মহাশূন্যের শুরু কোথা থেকে? Where Does Space Actually Begin?

মহাশূন্য

---

MilkyWay Galaxy

মহাবিস্ফোরণ(Big Bang) এবং মহাবিশ্ব সম্প্রসারণের কথা শুনলেই আমাদের মনে মহাবিশ্বের শেষ সীমা খুঁজার কৌতুহল জন্মে। কিন্তু কখনোও কি "এই মহাশূন্যের শুরু কোথা থেকে!" এই প্রশ্ন আপনার মনে চেপেছে? আপনি যদি এই মহাশূন্যের শুরুর সীমা খুঁজে পাওয়ার চেষ্টা করে থাকেন, তাহলে আজকের এই আর্টিকেলটি আপনার জন্যই। আপনাকে নিয়ে আজকে মহাবিশ্বের শেষ সীমা নয় বরং মহাশূন্যের শুরুর সীমা খুঁজে বের করার চেষ্টা করবো। তার আগে মহাকাশ সম্পর্কে কিছু ধারণা নেওয়া যাক।

প্রাচীন ধারণায় মহাকাশঃ

    মহাকাশ বা মহাশূন্য সুপ্রাচীনকাল থেকে মানুষের মনে এক কৌতূহলের বিষয়। প্রত্যেকটি সভ্যতা ও মানুষ সবসময় মহাকাশকে কৌতূহলের দৃষ্টিতে দেখেছে। প্রাচীন সভ্যতা সমূহ ও মানুষেরা মহাশূন্যের ব্যাপারে নানা ধরনের কাল্পনিক ব্যাখ্যা দিত। তার মাঝে হাতির উপর উল্টানো থালা, বিশাল চাদর, পবিত্র আত্মা ও দেবতাদের বাসস্থান ইত্যাদি অন্যতম। প্রাচীন গ্রিক, রোমান, মিশরীও, বেবিলনীয়, ভারতীয়, চীনা, মায়া ইত্যাদি সভ্যতা মহাশূন্যকে ভিন্ন ভিন্ন ভাবে পর্যবেক্ষণ করেছেন। কিন্তু সকল সভ্যতাই মহাকাশকে বিজ্ঞানের বিষয় হিসেবে কম-বেশি গ্রহন করেছিলো।

আধুনিক ধারণায় মহাকাশঃ

    মহাকাশ বলতে সাধারণভাবে মাথার উপরকার অনন্ত আকাশ বোঝানো হলেও বস্তুত পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলসমৃদ্ধ আকাশকে পৃথিবীর আকাশ বলা হয়। তাই পৃথিবীর প্রেক্ষাপটে মহাকাশ হলো পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের বাইরের অনন্ত স্থান। এ আকাশসীমায় অতি অল্প ঘনত্বের বস্তু বিদ্যমান। অর্থাৎ শূন্য, মহাশূন্য পুরোপুরি ফাঁকা নয়। প্রধানত অতি অল্প পরিমাণ হাইড্রোজেন প্লাজমা, তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ, চৌম্বক ক্ষেত্র এবং নিউট্রিনো এই শূন্যে অবস্থান করে। তাত্ত্বিকভাবে এতে কৃষ্ণবস্তু(Dark matter) এবং কৃষ্ণশক্তি(Dark Energy) বিদ্যমান। মহাশূন্যে এমন অনেক কিছু আছে যা মানুষ এখনও কল্পনাও করতে পারেনি। জ্যোতির্বিদরা তাই প্রতিনিয়ত মহাকাশ গবেষণা থেকে নতুন নতুন সব চাঞ্চল্যকর তথ্য পাচ্ছে।

মহাশূন্যের সীমা নির্ধারণ করা এতো চ্যালেঞ্জিং কেন?

