आणि 2 % जड मूलद्रव्ये आहेत. ताऱ्यांचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या मानाने सांगतात; सूर्याचे वस्तुमान हे एकक मानले जाते.
नियम 1 : सूर्याची वैशिष्ट्ये — सूर्याचे वस्तुमान सुमारे 2 × 10³⁰ kg, त्रिज्या 6,95,700 km, पृष्ठभागाचे तापमान सुमारे 5800 K आणि केंद्रावरील तापमान सुमारे 1.5 × 10⁷ K आहे. त्याचे वय सुमारे 4.5 अब्ज वर्षे आहे.
- सोपे : सूर्याच्या पृष्ठभागापेक्षा केंद्र खूपच तप्त आहे.
- मध्यम : सूर्याचे वस्तुमान पृथ्वीच्या सुमारे 3.3 लाख पट आहे.
- परीक्षेसाठी : सूर्याची त्रिज्या पृथ्वीच्या सुमारे 100 पट आहे.
नियम 2 : इतर ताऱ्यांशी तुलना — इतर ताऱ्यांचे वस्तुमान सूर्याच्या सुमारे दशांश ते शंभर पट असते आणि त्रिज्या सूर्याच्या दशांश ते हजार पट असू शकते.
- सोपे : आपला सूर्य अब्जावधी ताऱ्यांपैकी एक साधारण तारा आहे.
- मध्यम : अतिराक्षसी तारा सूर्यापेक्षा खूप मोठा, श्वेत बटू खूप लहान.
- परीक्षेसाठी : एखाद्या ताऱ्याचे वस्तुमान 20 MSun असेल तर तो सूर्याच्या 20 पट वस्तुमानाचा आहे.
सूर्याचे गुणधर्म गेल्या सुमारे 4.5 अब्ज वर्षांत बदललेले नाहीत.
"सूर्य सर्वात मोठा तारा आहे" असे नाही; तो फक्त आपल्या जवळचा आहे.
आठवणीची युक्ती : "72 – 26 – 2" — हायड्रोजन, हेलियम, जड मूलद्रव्ये (टक्के).
फरक ओळखा
| गुणधर्म | सूर्याची किंमत |
|---|---|
| वस्तुमान | सुमारे 2 × 10³⁰ kg |
| पृष्ठभागाचे तापमान | सुमारे 5800 K |
| केंद्रावरील तापमान | सुमारे 1.5 × 10⁷ K |
| वय | सुमारे 4.5 अब्ज वर्षे |
सरावासाठी प्रश्न
- 1सूर्य कोणता वायू सर्वाधिक आहे?
- 2सूर्य कोणत्या प्रकारचा तारा?
- 3सूर्याचे वय किती?
- 4सूर्य मोठा का दिसतो?
- 5ताऱ्यांचे वस्तुमान कोणत्या एककात सांगतात?
- 6सूर्यात हेलियम किती टक्के?
- 7सूर्याचे गुणधर्म बदलले असते तर काय झाले असते?
- 8सूर्याला साधारण तारा का म्हणतात?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1हायड्रोजन (सुमारे 72 %).
- 2साधारण तारा.
- 3सुमारे 4.5 अब्ज वर्षे.
- 4कारण तो आपल्या सर्वात जवळ आहे.
- 5सूर्याच्या वस्तुमानाच्या पटीत.
- 6सुमारे 26 %.
- 7पृथ्वीवरील गुणधर्म आणि जीवनात बदल झाला असता.
- 8कारण अब्जावधी ताऱ्यांचे वस्तुमान, आकार, तापमान त्याच्यापेक्षा कमी-जास्त आहे.
ताऱ्याचा जन्म
ताऱ्यांमधील रिकाम्या जागेत वायू आणि धुळीचे प्रचंड ढग असतात; त्यातूनच नवे तारे जन्म घेतात.
