Science chapter 12: Space and Satellites

এক নজরে

অনন্ত নীলাকাশ আর রাতের মেঘমুক্ত তারার মেলা মানুষের মনে সৃষ্টির আদিকাল থেকেই গভীর বিস্ময় ও কৌতূহল জাগিয়ে এসেছে। আমাদের মাথার উপরে উন্মুক্ত অসীম শূন্যতা, সূর্য, চন্দ্র, গ্রহ, দূর-দূরান্তের নক্ষত্র, নীহারিকা এবং ছায়াপথ মিলেমিশে গড়ে উঠেছে আমাদের মহাবিশ্ব। বিজ্ঞানের আধুনিক অগ্রযাত্রায় মানুষ কেবল দূরবীক্ষণ দিয়ে তাকিয়েই শান্ত থাকেনি, বরং মহাকর্ষীয় বল ও গতির নিয়মকে কাজে লাগিয়ে মহাকাশে কৃত্রিম উপগ্রহ প্রেরণ করেছে। আজকের আধুনিক মানবসভ্যতার যোগাযোগ, ইন্টারনেট, আবহাওয়া পূর্বাভাস, আন্তর্জাতিক সম্প্রচার, নৌ ও বিমান চলাচল এবং মহাজাগতিক গবেষণার ভিত্তিপ্রস্তর দাঁড়িয়ে আছে এই কৃত্রিম উপগ্রহ ব্যবস্থার ওপর (পৃষ্ঠা ১১৯–১২৬)।

এই অধ্যায়ে ধারাবাহিকভাবে ও পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে আলোচনা করা হয়েছে —

1. মহাকাশের ধারণা ও সীমা — মহাকাশ বা মহাশূন্য কী, বায়ুমণ্ডলের সীমানা এবং পৃথিবী থেকে প্রায় ১৬০ কিলোমিটার উচ্চতায় মহাকাশের বৈজ্ঞানিক সূচনা।
2. মহাবিশ্ব ও এর বিস্তৃতি — মহাবিশ্বের সংজ্ঞা, গ্যালাক্সি বা নক্ষত্রজগতের রূপরেখা, আকাশগঙ্গা বা মিল্কিওয়ে ছায়াপথ, মহাজাগতিক দূরত্ব পরিমাপে আলোর গতি ($c \approx 3 \times 10^5\text{ km/s}$), এবং বিভিন্ন বর্ণের নক্ষত্রের তাপমাত্রা ও আকার।
3. মহাবিশ্বের উৎপত্তি ও বিকাশ — বিগব্যাং তত্ত্ব বা মহাবিস্ফোরণ তত্ত্ব, পরম উত্তপ্ত ও অসীম ঘনত্বের আদিম অবস্থা, স্বতঃস্ফূর্ত প্রসারণ এবং মহাবিশ্বের বয়স (প্রায় ১৩.৭৫ বিলিয়ন বছর বা ১৩৭৫ কোটি বছর)।
4. সৌরজগৎ, প্রাকৃতিক গ্রহ ও উপগ্রহ — সূর্যের চারদিকে আবর্তনশীল ৮টি গ্রহের পরিচয়, গ্রহ ও উপগ্রহের প্রাকৃতিক উৎপত্তি ও মহাকর্ষীয় বন্ধন, এবং বিভিন্ন গ্রহের উপগ্রহ সংখ্যা।
5. কৃত্রিম উপগ্রহের ইতিহাস — স্পুটনিক-১ থেকে শুরু করে মহাকাশ অভিযানের মাইলফলকসমূহ, ইউরি গ্যাগারিন, ভেলেনটিনা তেরেসকোভা, বাণিজ্যিক যোগাযোগ উপগ্রহ এবং বাংলাদেশের গৌরব 'বাংলাদেশ স্যাটেলাইট-১'।
6. কৃত্রিম উপগ্রহের আবর্তন নীতি ও পদার্থবিজ্ঞান — পৃথিবীর অভিকর্ষ বলের মাধ্যমে কেন্দ্রমুখী বল লাভ, ২৫০ কিমি উচ্চতায় ৮ কিমি/সেকেন্ড অনুভূমিক দ্রুতি প্রদানের বৈজ্ঞানিক কারণ, বহু-ধাপ রকেটের প্রয়োজনীয়তা এবং সুতা-বলের ব্যবহারিক পরীক্ষণ।
7. কৃত্রিম উপগ্রহের শ্রেণিবিভাগ ও মানবকল্যাণে অবদান — যোগাযোগ, আবহাওয়া, পৃথিবী পর্যবেক্ষণ (রিমোট সেন্সিং), সামরিক বা গোয়েন্দা নজরদারি, নৌপরিবহণ ও নেভিগেশন (জিপিএস), এবং জ্যোতির্বিজ্ঞান বিষয়ক উপগ্রহের বহুমুখী ও অপরিহার্য প্রয়োগ।