    সহজ করে বললে আমাদের গোলাকার পৃথিবীর চারপাশে যেই বায়ুমন্ডল আছে তার বাইরের অনন্ত স্থানই হচ্ছে মহাশূন্য। অর্থাৎ আমরা ধরে নিতে পারি, যেখানে আমাদের পৃথিবীর বায়ুমন্ডল শেষ হয়েছে সেখান থেকেই মহাশূন্যের সূচনা। কিন্তু এই যে আমাদের বায়ুমন্ডলের শেষ সীমা! এটা নির্ধারণ করতে পারাটাই অনেক বড় একটা চ্যালেঞ্জ।

    পৃথিবীর বায়ুমন্ডল অনেকটা Color Gradient এর মতো। পৃথিবী পৃষ্ঠে অধিকতর ঘন, তারপর ক্রমান্বয়ে পাতলা। নিচের চিত্রের Color Gradient টির দিকে লক্ষ করুন, আমরা কোনো ভাবেই একটা রঙ কোথায় শেষ হয়ে আরেকটা রঙের সূচনা হয়েছে এটা নিশ্চিত ভাবে নির্ধারণ করতে পারবো না। এর জন্য আমাদেরকে অনুমানের আশ্রয় নিতে হয়। বায়ুমন্ডলের ক্ষেত্রে একই কথা প্রযোজ্য। ক্রমান্বয়ে অধিকতর ঘন থেকে পাতলা হওয়া বায়ুমন্ডল স্থরগুলো নিশ্চিত মান যেমন বলা যায় না, তেমনি এটি পাতলা হতে হতে কোথায় গিয়ে নিঃশেষ হয়েছে এটা বলাও কষ্টসাধ্য!

    আমাদের আজকের আলোচনার বিষয় পৃথিবীর প্রেক্ষাপটে মহাশূন্যের একটি সীমা খুঁজে বের করা। এই কাজটি সহজভাবে করার জন্য আমরা বিষয়টিকে দুইটি ভাগে ভাগ করে নিতে পারি।

1. ইঞ্জিনিয়ারিং প্রেক্ষাপট।
2. বৈজ্ঞানিক প্রেক্ষাপট।

ইঞ্জিনিয়ারিং প্রেক্ষাপটঃ

    যেসকল যান পৃথিবীর বায়ুমন্ডলের মধ্য দিয়ে চলে সেগুলোকে বলা হয় Aircraft বা আকাশযান বা বিমান। আর যেসকল যান পৃথিবীর কক্ষপথে বা মহাশূন্যে চলে সেগুলোকে বলা হয় Spacecraft বা মহাকাশযান। কাজেই ইঞ্জিনিয়ারিং প্রেক্ষাপটে, "আমরা সর্বোচ্চ কত উচ্চতায় বিমান চালাতে পারি এবং সর্বনিম্ন কত নিচে মহাকাশযান চালাতে পারি" এটা বিবেচনা করতে পারি। যেখানে এই দুটি সীমা মিলিত হবে আমরা বলতে পারবো এটাই আমাদের মহাকাশের সীমা বা এখান থেকেই মহাকাশের সূচনা।

বিমান সর্বোচ্চ কত উচ্চতায় চলতে পারে?

    একটি বিমান সর্বোচ্চ কত উচ্চতায় চলতে পারে এটা জানার আগে আমাদের বুঝতে হবে বিমান কিভাবে চলে। বিমান সামনে চলা এবং উপরে ভেসে থাকার জন্য দুটি বলের প্রয়োজন হয়।

• আনুভূমিক বরাবর বল
• উলম্ব বরাবর বল

আনুভূমিক বলঃ

    বিমানকে আনুভূমিক বরাবর গতিশীল করে সামনের দিকে এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার জন্য Tarbofan Engine ব্যবহার করা হয়। বিমানের দুইপাশে লাগানো এই ইঞ্জিন বায়ুমন্ডলের বাতাসকে সামনে থেকে থ্রাস্ট করে প্রচন্ড বেগে পিছনের দিকে ঠেলে দেয় ফলে এর প্রতিক্রিয়া বলের জন্য বিমানটি সামনের দিকে অগ্রসর হতে পারে। ইঞ্জিন দিয়ে যত বেশি থ্রাস্ট করা হবে বিমান তত বেশি বেগে সামনের দিকে এগিয়ে যাবে।

