महागोफणीचा भीमटोला

तुम्हाला जर असा प्रश्न कोणी विचारला की आदिमानवाला गवसलेले पहिले असे प्राणघातक हत्यार कोणते की जे वापरून त्याला दूर अंतरावरून आणि त्याच्यापेक्षा कितीतरी जास्त गतीने धावू शकणार्‍या, रानटी प्राण्यांची शिकार करणे किंवा स्वत:च्या मानवी शत्रूलाही दूर अंतरावरूनच ठार मारणे किंवा किमान पक्षी त्याला घातक प्रमाणातील शारिरिक इजा करणे शक्य झाले असावे? तर तुम्ही त्याचे काय उत्तर द्याल? खरे तर या प्रश्नाचे उत्तर अगदी सोपे आहे. हे हत्यार होते व आहे, शेतकरी शेताची राखण करत असताना वापरतात ती साधी गोफण!

गोफण हे हत्यार पाषाणयुगापासून मानवाने उपयोगात आणले असावे असे समजले जाते. गोफणींमध्ये कालानुसार बदल होत गेले मात्र या गोफणीतून जी गोळी सुटत असे ती पाषाणकालापासून ते आतापर्यंत, पाषाणातून बनवलेली एक गोटी, याच स्वरूपात राहिलेली आहे. हडप्पा कालीन लोकांना याचे ज्ञान होते की गोफणीतून फेकली जाणारी गोटी ही जर पूर्णपणे गोल आकाराची (spherical) असेल तर ती सर्वात जास्त गतीने फेकली जाते व त्यामुळे सर्वात प्राणघातक बनू शकते. 4500 वर्षांपूर्वी वापरात असलेल्या, संपूर्ण गोल आकाराच्या आणि पाषाणातून बनवलेल्या अशा गुळगुळीत गोट्या मला दिल्लीच्या राष्ट्रीय संग्रहालयात आणि कच्छ मधील धोलाविरा येथे बघायला मिळाल्या होत्या.

परंतु गोफण म्हणजे तरे काय? असा प्रश्न जर कोणी विचारला तर गोफणीचे वर्णन एका दुहेरी दोरीच्या मध्यभागी अडकवलेला एक छोटासा कातडी खिसा असे करता येते. या गोफणीमधून शिकार करण्यासाठी म्हणून जी गोटी वापरायची असते ती कातडी खिशामध्ये ठेवली जाते. नंतर या दोरीच्या एका टोकाला असलेल्या फासामध्ये हाताचे मधले बोट अडकवायचे आणि दोरीचे दुसरे टोक हाताचा आंगठा आणि तर्जनी बोट यामधील बेचक्यात घट्ट धरून ठेवले की गोफण सज्ज होते. हात चक्राकार फिरवून गोफणीला गती दिली की गोफणीमधील कातडी खिसा व त्यातील गोटी चक्राकार गतीने गरागर फिरू लागते. योग्य क्षणी अंगठा व तर्जनी यामध्ये पकडलेले दोरीचे टोक सोडून दिले की मधल्या कातडी खिशातील गोटी एखाद्या बाणासारखी लक्षाकडे सुसाट रितीने हवा कापत सुटते. हाताने गोटी दूर फेकता येईल त्यापक्षा कितीतरी जास्त गतीने व त्यामुळे जास्त अंतरापर्यंत गोफणीने तीच गोटी फेकता येणे शक्य असते. गोफणीच्या दोरीमुळे आपल्या हाताची परिणामी लांबी बरीच वाढू शकते व त्यामुळे गोटी लांबवर फेकली जाते हे गोफणीच्या कार्यामागचे प्रमुख सूत्र आहे असे म्हणता येईल.

माध्यमिक शाळेतील कोणतेही भौतिकी विषयाचे पुस्तक आपल्याला सांगते की वर्तुळाकार किंवा चक्राकार गतीने फिरत असलेल्या वस्तूची गती त्या वर्तुळाच्या त्रिज्येवर अवलंबून असते. त्रिज्या जितकी जास्त तितकी गती जास्त! या तत्त्वामुळे एखादी गोटी हाताने फिरवली असता तिला जी गती मिळू शकते त्यापेक्षा कितीतरी जास्त पटीने गती, तीच गोटी गोफणीमध्ये फिरत ठेवलेली असली तर तिला प्राप्त होऊ शकते. यामागचे कारण, वर सांगितल्याप्रमाणे ती गोटी ज्या वर्तुळामध्ये फिरत असते त्या वर्तुळाची त्रिज्या नाट्यमय रितीने गोफणीमुळे वाढते हेच असते. गोटीच्या गतीमध्ये खूप मोठ्या प्रमाणात वृद्धी झाल्याने ती लक्षाचा वेध मोठ्या घातक रितीने घेऊ शकते.

