ખગોળશાસ્ત્રની નવી ક્રાંતિ: એક્સ્ટ્રીમલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ બ્રહ્માંડના ઊંડાણમાંથી શોધી કાઢશે નવા ગ્રહો અને જીવસૃષ્ટિના સંકેતો

ઘટના અને તેનું મહત્વ: બ્રહ્માંડને જોવાની નવી દ્રષ્ટિ

માનવજાતે જ્યારે પણ આકાશ તરફ નજર કરી છે, ત્યારે અજ્ઞાત બ્રહ્માંડને સમજવાની જિજ્ઞાસા વધી છે. દક્ષિણ અમેરિકાના ચિલી દેશમાં આવેલ ઉત્તરીય અટાકામા રણમાં ઔપચારિક રીતે એક્સ્ટ્રીમલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ (Extremely Large Telescope - ELT) નામના એક અસાધારણ ઓપ્ટિકલ ટેલિસ્કોપ (optical telescope): દ્રશ્યમાન પ્રકાશને એકત્રિત કરી દૂરના પદાર્થો સ્પષ્ટ દર્શાવતા દુરબીનનું નિર્માણ થઈ રહ્યું છે. European Southern Observatory (ESO) ના નેજા હેઠળ તૈયાર થઈ રહેલું આ ટેલિસ્કોપ પૂર્ણ થયા બાદ વિશ્વનું સૌથી મોટું ઓપ્ટિકલ અને મિડ-ઇન્ફ્રારેડ એક્સ્ટ્રીમલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ બની જશે.

આ ટેલિસ્કોપ માનવ આંખ કરતાં ૧૦ કરોડ (૧૦૦ મિલિયન) ગણો વધુ પ્રકાશ એકત્રિત કરવાની અદ્ભુત ક્ષમતા ધરાવે છે. ઈસવી સન ૨૦૨૫ સુધીમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા વિશ્વના સૌથી મોટા ઓપ્ટિકલ ટેલિસ્કોપની સરખામણીમાં ELT લગભગ ૧૦ ગણો વધુ પ્રકાશ ભેગો કરી શકશે. હબલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ (Hubble Space Telescope) ની સરખામણીએ તેની પ્રકાશ એકત્રિત કરવાની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ ૨૫૦ ગણું વધારે છે અને તે હબલ કરતાં ૧૫ ગણી વધુ તીક્ષ્ણ અને સ્પષ્ટ છબીઓ આપવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

આ ટેલિસ્કોપનો મુખ્ય ઉદ્દેશ્ય અન્ય તારાઓની પરિક્રમા કરતા બાહ્યગ્રહો (exoplanets) ના વાતાવરણનો ગહન અભ્યાસ કરવાનો છે. આ ઉપરાંત, બ્રહ્માંડમાં સર્જાયેલી પ્રથમ આકાશગંગાઓ, સુપરમેસિવ બ્લેક હોલ, બ્રહ્માંડના અદ્રશ્ય ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જીના રહસ્યો તથા નવા બનતા તારાઓની આસપાસની પ્રોટોપ્લેનેટરી ડિસ્કમાંથી પાણી અને ઓર્ગેનિક અણુઓ શોધી કાઢવાનો છે.

ખગોળીય દુરબીનનો ઇતિહાસ: ગેલિલિયોથી લઈને સ્પેસ ટેલિસ્કોપ સુધી

ઓપ્ટિકલ ખગોળશાસ્ત્ર (visible-light astronomy) નો ઇતિહાસ માનવ સભ્યતા જેટલો જ જૂનો છે. દ્રશ્યમાન પ્રકાશ ૩૮૦ થી ૭૫૦ નેનોમીટરની તરંગલંબાઇ (wavelength) ધરાવે છે. દૂરબીનની શોધ પહેલાં ખગોળશાસ્ત્ર માત્ર ખુલ્લી આંખોથી થતા નિરીક્ષણ સુધી મર્યાદિત હતું. જર્મન-ડચ ચશ્મા ઉત્પાદક Hans Lippershey ને પ્રથમ ઓપ્ટિકલ ટેલિસ્કોપની શોધનો શ્રેય આપવામાં આવે છે, જેમણે પેટન્ટ માટે પ્રથમ અરજી કરી હતી.