ताऱ्यांमधील वायू-धुळीच्या ढगाला आंतरतारकीय ढग (interstellar cloud) म्हणतात. गुरुत्वाकर्षणामुळे ढग आकुंचन पावतो, त्याची घनता आणि तापमान वाढते. केंद्रात पुरेशी घनता आणि तापमान झाले की हायड्रोजनच्या केंद्रकांचे संमीलन होऊन हेलियम तयार होते आणि अणुऊर्जा निर्माण होते; वायूचा गोल स्वयंप्रकाशित होतो आणि तारा जन्मतो.
नियम 1 : ढगापासून तारा — कोणत्या तरी कारणाने ढग आकुंचन पावू लागतो. आकुंचनात गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते म्हणून तापमान वाढते.
- सोपे : आंतरतारकीय ढगाचा आकार काही प्रकाशवर्षांचा असतो.
- मध्यम : तापमान आणि घनता पुरेशी झाली की केंद्रात संमीलन सुरू होते.
- परीक्षेसाठी : संमीलनात हायड्रोजन हे इंधन असते; त्यातून हेलियम आणि ऊर्जा मिळते.
नियम 2 : एका ढगातून अनेक तारे — एका प्रचंड ढगातून हजारो तारे तयार होऊ शकतात आणि ते तारकागुच्छ म्हणून दिसतात.
- सोपे : तारकागुच्छातील बहुतेक तारे एकाच ढगातून जन्मतात.
- मध्यम : म्हणून गुच्छातील ताऱ्यांचे वय सारखेच असते.
- परीक्षेसाठी : मोठे तारे लवकर संपतात; म्हणून जुन्या गुच्छात मोठे तारे कमी दिसतात.
संमीलन सुरू झाले की तारा जन्मतो.
"ताऱ्यांमध्ये कोळशासारखे इंधन जळते" असे नाही; येथे अणुकेंद्रकांचे संमीलन होते.
आठवणीची युक्ती : "आकुंचन → तापमान वाढ → संमीलन → तारा" — जन्माचा क्रम.
फरक ओळखा
| पायरी | काय घडते |
|---|---|
| 1 | आंतरतारकीय ढग आकुंचन पावतो |
| 2 | घनता आणि तापमान वाढते |
| 3 | केंद्रात हायड्रोजनचे संमीलन सुरू होते |
| 4 | वायूचा गोल स्वयंप्रकाशित होतो — तारा |
सरावासाठी प्रश्न
- 1तारे कशातून जन्मतात?
- 2ताऱ्यांमध्ये इंधन कोणते?
- 3ढग आकुंचन पावला की तापमानाचे काय होते?
- 4संमीलनात कशापासून काय बनते?
- 5तारा स्वयंप्रकाशित केव्हा होतो?
- 6तारकागुच्छ म्हणजे काय?
- 7आकुंचनामुळे तापमान का वाढते?
- 8आंतरतारकीय ढगाचा आकार काही प्रकाशवर्षे असतो, यावरून काय समजते?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1आंतरतारकीय ढगातून.
- 2हायड्रोजन.
- 3ते वाढते.
- 4हायड्रोजन केंद्रकांपासून हेलियम.
- 5केंद्रात ऊर्जानिर्मिती सुरू झाल्यावर.
- 6एकाच ढगातून जन्मलेल्या हजारो ताऱ्यांचा समूह.
- 7गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते.
- 8ते अवाढव्य असतात; प्रकाशालाही एका टोकाकडून दुसऱ्याकडे जायला वर्षे लागतात.
ताऱ्याची स्थिरता
तप्त वायू खोलीत पसरतो तसा सूर्याचा वायू अवकाशात का पसरत नाही? उत्तर गुरुत्वाकर्षणात आहे.
गुरुत्वाकर्षण वायूला केंद्राकडे खेचते (आत), तर तप्त वायूचा दाब त्याला बाहेर ढकलतो. हे दोन्ही बल समतोल असले की तारा स्थिर (stable) राहतो. गुरुत्वाकर्षण जास्त झाले तर तारा आकुंचन पावतो, दाब जास्त झाला तर तारा फुगतो.