শিখনফল

(পৃষ্ঠা ১১৯ — "এই অধ্যায় শেষে আমরা–")

• মহাকাশ এবং মহাবিশ্ব ব্যাখ্যা করতে পারব;
• প্রাকৃতিক এবং কৃত্রিম উপগ্রহ ব্যাখ্যা করতে পারব;
• উপগ্রহের কক্ষপথে চলার গতি ব্যাখ্যা করতে পারব;
• কৃত্রিম উপগ্রহের ব্যবহার ও গুরুত্ব বর্ণনা করতে পারব;
• কৃত্রিম উপগ্রহের অবদান উপলব্ধি করতে পারব।

মূল আলোচনা

পাঠ ১: মহাকাশ (Space) (পৃষ্ঠা ১২০)

দিনের মেঘমুক্ত আকাশের দিকে তাকালে আমরা সূর্যের প্রখর কিরণ প্রত্যক্ষ করি, আর রাতের আঁধারে চোখ মেললে দেখতে পাই চাঁদের মায়াবী আলো এবং মিটমিট করে জ্বলা অজস্র নক্ষত্ররাজি। দূরবীক্ষণ যন্ত্রের সাহায্যে তাকালে বৃহস্পতির মতো দূরবর্তী গ্রহ তার উজ্জ্বল উপগ্রহসমূহসহ স্পষ্ট দৃশ্যমান হয়।

সংজ্ঞা — মহাকাশ বা মহাশূন্য (Space): গ্রহ, নক্ষত্র, ছায়াপথ, গ্যালাক্সি ইত্যাদির মধ্যবর্তী যে অসীম ফাঁকা বা বায়বীয় উপাদানহীন শূন্যস্থান রয়েছে, তাকে মহাকাশ বা মহাশূন্য বলে।

মহাকাশের দিকে দৃষ্টি দিলে আমরা যেসব জ্যোতিষ্ক দেখতে পাই, তারা প্রত্যেকেই এক একটি জড় পদার্থ — যেমন আমাদের বাসভূমি পৃথিবী। কিন্তু এই সমস্ত দৃশ্যমান ও অদৃশ্যমান পদার্থের বাইরে যে সুবিশাল বিস্তার বিদ্যমান, তা মূলত কোনো পদার্থ নয়; বরং পদার্থের মধ্যবর্তী শূন্যস্থান।

মহাকাশ বা মহাশূন্যের শুরু কোথা থেকে? (পৃষ্ঠা ১২০)

আমাদের পৃথিবীকে ঘিরে রয়েছে একটি সুনির্দিষ্ট গ্যাসীয় আবরণ, যাকে আমরা বায়ুমণ্ডল বলি। পৃথিবী তার নিজ অক্ষের ওপর এবং সূর্যের চারদিকে আবর্তন করার সাথে সাথে তার শক্তিশালী মহাকর্ষীয় টানে বায়ুমণ্ডলকেও সাথে নিয়ে ঘুরছে।