આ સફળતાના આધારે ફિઝિશિયન Galileo Galilei એ ઈસવી સન ૧૬૦૯માં ૩x મેગ્નિફિકેશનવાળું ટેલિસ્કોપ બનાવ્યું અને બાદમાં ૩૦x સુધારેલી આવૃત્તિઓ તૈયાર કરી. ૨૫ ઓગસ્ટ ૧૬૦૯ ના રોજ ગેલિલિયોએ વેનેશિયન કાયદા ઘડવૈયાઓ સમક્ષ પોતાના ટેલિસ્કોપનું પ્રદર્શન કર્યું હતું અને માર્ચ ૧૬૧૦ માં Sidereus Nuncius નામના પુસ્તકમાં પોતાના પ્રથમ ખગોળીય નિરીક્ષણો પ્રકાશિત કર્યા હતા.

આધુનિક યુગમાં ખગોળીય દુરબીનો ત્રણ મુખ્ય પ્રકારમાં વહેંચાયેલા છે: રિફ્રેક્ટિંગ ટેલિસ્કોપ (જેમાં લેન્સ વપરાય છે અને તેમાં ક્રોમેટિક એબેરેશન એટલે કે રંગીન ક્ષતિ જોવા મળે છે), રિફ્લેક્ટિંગ ટેલિસ્કોપ (જેમાં અરીસા વપરાય છે અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં સૌથી વધુ વપરાય છે) અને કેટાડીઓપ્ટ્રિક ટેલિસ્કોપ (જેમાં લેન્સ અને અરીસા બંનેનું સંયોજન હોય છે). વાતાવરણીય વિકૃતિઓ અને પ્રકાશના પ્રદૂષણથી બચવા માટે NASA એ ૧૯૯૦ માં Hubble Space Telescope ને પૃથ્વીની નીચલી ભ્રમણકક્ષામાં લોન્ચ કર્યું હતું. વર્તમાન સમયમાં જમીન પરના સૌથી મોટા કમ્પોઝિટ કાચ ધરાવતા ટેલિસ્કોપ Keck Telescopes, Gran Telescopio Canarias અને Southern African Large Telescope છે, જેના અરીસાનો વ્યાસ ૧૦ મીટરની આસપાસ છે.

ELT નું સ્થળ અને સ્થાપત્ય: અટાકામા રણની ટોચ પર નિર્માણ

European Southern Observatory (ESO) ના કાઉન્સિલે ૨૬ એપ્રિલ ૨૦૧૦ ના રોજ દક્ષિણ ચિલીમાં અટાકામા રણમાં આવેલ ૨૩ કિલોમીટર દૂર Paranal Observatory ની નજીક સરો અર્માઝોન્સ (Cerro Armazones) પહાડને ELT ના નિર્માણ માટે પસંદ કર્યો હતો. આ સ્થળની પસંદગી પહેલાં આર્જેન્ટિનાના સરો મેકોન, કેનેરી આઇલેન્ડ્સના Roque de los Muchachos Observatory અને ઉત્તર આફ્રિકા, મોરોક્કો તથા એન્ટાર્કટિકા જેવા સ્થળો પર વિચારણા કરવામાં આવી હતી.

શરૂઆતમાં આ વિશાળ પ્રોજેક્ટનું નામ યુરોપિયન એક્સ્ટ્રીમલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ (E-ELT) હતું, પરંતુ જૂન ૨૦૧૭ માં આ નામ ટૂંકાવીને ELT કરવામાં આવ્યું. પૃથ્વી પર વાતાવરણની સ્થિરતા અને શુષ્ક હવામાનના કારણે અટાકામા રણ આકાશ દર્શન માટે વિશ્વમાં શ્રેષ્ઠ માનવામાં આવે છે.