চিত্রঃ Tarbofan Engine

উলম্ব বলঃ

    বিমানকে Tarbofan Engine দিয়ে বাতাসকে পিছনের দিকে থ্রাস্ট করে সামনের দিকে গতিশীল করার পাশাপাশি বিমানটিকে উপরে উঠানোর জন্য উলম্ব বরাবর একটি বলের প্রয়োজন হয়। যেটাকে বলা হয় Lift force. বিমান এই উলম্ব বলটি পেয়ে থাকে তার দুইপাশে থাকা বড় বড় দুইটি ডানা থেকে। বাইরে থেকে ডানা দুটিকে আমরা যতটা সোজা দেখি, আসলে ডানা গুলো এতোটা সোজা না। ডানা গুলো কিছুটা বাকানো(Curved) থাকে। এই বাকা ডানার সাহায্যেই বিমান তার আনুভূমিক গতির ফলে উৎপন্ন বাতাসের তীব্র ঘর্ষণ কে কাজে লাগিয়ে উপরের দিকে উঠতে পারে। বিমান এভাবে উপরে ভেসে থাকার জন্য যেই লিফট ফোর্সের দরকার এটা বিমানের আনুভূমিক বেগ এবং বায়ুমন্ডলের ঘনত্বের উপর নির্ভরশীল। বায়ুমন্ডলের ঘনত্ব যত কম হবে, বিমান লিফটের জন্য তত বেশি আনুভূমিক বেগের প্রয়োজন হবে। পৃথিবীর বায়ুমন্ডলের ঘনত্ব উচ্চতার সাথে সাথে হ্রাস পায়। ফলে বিমান যত উপরের দিকে উঠতে থাকবে, বিমানটি ভেসে থাকার জন্য তত বেশি আনুভূমিক বেগের প্রয়োজন হবে।

চিত্রঃ বিমানের বাকনো ডানা থেকে উৎপন্ন Lift Force

    আমাদের পৃথিবীর পৃষ্ঠ যেহেতু গোলাকার, ফলে বিমান যখন পৃথিবীর পৃষ্ঠের স্বাপেক্ষে আনুভূমিক ভাবে গতিশীল থাকে তখন তার গতিপথ হয় বৃত্তাকার। আর আমরা জানি কোনো বস্তু বৃত্তাকার পথে গতিশীল হলে তার একটি কেন্দ্রবিমুখী বলের সৃষ্টি হয়। ফলে বিমানের এই বৃত্তাকার পথের গতির জন্য তারও একটি কেন্দ্রবিমুখী বলের সৃষ্টি হয়। বিমান উপরের উঠার সময় পর্যাপ্ত পরিমাণ লিফট ফোর্সের জন্য তার গতি যত বাড়তে থাকে, এই কেন্দ্রবিমুখী বলের মানও তত বাড়তে থাকে। এভাবে বাড়তে বাড়তে একটা সময় দেখা যায় বিমানের উপর পৃথিবীর মধ্যাকর্ষন বলের ফলে সৃষ্ট কেন্দ্রমুখী বল এবং তার বৃত্তাকার পথে গতিশীল থাকার জন্য কেন্দ্রবিমুখী বল সমান হয়ে যায়। ফলে বিমানটি পৃথিবীর কক্ষপথীয় বেগ বা Orbital Velocity নিয়ে পৃথিবীকে মুক্তভাবে প্রদক্ষিণ করতে থাকবে। কাজেই তখন আর এটাকে বিমান বা Aircraft বলা চলবে না। এটা তখন Spacecraft বা মহাকাশযানে পরিনত হবে। অর্থাৎ আমরা তখন বলতে পারবো বিমানটি মহাশূন্যে চলছে। ভূপৃষ্ঠ থেকে যতটুকু উচ্চতায় গেলে বিমানের লিফট ফোর্সের জন্য তার বেগ এতোটাই বাড়াতে হয় যে বিমানটি তখন পৃথিবীর কক্ষপথে চলে যায় এই উচ্চতা বা সীমাটাকে বলা হয় কার্মান রেখা।