• যেহেতু বায়ুমণ্ডল পৃথিবীর গতিশীল সত্তার অবিচ্ছেদ্য অংশ, তাই বায়ুমণ্ডলকে মহাকাশের অংশ হিসেবে বিবেচনা করা হয় না; একে পৃথিবীর নিজস্ব অংশ হিসেবে গণ্য করা হয়।
• ভূ-পৃষ্ঠ থেকে যত উপরের দিকে ওঠা যায়, পৃথিবীর অভিকর্ষীয় টান এবং বায়ুর ঘনত্ব ক্রমশ কমতে থাকে। বায়ুমণ্ডলের সিংহভাগ উপাদান ভূপৃষ্ঠের কাছাকাছি ঘন স্তরে অবস্থান করে।
• ভূ-পৃষ্ঠ থেকে উচ্চতা বাড়ার সাথে সাথে বায়ুমণ্ডল হালকা থেকে অতি হালকা হতে থাকে।
• বৈজ্ঞানিক পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে, ভূ-পৃষ্ঠ থেকে প্রায় ১৬০ কিলোমিটার ($160\text{ km}$) উচ্চতায় পৌঁছালে বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের অস্তিত্ব কার্যত নিঃশেষ হয়ে যায়।
• এই কারণে আন্তর্জাতিকভাবে ও আধুনিক জ্যোতির্বিজ্ঞানে অধিকাংশ বিজ্ঞানী একমত পোষণ করেন যে: $\text{বায়ুমণ্ডলের পরিসমাপ্তি ও মহাকাশের সূচনা} \approx \text{ভূ-পৃষ্ঠ থেকে } ১৬০\text{ কিলোমিটার উচ্চতায়}$

মহাকাশের সীমা ও মানুষের ঐতিহাসিক দৃষ্টিভঙ্গি (পৃষ্ঠা ১২০)

প্রাচীনকালে আধুনিক বৈজ্ঞানিক প্রযুক্তির অভাবে মানুষ মনে করত মহাকাশ সসীম বা সীমাবদ্ধ।

1. প্রাচীন ধারণা: মানুষ বিশ্বাস করত যে, রাতের আকাশে খালি চোখে যত দূর পর্যন্ত উজ্জ্বল তারকারাজি দেখা যায়, মহাকাশ ঠিক ততটুকুই বিস্তৃত। তাদের ধারণা ছিল মহাকাশ একটি অর্ধগোলক বা বক্রাকৃতির ছাদের মতো পৃথিবীকে ঢেকে রেখেছে।
2. আধুনিক বৈজ্ঞানিক বাস্তবতা: দূরবীক্ষণ যন্ত্র (Telescope) আবিষ্কারের পর মানুষের পর্যবেক্ষণের সীমানা বহুগুণে প্রসারিত হয়। গ্যালিলিও থেকে শুরু করে বর্তমানের মহাকাশ টেলিস্কোপের যুগে মানুষ কোটি কোটি আলোকবর্ষ দূরের গ্যালাক্সি, নীহারিকা ও কোয়াসারের সন্ধান পেয়েছে। এর ফলে প্রমাণিত হয়েছে যে, মহাকাশের কোনো নির্দিষ্ট প্রান্তিক সীমা বা দেয়াল নেই; মহাকাশ অনন্ত এবং চতুর্দিকে সীমাহীনভাবে বিস্তৃত।

শ্রেণি কার্যক্রম: মহাকাশ সম্পর্কিত তথ্য সংকলন (পৃষ্ঠা ১২০)

কাজ — মহাকাশ ও নভোমণ্ডলীয় বস্তুর ধারণা অনুসন্ধান:

• পদ্ধতি: বিজ্ঞানের পাঠ্যবই, বিজ্ঞানভিত্তিক ম্যাগাজিন এবং প্রামাণ্য উৎস থেকে মহাকাশের উপাদান ও বৈশিষ্ট্য সংগ্রহ করা।
• অনুসন্ধানের মূল দিক: মহাকাশ কোনো জড় পদার্থ নয়, এটি পদার্থের ধারক শূন্যস্থান। এতে রয়েছে গ্রহ, নক্ষত্র, উপগ্রহ, ধূমকেতু, উল্কা, আন্তঃনাক্ষত্রিক গ্যাস, ধূলিকণা এবং অদৃশ্য ডার্ক ম্যাটার। সংগৃহীত তথ্য সহপাঠীদের সাথে তুলনা করে শিক্ষকের নির্দেশনায় সঠিক বিজ্ঞানসম্মত সিদ্ধান্তে উপনীত হতে হবে।

পাঠ ২: মহাবিশ্ব (Universe) (পৃষ্ঠা ১২১–১২২)

মহাবিশ্ব কী? (পৃষ্ঠা ১২১)

