విశ్వస్వరూపం: 7. కంటికి కనిపించని కాంతి కథ

విశ్వస్వరూపం (గత సంచిక తరువాయి)

7. కంటికి కనిపించని కాంతి కథ
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు

1. విద్యుదయస్కాంత వర్ణమాల

“కాంతి” లక్షణాలు అర్ధం అయినకొద్దీ దానిని ఒక ఆయుధంగా వాడి నక్షత్రాల రహస్యాలు తెలుసుకోవచ్చు. ఉదాహరణకి కంటికి కనబడని కాంతి (non visible light) గురించి కొంచెం తెలుసుకుందాం. సూర్య కిరణాలకి అడ్డుగా ఒక గాజు పట్టకం (prism) పెడితే ఆ సూర్యరస్మి ఏడు రంగులుగా విడిపోతుందని మనకి తెలుసు. కాని చాల మందికి తెలియని విషయం మరొకటుంది. ఈ సప్తవర్ణాల మాలకి ఇటూ, అటూ – మన కంటికి కనిపించకుండా – ఇంకా చాల పెద్ద వర్ణమాల ఉంది. కనిపించేది బెత్తెడు మేర అయితే కనిపించనిది యోజనం అని ఉపమానం చెప్పవచ్చు.

ఇలా మన జ్ఞానేంద్రియాల స్పర్శకి అందనివి ఇంకా విశ్వంలో చాలా ఉన్నాయి. వాటికి ఉదాహరణ చెబుతాను. ఈ విశ్వం అపరిమితమైనదని మనం నిర్ణయించటానికి కారణభూతమైనవి మన కంటికి కానిపించేవి, చక్షుష దూరదర్శనులకి (optical telescopes) కనిపించేవి అతి కొద్ది: అవే తేజోమేఘాలు (nebulae), నక్షత్ర గోళాలు, వాటితో నిండిన క్షీరసాగరాలు, మొదలైనవి. ఇవే బిలియన్ల కొద్దీ ఉన్నాయి. కాని ఇదే విశ్వంలో మనకి “కనపడని” (కంటికి, ఇప్పటివరకు మనం నిర్మించిన పరికరాలకి కూడ “కనపడని”) కృష్ణ పదార్ధం (dark matter) అనేది ఒకటి, కృష్ణ శక్తి (dark energy) అనేది మరొకటి ఉన్నాయని కొత్త సిద్ధాంతం ఉంది. వర్ణమాలలో మనకి కనిపడని మేరతో పోల్చి చూసినప్పుడు కనిపించే మేర ఎంత తక్కువో అదే మాదిరి ఈ విశ్వంలో మనకి కనపడని పదార్ధం తోటీ, శక్తి తోటీ పోలిస్తే కనిపించేది బహు స్వల్పం అని అంటున్నారు. ఇదే విషయం మనకి కనపడని సూక్ష్మ ప్రపంచం (ఎలక్‌ట్రానులు, వగైరా, సూక్ష్మజీవులు, వైరసులు, వగైరా) యెడల కూడ నిజం. కనుక విశ్వాన్ని అధ్యయనం చేసేటప్పుడు “అన్నీ మనకే తెలుసు, అన్నీ మనమే తెలుసుకోగలం” అనే దురహంకారంతో కాకుండా మన హద్దులని తెలుసుకుని ప్రవర్తించడం మనకే మంచిది.