কার্মান রেখাঃ

    কার্মান রেখা পৃথিবীর সমুদ্রপৃষ্ট থেকে ১০০ কিমি (৬০ মাইল) উপরে একটি কল্পিত রেখা, যা সাধারণত পৃথিবীর বায়ূমন্ডল হতে মহাকাশকে আলাদা করতে ব্যবহৃত হয়। হাঙ্গেরীও-আমেরিকান প্রকৌশলী এবং পদার্থবিজ্ঞানী থিওডোর ভন্‌ কার্মান (১৮৮১-১৯৬৩) এর নাম অনুসারে এই কাল্পনিক রেখার নামকরণ করা হয়। কিন্তু তিনি প্রথম হিসাব করে দেখান যে, সমুদ্রপৃষ্ঠ থেকে ৮৩.৬ কি.মি. (৫১.৯ মাইল) উচ্চতায় পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল এতোটাই পাতলা হয় যে, বিমান চালানো সম্ভব নয়। কেননা, সেক্ষেত্রে একটি বিমানকে বাতাসের উপর ভরদিয়ে চলাচলের জন্য এর বেগ পৃথিবীর আবর্তন গতির সমান হতে হবে। কিন্তু এই মানটা পুরোপুরি নির্দিষ্ট না। বিমান ও মহাকাশযানের ডিজাইনের উপর ভিত্তি করে এই সীমা ৮০ কি.মি. এর কম থেকে শুরু করে ১০০ কি.মি. এরও বেশি উচ্চতা পর্যন্ত হতে পারে। হিসাব এবং এবং মনে রাখার সুবিধার্থে এই উচ্চতাকে ১০০ কি.মি. ধরা হয়।

    অর্থাৎ ইঞ্জিনিয়ারিং প্রেক্ষাপটে আমরা একদম নির্দিষ্ট করে বলতে পারছি না যে এক্সাক্ট কতটুকু উচ্চতা থেকে মহাকাশ শুরু। কিন্তু আমরা কাছাকাছি একটা ধারণা পেয়েছি। এবার আসা যাক বৈজ্ঞানিক প্রেক্ষাপটে! দেখে আসি বৈজ্ঞানিক প্রেক্ষাপট আমাদেরকে মহাকাশের সীমা খুঁজতে সাহায্য করে না-কি বিষয়টাকে আরও জটিল করে দেয়।

বৈজ্ঞানিক প্রেক্ষাপটঃ

    বৈজ্ঞানিক প্রেক্ষাপটে মহাকাশের সীমা ধরা হয় যেখানে আমাদের পৃথিবীর বায়ুমন্ডল সম্পূর্ণরুপে শেষ হয়ে যায় সেখানে। কিন্তু আগেই বলেছি পৃথিবীর বায়ুমন্ডল অনেকটা Color Gradient এর মতো ঘন থেকে ক্রমান্বয়ে হালকে হয়ে থাকে। ফলে এই ক্রমাগত হালকা হতে থাকা বায়ুমন্ডলকে বিভিন্ন স্তরে ভাগ করে তার শেষ সীমা খুঁজা খুবই কষ্টসাধ্য ব্যাপার। তবুও নাসার ওয়েবসাইটে প্রকাশিত একটি ডকুমেন্টারি থেকে পাওয়া তথ্য অনুযায়ী পৃথিবীর বায়ুমন্ডলের স্তরগুলোকে নিন্মলিখিত স্তরে বিভক্ত করা যায়।