আমরা অনেকেই মহাকাশ ও মহাবিশ্বকে একই অর্থে মিলিয়ে ফেলি, কিন্তু বিজ্ঞানের দৃষ্টিতে এদের মধ্যে মৌলিক পার্থক্য রয়েছে। মহাকাশ হলো কেবল মধ্যবর্তী ফাঁকা স্থান, আর মহাবিশ্ব হলো সামগ্রিক অস্তিত্ব।

সংজ্ঞা — মহাবিশ্ব (Universe): এই সৃষ্টিজগতে যা কিছু আছে — অতি ক্ষুদ্র ধূলিকণা ও কীটপতঙ্গ থেকে শুরু করে আমাদের এই পৃথিবী, চন্দ্র-সূর্য, দূর-দূরান্তের গ্রহ-নক্ষত্র, ধূমকেতু, উল্কাপিণ্ড, সুবিশাল গ্যালাক্সি, স্থান-কাল এবং এদের মধ্যবর্তী মহাকাশসহ সকল দেখা ও না-দেখা সামগ্রিক সত্তাকে একত্রে মহাবিশ্ব বলে।

মহাবিশ্ব কতটা সুবিশাল, তার প্রকৃত পরিমাপ কোনো মানুষের পক্ষে নিখুঁতভাবে জানা সম্ভব নয়। প্রাচীন বিজ্ঞানীদের কেউ কেউ এর নির্দিষ্ট জ্যামিতিক আকার অনুমান করলেও আধুনিক জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের মতে মহাবিশ্বের কোনো প্রান্ত বা পরিধি নেই। মানুষ নিত্যনতুন শক্তিশালী টেলিস্কোপ দিয়ে মহাবিশ্বকে যতই পর্যবেক্ষণ করছে, ততই নতুন নতুন রহস্যের উন্মোচন ঘটছে।

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│                          মহাবিশ্ব                            ││  ┌────────────────────────┐    ┌──────────────────────────┐ ││  │     নভোমণ্ডলীয় বস্তু      │    │         মহাকাশ           │ ││  │ (গ্রহ, নক্ষত্র, গ্যালাক্সি,│    │(বস্তুসমূহের মধ্যবর্তী    │ ││  │  ধূলিকণা, জীবজগৎ ইত্যাদি)│    │ অসীম শূন্য ফাঁকা স্থান)  │ ││  └────────────────────────┘    └──────────────────────────┘ │└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

গ্যালাক্সি বা নক্ষত্রজগৎ (Galaxy) (পৃষ্ঠা ১২১)

মহাবিশ্বে পদার্থ এলোমেলোভাবে সমভাবে বিন্যস্ত নেই। বিজ্ঞানীদের গভীর মহাজাগতিক পর্যবেক্ষণে প্রমাণিত হয়েছে যে, মহাবিশ্বের কোনো কোনো অংশে বিপুল পরিমাণ বস্তু বা পদার্থ পারস্পরিক মহাকর্ষীয় আকর্ষণে একত্রিত হয়ে পুঞ্জীভূত হয়েছে।

সংজ্ঞা — গ্যালাক্সি বা নক্ষত্রজগৎ: মহাবিশ্বের যেসব অঞ্চলে কোটি কোটি নক্ষত্র, গ্যাসীয় মেঘ ও ধূলিকণা মহাকর্ষীয় বলের প্রভাবে পুঞ্জীভূত বা ঘনীভূত হয়ে এক একটি সুবিশাল পরিবার গঠন করে, তাদের গ্যালাক্সি বা নক্ষত্রজগৎ বলে।

• গ্যালাক্সি হলো মূলত কোটি কোটি গ্রহ, নক্ষত্র ও আন্তঃনাক্ষত্রিক পদার্থের এক মহাজাগতিক সম্মেলন।
• মহাবিশ্বে এরকম শত শত কোটি (বিলিয়ন বিলিয়ন) গ্যালাক্সি রয়েছে, এবং প্রতিটি গ্যালাক্সিতে রয়েছে গড়ে কোটি কোটি নক্ষত্র।
• ছায়াপথ বা মিল্কিওয়ে (Milky Way): আমাদের সৌরজগৎ এবং পৃথিবী যে গ্যালাক্সিতে অবস্থিত, তার নাম ছায়াপথ বা মিল্কিওয়ে (বা আকাশগঙ্গা)। গ্যালাক্সিগুলো মহাকাশের বুকে সর্বদা নিজস্ব গতিতে ঘূর্ণায়মান।