నిజానికి ఒక నభోమూర్తి ప్రకాశిస్తూన్నప్పుడు అది వెలార్చే శక్తి - ఒక్క వెలుగు రూపంలోనే కాకుండా - అనేక ఇతర రూపాలలో బహిర్గతం అవుతూ ఉంటుంది. వేడి రూపంలో ఉన్న శక్తి, వెలుగు రూపంలో ఉన్న శక్తి మనకి చిర పరిచితాలు. ఉదాహరణకి ఎండలో కూర్చుంటే వెలుగు (light), వేడి (heat) – రెండూ – తగులుతాయి కదా. ఈ రెండు కాకుండా ఇంకా అనేక అదృశ్య రూపాలలో శక్తి ఉంటుంది. మరొక ఉదాహరణ. సముద్రపుటొడ్డున ఎండలో ఎక్కువగా కాలం గడిపితే శ్వేతవర్ణుల శరీరాలు “కాలి” కమిలి పోతాయి. దీనికి కారణం సూర్యరస్మిలో ఉండేవి, మన కంటికి కనపడనివి అయిన అత్యూద కిరణాలు (ultraviolet rays). ఇంకొక ఉదాహరణ. ఈ రోజుల్లో మైక్రోవేవ్ అవెన్ (microwave oven) అనే పరికరం వంట ఇళ్లల్లోకి వచ్చింది కదా. మంట లేకుండా తిండి వస్తువులని వేడిచేసుకుందికి ఇది చాల అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఇందులో పని చేసే “సూక్ష్మ” తరంగాలే మైక్రోవేవ్‌లు అంటే; “మైక్రో” అంటే సూక్ష్మమైనవి, “వేవ్” అంటే తరంగం లేదా అల, “అవెన్” అంటే ఆవం. కనుక మైక్రోవేవ్ అవెన్ అంటే “చిరు అలల ఆవం”. ఈ సూక్ష్మ తరంగాలు కంటికి కనబడవు కాని ఇవి ప్రయాణం చేసే దారిలో చెమ్మ ఉన్న పదార్ధాలు ఉంటే వాటిని వేడి చేస్తాయి. ఇక్కడ ఉదహరించిన అత్యూద కిరణాలు, సూక్ష్మ కిరణాలు కంటికి కనపడని కాంతి యొక్క రూపాంతరాలు. ప్రతిసారి “కంటికి కనపడే కాంతి”, “కంటికి కనపడని కాంతి” అనే కంటే వీటన్నిటిని కలిపి “విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు” (electromagnetic waves) అందాం.

బొమ్మ 1. విద్యుదయస్కాంత వర్ణమాల

ఈ విద్యుదయస్కాంత తరంగాల గురించి ఎంత తెలుసుకుంటే మనకి అంత ప్రయోజనం. కనుక విద్యుదయస్కాంత వర్ణమాల (electromagnetic spectrum) గురించి కొంచెం ఓపిగ్గా తెలుసుకుందాం. ఈ బొమ్మలో వర్ణమాల ఒకటి చూపించేను. ఈ బొమ్మలో అయిదు వరసలు ఉన్నాయి. ముందస్తుగా రెండవ వరుస చూడండి. అక్కడ Radio, Microwave, Infrared, Visible, Ultraviolet, x-Ray, Gamma Ray అన్న ఏడు పేర్లు ఉన్నాయి కదా. అంటే, విద్యుదయస్కాంత వర్ణమాలని ఏడు పట్టాలుగా (bands) ఊహించుకోవచ్చు. బొమ్మ సౌలభ్యం కొరకు అన్ని పట్టాలని ఒకే వెడల్పుతో గీసేరు కాని, వీటిల్లో రేడియో పట్టా వెడల్పు చాల ఎక్కువ, కంటికి కనిపించే కాంతి పట్టా వెడల్పు చాల తక్కువ. కనుక ఈ బొమ్మ టూకించి గీయబడ్డ బొమ్మ అని గుర్తు పెట్టుకొండి.

కంటికి కనిపించే కాంతి పట్టాలోనే ఇంద్ర ధనుస్సులోని సప్త వర్ణాలు (ఎడమ చివర ఎరుపు, కుడి చివర ఊదా) ఇమిడి ఉన్నాయి. ఎరుపుకి ఎడం పక్కన పరారుణ (infrared) వర్ణం ఉంది. ఈ “రంగు” మన కంటికి కనిపించదు కాని అక్కడ తాపమాపకం (thermometer) పెడితే అక్కడ ఎక్కువ వేడి నమోదు అవుతుంది; చెయ్యి పెడితే వెచ్చగా స్పర్శకి తగులుతుంది కూడ. ఈ పరారుణ వర్ణానికి ఎడం పక్కన “మైక్రోవేవ్ పట్టా (microwave band), దానికి ఎడం పక్క రేడియో పట్టా (radio band) ఉన్నాయి. అదే మాదిరి ఊదా (violet) కి కుడి పక్కన అత్యూద (ultraviolet) వర్ణం ఉంది. ఇదీ మన కంటికి కనిపించదు. అత్యూద వర్ణానికి కుడి పక్కని x-కిరణాల పట్టా (x-ray band) ఉంది. కాంతి కిరణాలతో ఛాయాచిత్రాలు తీసినట్లే ఈ x-కిరణాలతో ఫొటోలు తియ్యవచ్చు. కాలో, చెయ్యో విరిగితే వైద్యుడు ఇటువంటి ఫొటోలే తీస్తాడు. ఇంకా కుడి పక్కకి జరిగితే అతి శక్తిమంతమైన గామా కిరణ పట్టా (gamma ray band) ఉంది.