नियम 1 : दोरखेचीचे उदाहरण — दोरखेचीत दोन्ही बाजूंचे बल सारखे असले की दोरीचा मध्य स्थिर राहतो. ताऱ्यात गुरुत्व आणि वायूचा दाब हे दोन संघ आहेत.
- सोपे : समतोल असेल तर तारा स्थिर.
- मध्यम : गुरुत्व जास्त असेल तर तारा आकुंचन पावतो.
- परीक्षेसाठी : वायूचा दाब नसता तर सूर्य 1–2 तासांत कोसळला असता.
नियम 2 : ऊर्जा आणि स्थिरता — वायूचा दाब तापमान आणि घनतेवर अवलंबून असतो. तापमान टिकवण्यासाठी ताऱ्याच्या केंद्रात ऊर्जा बनत राहणे आवश्यक असते.
- सोपे : तापमान आणि घनता जास्त तर दाब जास्त.
- मध्यम : इंधन संपले की ऊर्जा बनणे थांबते आणि तापमान घटते.
- परीक्षेसाठी : तापमान घटले की दाब घटतो; गुरुत्व वरचढ ठरून तारा आकुंचन पावतो.
ताऱ्याची स्थिरता
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडागुरुत्वाकर्षण आत खेचते, वायूचा दाब बाहेर ढकलतो.
"तारा स्थिर म्हणजे काहीच बदलत नाही" असे नाही; तो खूप हळू बदलतो आणि दोन बल समतोल असतात.
आठवणीची युक्ती : "गु = दा → स्थिर" — आत आणि बाहेरचे बल समान.
फरक ओळखा
| स्थिती | काय होते |
|---|---|
| गुरुत्व = दाब | तारा स्थिर |
| गुरुत्व > दाब | तारा आकुंचन पावतो |
| दाब > गुरुत्व | तारा फुगतो |
सरावासाठी प्रश्न
- 1तारा स्थिर केव्हा राहतो?
- 2गुरुत्वाकर्षण कोणत्या दिशेने कार्य करते?
- 3वायूचा दाब कोणत्या दिशेने?
- 4गुरुत्व जास्त झाल्यास काय होते?
- 5वायूचा दाब कशावर अवलंबून?
- 6ताऱ्यात ऊर्जा बनत राहणे का आवश्यक?
- 7इंधन संपल्यावर ताऱ्याचे काय होते?
- 8दोरखेचीची उपमा ताऱ्याला कशी लागू होते?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1गुरुत्व आणि वायूचा दाब समतोल असताना.
- 2केंद्राकडे (आत).
- 3बाहेर, केंद्रापासून दूर.
- 4तारा आकुंचन पावतो.
- 5तापमान आणि घनता.
- 6तापमान टिकवून दाब कायम ठेवण्यासाठी.
- 7तापमान व दाब घटतात, गुरुत्व वरचढ होऊन तारा आकुंचन पावतो.
- 8समान बलांमुळे मध्य स्थिर, असमान असल्यास हलतो.
ताऱ्यांची उत्क्रांती आणि अंतिम अवस्था
आयुष्यभर ऊर्जा देणाऱ्या ताऱ्याचेही इंधन संपते; त्याचा शेवट कसा होतो हे त्याच्या वस्तुमानावर ठरते.
ताऱ्याच्या गुणधर्मांत काळानुसार होणाऱ्या बदलांना उत्क्रांती (evolution) म्हणतात. वस्तुमान जेवढे जास्त तेवढी उत्क्रांती वेगवान. आरंभीच्या वस्तुमानानुसार ताऱ्याचा अंत तीन प्रकारे होतो : श्वेत बटू (white dwarf), न्यूट्रॉन तारा (neutron star) किंवा कृष्णविवर (black hole).
नियम 1 : वस्तुमान आणि अंतिम अवस्था — 8 MSun पेक्षा कमी : श्वेत बटू. 8 ते 25 MSun : न्यूट्रॉन तारा. 25 MSun पेक्षा जास्त : कृष्णविवर.
- सोपे : सूर्याचा अंत श्वेत बटू म्हणून होईल.