શરૂઆતમાં ૪૨ મીટર વ્યાસ અને ૧,૩૦૦ ચોરસ મીટર ક્ષેત્રફળ ધરાવતા ઓવરવેલ્મિંગલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ (Overwhelmingly Large Telescope - OWL) નો ૧૦૦ મીટરની ડિઝાઇન સાથે વિચાર કરાયો હતો, પરંતુ ૧.૫ અબજ યુરોનો અંદાજિત ખર્ચ અને અતિશય જટિલતાને કારણે તે વિચાર માંડી વાળવામાં આવ્યો હતો. ત્યારબાદ ૪૨ મીટરની મૂળ યોજનાને ૨૦૧૧ માં ૧૩% ઘટાડીને ૩૯.૩ મીટર વ્યાસ અને ૯૭૮ ચોરસ મીટર ક્ષેત્રફળ પર મંજૂર કરવામાં આવી.

ઓપ્ટિકલ ડિઝાઇન: ૫-અરીસા (5-mirror) ટેકનોલોજીનું વિજ્ઞાન

ELT ની સૌથી મોટી તકનીકી સિદ્ધિ તેની પાંચ અરીસા ધરાવતી નવીન ઓપ્ટિકલ ડિઝાઇન (5-mirror anastigmat design) છે. મોટાભાગના પરંપરાગત ટેલિસ્કોપ બે અરીસાનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે ELT પાંચ અરીસાના જટિલ સંયોજનથી ૧૦-આર્કમિનિટ (પૂર્ણ ચંદ્રના પહોળાઈના ત્રીજા ભાગ જેટલું) ક્ષેત્રફળ ધરાવતા વિશાળ આકાશમાં અત્યંત તીક્ષ્ણ અને સ્પષ્ટ છબી બનાવે છે.

સિસ્ટમમાં પ્રથમ ત્રણ અરીસા (M1, M2, M3) વક્ર છે, જે આકાશમાંથી આવતા પ્રકાશને એકત્રિત કરી યોગ્ય બિંદુએ કેન્દ્રિત કરે છે. ચોથો અરીસો (M4) અને પાંચમો અરીસો (M5) સપાટ છે. M4 વાતાવરણના તરંગોથી થતી વિકૃતિઓને સક્રિય રીતે સુધારે છે, જ્યારે M5 ઈમેજને હલનચલનથી મુક્ત રાખી સ્થિરીકરણ (image stabilization) પૂરું પાડે છે. આ અરીસાઓ પ્રકાશને સાઇડમાં આવેલા બે Nasmyth ફોકલ સ્ટેશનો તરફ વાળે છે, જ્યાં એકસાથે અનેક મોટા ખગોળીય સાધનો ગોઠવી શકાય છે.

પ્રાથમિક અરીસો (M1): ૭૯૮ કાચના ટુકડાઓનું આશ્ચર્યજનક મિશ્રણ

કોઈપણ સિંગલ કાચને ૮ મીટર કરતાં વધુ વ્યાસમાં બનાવવો અને તેનું પરિવહન કરવું વર્તમાન ટેકનોલોજી માટે અશક્ય છે. તેથી ELT નો ૩૯.૩ મીટર વ્યાસ ધરાવતો પ્રાથમિક અરીસો (M1) ૭૯૮ નાના ષટ્કોણ (hexagonal) ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવી રહ્યો છે. દરેક ટુકડો ૧.૪૫ મીટર પહોળો અને ૫૦ મિલીમીટર જાડો છે.