ఈ పట్టాలన్నిటిలో (లేదా, రంగులన్నిటిలో) ఒక్క కాంతి కిరణాల పట్టా తప్ప మిగిలినవేవీ మన కంటికి కనబడవు. ఈ పట్టాల వెడల్పు గురించిగాని, తదితర లక్షణాల గురించిగాని తెలుసుకోదలచిన వారికి ఈ వర్ణమాలని కుడి చివర నుండి ఎడమ చివరికి పేర్లు పెట్టి వర్ణిస్తూ చెబుతాను: బొమ్మలో చూపిన వర్ణమాలకి కుడి చివర ఉన్నవి గామా కిరణాలు (gamma rays). ఇవి అతి శక్తిమంతమైన కిరణాలు (లేదా, తరంగాలు). ఈ తరంగాలు సెకండుకి 10E19 చొప్పున (అంటే, 1 తరువాత 19 సున్నలు) కాని - ఇంకా ఎక్కువ జోరుగా కాని - పైకీ, కిందకీ ఊగిసలాడుతాయి. ఈ విషయాన్నే బొమ్మలో మూడవ బద్దీలో, ఊగిసలాడుతూ, మెలికలు తిరిగిన గీతలా గీసిన కెరటం (sinusoidal wave) రూపంలో చూపించేను.

గామా కిరణాలకి ఎడమ పక్కన ఉన్నవాటిని x-కిరణాలు (x-rays) లేదా x-కెరటాలు అంటారు. ఈ x-తరంగాలు సెకండుకి 10E19 - 10E17 చొప్పున ఊగిసలాడుతాయి. అంటే ఇవి గామా కెరటాలంత జోరుగా కొట్టుకోవు. అటు తరువాత అత్యూద తరంగాలు సెకండుకి 10E16 - 10E15 చొప్పున, పరారుణ తరంగాలు 10E15 - 10E13 చొప్పున, రేడియో తరంగాలు సెకండుకి 10E12 - 10E6 చొప్పున పైకి, కిందికి ఊగిసలాడుతూ ఉంటాయి.

ఇంత విస్త్రుతంగా ఉన్న వర్ణమాల మధ్యలో కేవలం సెకండుకి 460 ట్రిలియను (4.6x10E12) కెరటాల నుండి 710 ట్రిలియను (7.1x10E12) కెరటాల వరకు ఉన్న అతి చిన్న మేర మాత్రం మన కంటికి విద్యుదయస్కాంత కిరణాలు కనిపిస్తాయి. అందుకని దీనిని “కనిపించే మేర” (visible band) అని పిలవొచ్చు.

ఈ బొమ్మలో చెప్పుకోదగ్గ విశేషాలు ఇంకా చాల ఉన్నాయి. ఆకాశంలో మన కళ్లకి సూర్యుడు కనిపిస్తున్నాడంటే దానికి కారణం సూర్యుడు ఎక్కువగా “కళ్లకి కనిపించే కాంతి కిరణాలు” విరజిమ్ముతాడు కనుక! ఆకాశంలో మరొక రకం నభోమూర్తులు కేవలం x-కిరణాలని విరజిమ్ముతాయి. అవి మన కళ్లకి కనబడవు; వాటిని చూడాలంటే మనకి x-రే కళ్లేనా ఉండాలి లేకపోతే x-రే టెలిస్కోపు అనే మరొక రకం దూరదర్శినిని అయినా వాడాలి. ఇదే విధంగా గామా కిరణ దుర్భిణి (gamma ray telescope) , రేడియో దుర్భిణి (radio telescope) అని రకరకాల దుర్భిణులు ఉన్నాయి. ఈ కొత్త రకం టెలిస్కోపులు ఈ మధ్య వరకు మనకి లభ్యం కాలేదు. అందుకనే కేవలం కంటితో చూసే టెలిస్కోపు ఉపయోగించినంత కాలం మనకి ఆకాశంలో కనిపించినది అత్యల్పం. దాని నుండి నేర్చుకున్నది కూడ అత్యల్పం. మనం మామూలు చక్షుస (optical) దూరదర్శినితో చూస్తే వెలుగుని విరజిమ్మే నభోమూర్తులని మాత్రమే అధ్యయనం చెయ్యగలం. రకరకాల కిరణాలని విరజిమ్మే నభోమూర్తులని అధ్యయనం చెయ్యాలంటే రకరకాల కొత్త తరం టెలిస్కోపులు నిర్మించాలి. ఈ కొత్త రకం టెలిస్కోపులు నిర్మించినా అవి అన్నీ భూమి ఉపరితలం నుండి చూడటానికి పనికిరావు. ఎందుకంటే….. చెబుతాను, ఇంకా చదవండి. ఇటు పైన సౌలభ్యం కొరకు “కాంతి” అంటే విద్యుదయస్కాంత వికిరణం (electromagnetic radiation) అని అన్వయించుకుందాం. కంటికి కనబడే కాంతి కి “వెలుగు” అని పేరు పెడదాం.