1. ট্রপোমন্ডল (Troposphere): পৃথিবীর পৃষ্ঠ থেকে শুরু হয়ে ৮ থেকে ১৪.৫ কিমি. পর্যন্ত বিস্তৃত। বায়ুমন্ডলের এই অংশটি সবচেয়ে বেশি ঘন। বায়ুমণ্ডলের ভরের তিন চতুর্থাংশ ট্রপোমণ্ডলের মধ্যে থাকে এবং এই স্তর পৃথিবীর পার্থিব আবহাওয়া বিকাশ করে।
2. স্ট্রাটোমন্ডল(Stratosphere): ট্রপোমন্ডল এর ঠিক উপর থেকে শুরু হয়ে ৫০ কি.মি. পর্যন্ত বিস্তৃত। ওজন স্তর, যা সূর্যের আলো থেকে বিক্ষিপ্ত হওয়া অতিবেগুনী রশ্মি শোষন করে তা এই স্তরেই থাকে।
3. মেসোমন্ডল(Mesosphere): এটি স্ট্রাটোমন্ডলের উপর থেকে শুরু হয়ে ৮৫ কিমি. উচ্চতা পর্যন্ত বিস্তৃত। উল্কা গুলো এই স্তরে এসেই জ্বলে উঠে। যেটা আমরা উল্কা বৃষ্টি হিসেবে দেখি।
4. তাপমন্ডল(Thermosphere): এটি মেসোমন্ডলের উপর থেকে শুরু করে ৬০০ কি.মি. উচ্চতা পর্যন্ত বিস্তৃত। নিম্ন কক্ষপথের স্যাটেলাইটগুলো এই স্তরেই থাকে।
5. আয়নমন্ডল(Ionosphere): এই স্থরটিতে প্রচুর পরিমাণে ইলেক্ট্রন আর আয়নিত বিভিন্ন অণু পরমাণু থাকে যা ভূপৃষ্ঠের উপরে ৪৮ কি.মি. উপর থেকে প্রায় ৯৬৫ কি.মি. পর্যন্ত বিস্তৃত এবং এটি মেসোমন্ডল ও তাপমন্ডলের মাঝে ওভারলেপিং অবস্থায় থাকে।
6. এক্সোমন্ডল(Exosphere): এটা আমাদের বায়ুমন্ডলের সবচেয়ে উপরের স্থর। এটি তাপমন্ডলের  উপর থেকে প্রায় ১০,০০০ কি.মি. পর্যন্ত বিস্তৃত।

    সর্বোপরি, আমরা দুইটি ভিন্ন প্রেক্ষাপট থেকে মহাকাশের সীমা থেকে ভিন্ন ভিন্ন উত্তর পাচ্ছি। ইঞ্জিনিয়ারিং প্রেক্ষাপটে, কোনো ব্যক্তি যদি কার্মান রেখা অতিক্রম করে তখন আমেরিকান মিলিটারি এবং নাসার পক্ষথেকে তাকে Astronaut বা মহাকাশচারী বলা হবে। পূর্বের আলোচনা থেকে দেখলাম এই কার্মান লাইন ৮০ কি.মি. থেকে শুরু হয়ে ১০০ কি.মি. উচ্চতা পর্যন্ত হতে পারে। 

    আবার পৃথিবীর বায়ুমন্ডল পর্যবেক্ষণ করলে দেখা যায়, প্রায় ১০,০০০ কি.মি. উচ্চতা পর্যন্ত আমাদের বায়ুমন্ডল ছড়িয়ে আছে। অর্থাৎ এই দৃষ্টিকোণ থেকে বলা যায়, বায়ুমন্ডলের শেষ সীমা থেকেই অনন্ত মহাবিশ্বের শুরু। কাজেই মহাবিশ্বের সীমা নির্ধারণ করার আগে আমাদেরকে এটা নির্ধারণ করে নিতে হবে যে আমরা কোন দৃষ্টিকোণ থেকে দেখছি।