આ ટુકડાઓનું નિર્માણ કરવા માટે જર્મન કંપની Schott AG ને કોન્ટ્રેક્ટ આપવામાં આવ્યો હતો, જેમણે તાપમાનના ફેરફાર સામે સહેજ પણ ન વિસ્તરતા Zerodur નામના ગ્લાસ-સિરામિક પદાર્થમાંથી બ્લેન્ક્સ તૈયાર કર્યા છે. Schott AG એ કુલ ૭૯૮ મુખ્ય ટુકડા અને વધારાના ૧૩૩ જાળવણી ટુકડા (maintenance set) બનાવ્યા છે. દરરોજ કામના કલાકો દરમિયાન ૨ ટુકડાઓને બહાર કાઢી રિ-કોટિંગ કરી બદલવામાં આવશે, જેથી ટેલિસ્કોપની સપાટી હંમેશાં સાફ અને મહત્તમ પરાવર્તક રહે.

ફ્રેંચ કંપની Safran Reosc ને આ અરીસાઓને પોલિશ કરવાનો કોન્ટ્રેક્ટ મળ્યો હતો, જેઓ દરરોજ એક ટુકડાને ૭.૫ નેનોમીટર રો મિન્સ સ્ક્વેરથી પણ ઓછી અસમાનતા રહે તે રીતે સચોટ પોલિશ કરે છે. ૪,૬૦૮ એજ સેન્સર્સ (edge sensors) નું નિર્માણ ફ્રાન્સની Fogale અને જર્મનીની Micro-Epsilon ના કન્સોર્ટિયમ FAMES દ્વારા કરાયું છે, જે મિલિમીટરના લાખોમા ભાગની ચોકસાઈથી ટુકડાઓનું સ્થાન માપે છે. CESA (સ્પેન) અને VDL (નેધરલેન્ડ) દ્વારા નિર્મિત ૨,૩૯૪ પોઝિશન એક્ટ્યુએટર્સ પવન, ગુરુત્વાકર્ષણ અને તાપમાનથી થતા ફેરફારો સામે અરીસાનો આકાર જાળવી રાખે છે.

અનુકૂલનશીલ ઓપ્ટિક્સ (Adaptive Optics): વાતાવરણની ક્ષતિઓ સુધારવાની કળા

જમીન પરથી આકાશનું નિરીક્ષણ કરતી વખતે પૃથ્વીનું વાતાવરણ પ્રકાશના કિરણોને વળાંક આપીને છબીને ધૂંધળી બનાવી દે છે. ELT આ સમસ્યાનો ઉકેલ એડેપ્ટિવ ઓપ્ટિક્સ (adaptive optics): વાતાવરણીય વિકૃતિ દૂર કરતી સક્રિય કાચ સુધારણા પ્રણાલી દ્વારા લાવે છે.

ટેલિસ્કોપમાં ૨.૪ મીટર વ્યાસ ધરાવતો અને માત્ર ૨ મિલીમીટર જાડો ચતુર્થ અરીસો (M4) સ્થાપિત છે. M4 ની પાછળ ૫,૦૦૦ જેટલા નાના યાંત્રિક એક્ટ્યુએટર્સ (actuators) લાગેલા છે, જે વાતાવરણની હલચલ અનુસાર અરીસાની સપાટીના આકારમાં દર સેકન્ડે ૧,૦૦૦ વખત સૂક્ષ્મ ફેરફારો કરે છે.

આ ઉપરાંત, દ્વિતીય અરીસો (M2) ૪.૨૫ મીટર વ્યાસ અને ૩.૫ ટન વજન ધરાવતો વિશ્વનો સૌથી મોટો ઉત્તલ (convex) અરીસો છે, જેને Schott AG દ્વારા બનાવી Safran Reosc દ્વારા ૧૫ નેનોમીટરની ચોકસાઈ સુધી પોલિશ કરાયો છે. SENER કંપની દ્વારા બનાવાયેલા સપોર્ટ સેલ્સથી M2 અને ૪.૦ મીટર વ્યાસ ધરાવતો અવતલ M3 અરીસો ૩૨ પોઈન્ટ્સ પર સ્થિર રાખવામાં આવે છે. છ લેસર ગાઇડ સ્ટાર યુનિટ્સ સાથે મળીને આ સિસ્ટમ વાતાવરણની ધૂંધળાશ સંપૂર્ણ દૂર કરી હબલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ કરતાં પણ તીક્ષ્ણ છબીઓ આપવા સક્ષમ બને છે.