মহাজাগতিক দূরত্ব ও আলোর গতিবেগ (পৃষ্ঠা ১২১)

রাতের আকাশে গ্যালাক্সির নক্ষত্রগুলোকে পরস্পরের খুব কাছে মনে হলেও বাস্তবে এদের মধ্যকার পারস্পরিক দূরত্ব এতই বিশাল যে সাধারণ কিলোমিটার এককে তা প্রকাশ করা প্রায় অসম্ভব। এই দূরত্ব উপলব্ধির জন্য আলোর গতি বিবেচনা করা হয়:

আলোর বেগ ($c$): শূন্য মাধ্যমে আলো এক সেকেন্ডে প্রায় $৩$ লক্ষ কিলোমিটার ($300,000\text{ km/s}$ বা $3 \times 10^5\text{ km/s}$) পথ অতিক্রম করে।

1. সূর্য থেকে পৃথিবীর দূরত্ব: সূর্য ও পৃথিবীর মধ্যকার গড় দূরত্ব প্রায় ১৫ কোটি কিলোমিটার ($1.5 \times 10^8\text{ km}$)। এই বিপুল পথ অতিক্রম করে সূর্য থেকে পৃথিবীতে আলো পৌঁছাতে সময় লাগে: $t = \frac{\text{দূরত্ব}}{\text{বেগ}} = \frac{১৫,০০,০০,০০০\text{ কিমি}}{৩,০০,০০০\text{ কিমি/সেকেন্ড}} = ৫০০\text{ সেকেন্ড} = ৮\text{ মিনিট } ২০\text{ সেকেন্ড}$
2. নিকটতম নক্ষত্র (আলফা সেন্টোরি): সূর্য ছাড়া আমাদের সৌরজগতের সবচেয়ে কাছের নক্ষত্র হলো আলফা সেন্টোরি (Alpha Centauri)। সেকেন্ডে ৩ লক্ষ কিলোমিটার বেগে ছুটে গেলেও সূর্য থেকে আলফা সেন্টোরিতে আলো পৌঁছাতে ৪ বছরের চেয়ে বেশি সময় (প্রায় ৪.২ বছর) লেগে যায়!
3. দূরবর্তী নক্ষত্রমণ্ডলী: মহাবিশ্বের এক গ্যালাক্সি থেকে অন্য গ্যালাক্সিতে কিংবা দূরবর্তী এক নক্ষত্র থেকে অন্য নক্ষত্রে আলো পৌঁছাতে কয়েক মিলিয়ন (লক্ষ লক্ষ) বছর সময় লেগে যায়। এর থেকেই সুস্পষ্ট হয় মহাবিশ্বের বিস্তার কতটা অতলান্ত ও কল্পনাতীত।

নক্ষত্রের প্রকৃতি ও আলোর বর্ণ বিশ্লেষণ (পৃষ্ঠা ১২১)

পৃথিবী থেকে রাতের আকাশে তারকারাজিকে মিটমিট করে জ্বলতে দেখা যায়। মূলত বায়ুমণ্ডলের বিভিন্ন ঘনত্বের স্তরের মধ্য দিয়ে আলো প্রতিসরিত হয়ে আসার কারণে তারাগুলো মিটমিট করে।

• প্রতিটি নক্ষত্র মূলত এক একটি মহাবিসাল জ্বলন্ত গ্যাসপিণ্ড। এদের কেন্দ্রে সংঘটিত পারমাণবিক বিক্রিয়ার ফলে বিপুল আলো ও উত্তাপ নির্গত হয়।
• নক্ষত্রসমূহের আলোর তীব্রতা ও উপরিভাগের তাপমাত্রার ওপর ভিত্তি করে এদের প্রধানত তিনটি প্রধান বর্ণে ভাগ করা হয়:

মহাবিশ্বের উৎপত্তি: বিগব্যাং তত্ত্ব (Big Bang Theory) (পৃষ্ঠা ১২১–১২২)