- मध्यम : 15 MSun चा तारा न्यूट्रॉन तारा बनतो.
- परीक्षेसाठी : 40 MSun चा तारा अतिराक्षसी अवस्था आणि महास्फोटानंतरही आकुंचन पावत राहतो आणि कृष्णविवर बनतो.
ताऱ्यांची उत्क्रांती आणि अंतिम अवस्था
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 2 : अवस्थांचा क्रम — कमी वस्तुमानाचा तारा रक्तराक्षसी (red giant) होतो, नंतर बाह्य आवरण फेकून श्वेत बटू बनतो. जास्त वस्तुमानाचा तारा अतिराक्षसी (supergiant) होतो आणि महास्फोटानंतर न्यूट्रॉन तारा किंवा कृष्णविवर बनतो.
- सोपे : श्वेत बटूचा आकार पृथ्वीएवढा असतो.
- मध्यम : न्यूट्रॉन ताऱ्याचा आकार सुमारे 10 km असतो.
- परीक्षेसाठी : कृष्णविवरातून प्रकाशही बाहेर पडू शकत नाही, म्हणून ते दिसत नाही.
नियम 3 : रक्तराक्षसी आणि दाट अवस्था — रक्तराक्षसी ताऱ्याची त्रिज्या 100 ते 200 पट वाढते आणि तापमान कमी असल्याने तो तांबूस दिसतो. श्वेत बटू आणि न्यूट्रॉन ताऱ्यांची घनता प्रचंड असते.
- सोपे : सूर्य रक्तराक्षसी झाल्यावर बुध आणि शुक्राला गिळेल.
- मध्यम : श्वेत बटूचा एक चमचा पदार्थ काही टन वजनाचा असतो.
- परीक्षेसाठी : इलेक्ट्रॉनांचा दाब तापमानावर अवलंबून नसल्याने श्वेत बटू कायमचा स्थिर राहतो; न्यूट्रॉन ताऱ्यात हे काम न्यूट्रॉन करतात.
अंतिम अवस्था ताऱ्याच्या आरंभीच्या वस्तुमानावर ठरते.
"सूर्याचा शेवट कृष्णविवर असेल" हे चूक; सूर्याचे वस्तुमान 8 MSun पेक्षा कमी असल्याने तो श्वेत बटू होईल.
आठवणीची युक्ती : "8 आणि 25 : श्वे – न्यू – कृ" — 8 पेक्षा कमी श्वेत, 8–25 न्यूट्रॉन, 25 पेक्षा जास्त कृष्णविवर.
फरक ओळखा
| आरंभीचे वस्तुमान | अंतिम अवस्था |
|---|---|
| 8 MSun पेक्षा कमी | श्वेत बटू |
| 8 ते 25 MSun | न्यूट्रॉन तारा |
| 25 MSun पेक्षा जास्त | कृष्णविवर |
सरावासाठी प्रश्न
- 1सूर्याचा अंत कसा होईल?
- 2कृष्णविवर दिसत का नाही?
- 3उत्क्रांती म्हणजे काय?
- 410 MSun चा तारा कोणत्या अवस्थेत संपतो?
- 5रक्तराक्षसी तारा लाल का दिसतो?
- 6कोणता तारा लवकर संपतो — जास्त वस्तुमानाचा की कमी?
- 7श्वेत बटू कायमचा स्थिर का राहतो?
- 8महास्फोटानंतर कृष्णविवर कधी बनते?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1श्वेत बटू.
- 2प्रकाशही त्यातून बाहेर पडत नाही.
- 3काळानुसार ताऱ्याच्या गुणधर्मांत होणारा बदल.
- 4न्यूट्रॉन तारा.
- 5कारण त्याचे तापमान कमी असते.
- 6जास्त वस्तुमानाचा.
- 7इलेक्ट्रॉनांचा दाब तापमानावर अवलंबून नसतो.
- 8जेव्हा वस्तुमान 25 MSun पेक्षा जास्त असते आणि कोणताही दाब गुरुत्व थांबवू शकत नाही.