పదార్ధాలన్నీ కాంతిని ఇంతో, కొంతో పీల్చుకుంటాయి. కొన్ని కొన్ని పదార్ధాలు గామా నుండి రేడియో వరకూ ఉన్న ఏడు రకాల కాంతులలో కొన్నింటిని ఎక్కువగా పీల్చుకుంటాయి. ఉదాహరణకి గామా కిరణాలని దరిదాపు అన్ని పదార్ధాలు పీల్చేసుకుంటాయి. వాతావరణంలో ఉన్న గాలి గుండా గామా కిరణాలు ప్రయాణం చేస్తే ఆ ప్రయాణం పూర్తి అయే లోగా గాలి ఆ కిరణాలని పీల్చేసుకుంటుంది. “గామా కిరణాల్ని మన వాతావరణం తనగుండా పోనివ్వదు” అని చెప్పటానికి బొమ్మలో, మొదటి వరుసలో “గామా కిరణాలు” పట్టీకి ఎగువన N అనే అక్షరం రాసేం. కనుక రోదసి లోతుల్లో ఎక్కడో పుట్టిన గామా కిరణాలు భూమిని అంటిపెట్టుకుని ఉన్న వాతావరణం గుండా ప్రయాణం చేసి – మన అదృష్టం బాగుండబట్టి - భూమట్టానికి చేరలేవు. అవే కనక చేరగలిగి ఉంటే మనం బతకగలిగి ఉండేవాళ్లం కాదు. కనుక మన పాలపుంత క్షీరసాగరం మధ్య నుండి వెలువడుతూన్న అత్యంత శక్తిమంతమైన గామా కిరణాలని అధ్యయనం చెయ్యాలంటే భూమట్టం దగ్గర ఉన్న గామా కిరణ టెలిస్కోపులు పనికిరావు; వాటిని భూమి వాతావరణానికి ఎగువగా - అంతరిక్షం లోకి - లేవనెత్తాలి.

ఇదే విధంగా x-కిరణాల కథనం ఉంటుంది. ఇవి కూడ చాల శక్తి మంతమైనవే. ఇవి కూడ మన శరీరానికి ఎక్కువగా తగలటం మంచిది కాదు. అందుకని చీటికీ, మాటికీ x-రే ఫొటోలు తీయించుకోవటం ఆరోగ్యానికి మంచిది కాదు. వీటిని కూడ మన వాతావరణం పీల్చేసుకుంటుంది కనుక x-కిరణాలతో పనిచేసే టెలిస్కోపులని కూడ అంతరిక్షంలోకి లేవనెత్తాలి.

ఈ కథ అంతా చెప్పిన తరువాత వెలుగు కిరణాలు మన వాతావరణాన్ని దూసుకుని, మన వరకు నిరాఘాటంగా చేరతాయని నేను ప్రత్యేకించి చెప్పక్కరలేదు. ఇది మనం రోజూ చూస్తూన్న దృగ్విషయమే. పరారుణ కిరణాలు (లేదా, వేడి కిరణాలు) కూడ చాల మట్టుకి మన వాతావరణం గుండా నిరాఘాటంగా ప్రయాణం చెయ్యగలవు; అందుకనే మన శరీరానికి సూర్యరస్మి వెచ్చగా సోకుతుంది. (బొమ్మని జాగ్రత్తగా పరిశీలిస్తే ఈ లక్షణాలు మరికొంచెం అర్ధం అవుతాయి.)

మైక్రోవేవ్ కిరణాలు, రేడియో కిరణాలు కొన్ని వాతావరణం గుండా ప్రయాణం చెయ్య కలవు, కొన్ని చెయ్యలేవు. ఇలా వాతావరణం గుండా ప్రయాణం చెయ్యగలిగే వాటితోనే మనం రోదసి నౌకలతోటీ (space vehicles), ఉపగ్రహాలతోటీ సంభాషణలు జరపగలుతున్నాం. కనుక భూమి మీద – సముద్ర మట్టం దగ్గర - రేడియో టెలిస్కోపులు నిర్మించి వాటితో ఖగోళాన్ని పరిశీలించవచ్చు.