মহাবিশ্ব কীভাবে সৃষ্টি হলো এবং বর্তমান রূপে পৌঁছাল — এ বিষয়ে আধুনিক বিজ্ঞান ও জ্যোতির্বিজ্ঞানে সবচেয়ে বলিষ্ঠ ও সর্বজনস্বীকৃত তত্ত্বটি হলো 'বিগব্যাং তত্ত্ব' বা বাংলায় 'মহাবিস্ফোরণ তত্ত্ব'।

    ●  (অতি উত্তপ্ত ও অসীম ঘন আদিম বিন্দু — Singularity)    │    ▼  [বিগব্যাং মহাবিস্ফোরণ ও স্বতঃস্ফূর্ত দ্রুত প্রসারণ]   ╱ ╲  ╱   ╲   [তাপমাত্রা হ্রাস ও শীতলীকরণ] ╱     ╲╱       ╲  [মহাজাগতিক মেঘ → নীহারিকা → গ্যালাক্সি ও নক্ষত্রের সৃষ্টি]─────────  [বর্তমান প্রসারণশীল মহাবিশ্ব — বয়স: ১৩.৭৫ বিলিয়ন বছর]

• মূল বৈজ্ঞানিক বক্তব্য: বিগব্যাং তত্ত্ব অনুসারে, সৃষ্টির আদিতে মহাবিশ্বের সমগ্র শক্তি ও পদার্থ একটি অতি ক্ষুদ্র স্থানে চরম উত্তপ্ত এবং অসীম ঘনত্বের (Infinitely dense) একক বিন্দুতে পুঞ্জীভূত ছিল।
• মহাবিস্ফোরণ ও প্রসারণ: প্রায় ১৩.৭৫ বিলিয়ন বছর বা ১৩৭৫ কোটি বছর পূর্বে এই একক আদিম অবস্থা থেকে একটি স্বতঃস্ফূর্ত, আকস্মিক ও প্রচণ্ড প্রসারণ ঘটে। মহাবিশ্ব চতুর্দিকে অকল্পনীয় গতিতে প্রসারিত হতে শুরু করে।
• শীতলীকরণ ও মহাজাগতিক বিবর্তন: দ্রুত প্রসারণের ফলে প্রাথমিক উত্তাপ হ্রাস পেতে থাকে এবং মহাবিশ্ব ক্রমান্বয়ে শীতল হয়ে ওঠে। শীতলীকরণের ফলে মৌলিক কণিকাসমূহ একত্রিত হয়ে হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম গ্যাস তৈরি করে। পরবর্তীতে কোটি কোটি বছর ধরে মহাকর্ষ বলের প্রভাবে সেই মহাজাগতিক মেঘ ঘনীভূত হয়ে গ্যালাক্সি, নক্ষত্র, সৌরজগৎ ও গ্রহ-উপগ্রহের জন্ম দেয়।
• মহাবিশ্বের বয়স: বিগব্যাং সংঘটনের সময়কালকেই মহাবিশ্বের বয়স হিসেবে গণ্য করা হয়। সুতরাং: $\text{মহাবিশ্বের বর্তমান বয়স} = ১৩.৭৫\text{ বিলিয়ন বছর (বা } ১৩৭৫\text{ কোটি বছর)}$
• বৈজ্ঞানিক সমর্থন: বিগব্যাং একটি বহুবার পরীক্ষিত বৈজ্ঞানিক তত্ত্ব। মহাজাগতিক অণুতরঙ্গ পটভূমি বিকিরণ (Cosmic Microwave Background Radiation) এবং গ্যালাক্সিগুলোর পারস্পরিক দূরে সরে যাওয়া এই তত্ত্বকে সন্দেহাতীতভাবে প্রমাণ করেছে। সমকালের শ্রেষ্ঠ তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী অধ্যাপক স্টিফেন হকিং (Stephen Hawking)-সহ বিশ্বের প্রায় সকল প্রখ্যাত বিজ্ঞানী ও জ্যোতির্বিদ এই তত্ত্বকে মহাবিশ্বের উৎপত্তির সর্বাধিক গ্রহণযোগ্য বৈজ্ঞানিক ব্যাখ্যা হিসেবে স্বীকৃতি দিয়েছেন।