આંકડા, કિંમત અને નિર્માણ સમયરેખા: આંકડાકીય સરખામણી

ELT નો સમગ્ર પ્રોજેક્ટ નાણાકીય અને ઇજનેરી ક્ષેત્રે એક અસાધારણ સાહસ છે. ૨૦૧૧ માં કાચનો વ્યાસ ૪૨ મીટરથી ઘટાડી ૩૯ મીટર કરવામાં આવતા પ્રોજેક્ટનો અંદાજિત ખર્ચ ૧.૨૭૫ અબજ યુરોથી ઘટીને ૧.૦૫૫ અબજ યુરો થયો હતો. ઈસવી સન ૨૦૧૭ ના અંદાજ મુજબ પ્રથમ પેઢીના સાધનો સાથે ટેલિસ્કોપનો કુલ ખર્ચ ૧.૧૫ અબજ યુરો થયો હતો.

ડિસેમ્બર ૨૦૧૪ માં ESO ના મંડળે ૯૦% થી વધુ ભંડોળ સુરક્ષિત થતાં પ્રથમ તબક્કાના નિર્માણ માટે મંજૂરી આપી હતી. ૨૬ મે ૨૦૧૭ ના રોજ ઓબ્ઝર્વેટરીના મુખ્ય ગુંબજનો શિલાન્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. જુલાઈ ૨૦૨૩ માં ટેલિસ્કોપનું ૫૦% કરતાં વધુ નિર્માણ કાર્ય પૂર્ણ થયું હતું. તાજેતરના સમયપત્રક મુજબ માર્ચ ૨૦૨૯ માં ટેલિસ્કોપનું ટેકનિકલ ફર્સ્ટ લાઈટ (Technical First Light) અને ડિસેમ્બર ૨૦૩૦ માં વૈજ્ઞાનિક નિરીક્ષણો (First Scientific Observations) શરૂ થશે.

ભારત અને સામાન્ય માનવી માટે આ ક્રાંતિનો અર્થ શું છે?

એક્સ્ટ્રીમલી લાર્જ ટેલિસ્કોપ માત્ર વિજ્ઞાનીઓ માટેની લેબોરેટરી નથી, પરંતુ સમગ્ર માનવજાતના અસ્તિત્વ સાથે જોડાયેલા પ્રશ્નોનો ઉકેલ છે. "શું બ્રહ્માંડમાં આપણે એકલા છીએ?" એ સદીઓ જૂના સવાલનો જવાબ ELT આપી શકે છે. અન્ય તારાઓની આસપાસ ફરતા પૃથ્વી જેવા ગ્રહોના વાતાવરણમાં ઓક્સિજન, પાણી કે ઓર્ગેનિક અણુઓની હાજરી શોધીને તે પૃથ્વી બહાર જીવનની શક્યતા ચકાસશે.

ભારત અને અન્ય વિકાસશીલ દેશોના ખગોળશાસ્ત્રીઓ તથા યુવાન સંશોધકો માટે આ વૈશ્વિક પ્રોજેક્ટમાંથી ડેટા પ્રોસેસિંગ, એડેપ્ટિવ ઓપ્ટિક્સ, અને એડવાન્સ્ડ સેન્સર ટેકનોલોજી ક્ષેત્રે વિશાળ તકો ઊભી થશે. ભવિષ્યમાં આ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ સેટેલાઇટ કમ્યુનિકેશન, મેડિકલ ઓપ્ટિકલ ઈમેજિંગ અને વાતાવરણીય અભ્યાસમાં પણ થશે.