परंतु आज मी गोफण आणि बरोबर वापरण्याच्या गोट्या किंवा टोले याबद्दल लिहितो आहे याला कारण आहे भारताने अंतराक्षात पाठवलेले आणि मॉम या नावाने सुपरिचित झालेले मंगळयान! हे मंगळयान अवकाशात 1 डिसेंबर 2013 या दिवशी भारताच्या पी एस एल व्ही या विश्वासू रॉकेटने अंतराळात नेऊन सोडले होते व ते आता मंगळाकडे मार्गस्थ झालेले आहे. अमेरिका किंवा इतर काही तत्सम देश यांनी आपली मंगळयाने मंगळाकडे या आधीच यशस्वी रितीने थेट प्रक्षेपण करून पोचवलेली असताना, भारताला मात्र या कार्यासाठी गोफणीची का गरज लागावी? असा प्रश्न साहजिकच पुढे येतो. भारताची या बाबतीतील सर्वात प्रमुख अडचण त्याच्याकडे मंगळाकडे यानाला थेट पोचवू शकेल असे प्रक्षेपण करण्याची क्षमता असणार्‍या रॉकेटची असलेली कमतरता ही असल्याने त्याला दुसरा कोणता तरी मार्ग अवलंबण्याची गरज स्वाभाविकच भासत होती. भारताकडे विश्वासू असे मानले जाणारे आणि मंगळयानाचे 1300 किलो वजन उचलू शकणारे, पी एस एल व्ही हे एकच रॉकेट उपलब्ध होते व या रॉकेटने मंगळाकडे जाण्यास आवश्यक असलेली गती हे रॉकेट मंगळयानाला देऊ शकत नव्हते.

हे जरी मान्य केले तरी मुळात एक काही विशिष्ट गती मंगळयानाला देण्याची गरजच काय? असा मूलभूत प्रश्न समोर आल्याशिवाय रहात नाही. या प्रश्नाचे उत्तर, पृथ्वी आपल्या पृष्ठभागावर असलेल्या सर्व जड वस्तू आणि त्याच्या वर असलेल्या वातावरणासारख्या गोष्टी यांना ज्या मूलभूत बलाच्या जोरावर आपल्यापाशी जखडून ठेवण्यात यशस्वी होत असते त्या गुरुत्वाकर्षणाच्या बलाशी निगडित आहे. आपण हाताने जेंव्हा एखादा दगड वर फेकतो तेंव्हा काही कालाने तो परत खाली जमिनीवर जसा पडतोच तसेच रॉकेटने प्रक्षेपित केलेले प्रत्येक यान हे परत जमिनीवर पडणार असतेच. मात्र जर याच यानाला आपण सेकंदाला 11.2 किमी एवढी गती प्राप्त करून देऊ शकलो तर हे यान पृथ्वी भोवती असलेल्या तिच्या परिणाम कक्षेच्या (Earth’s Sphere of influence or SOI) बाहेर पडू शकते. मात्र भारताचे पी.एस.एल.व्ही रॉकेट 1300 किलो वजनाच्या यानाला ही गती प्राप्त करून देण्याच्या क्षमतेचे नसल्याने हा थेट मार्ग अवलंबणे भारताला शक्य नव्हते.

या अडचणीमुळे भारतीय अवकाश शास्त्रज्ञ दुसरी कोणती तरी पद्धत अवलंबून मंगळयानाला आवश्यक ती गती प्राप्त करून देण्याच्या मागे लागले. नोव्हेंबर 5, 2013 या दिवशी भारतीय अवकाश संस्थेने, आपल्या मंगळयानाला, पृथ्वीलगत असलेल्या एका लंबवर्तुळाकार भ्रमणकक्षेमधे नेण्यात यश प्राप्त केले. या लंबवर्तुळाकार भ्रमणकक्षेचे पृथ्वीपासूनचे सर्वात जास्त अंतर 23000 किमी एवढे होते परंतु या कक्षेत फिरणार्‍या मंगळयानाची गती त्याला पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण परिणाम कक्षेच्या बाहेर नेण्यास समर्थ नव्हती. मंगळयानावर असलेले एक रॉकेट 6 वेळा प्रज्वलित करून भारतीय शास्त्रज्ञांनी मंगळयानाची गती हळूहळू पायर्‍यापायर्‍यांनी वाढवत नेली व अखेरीस जेंव्हा मंगळयानाच्या कक्षेचा पृथ्वीपासून सर्वात जास्त अंतरावर असलेला बिंदू 2 लाख किमी एवढा झाला तेंव्हा या यानाला पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण परिणाम कक्षेच्या बाहेर निसटता येईल एवढी गती त्याला प्राप्त झाली.

यानंतर अवकाशशास्त्रज्ञांनी मंगळयान स्वत:भोवती असे फिरवले की त्याच्यावरचे रॉकेट प्रज्वलित केल्यावर ते कक्षेच्या स्पर्श-रेषेच्या दिशेत बाहेर फेकले जावे. हे रॉकेट 23 मिनिटे प्रज्वलित केले गेले व त्यामुळे त्याला सेकंदाला 11.4 किमी एवढी गती प्राप्त झाली आणि अखेरीस ते पृथ्वीच्या मगरमिठी मधून मुक्त झाले.

भारतीय अवकाश संस्थेच्या म्हणण्याप्रमाणे मंगळयानाने प्रथम सूर्याभोवतीच्या हैपरबोलिक कक्षेमधे आपला मंगळाकडचा प्रवास आरंभ केला व नंतर डिसेंबर 4, 2013 या दिवशी त्याने 9.25 लाख किमी अंतरावरची पृथ्वीची परिणाम कक्षा ओलांडली. या नंतर एखाद्या धूमकेतूच्या कक्षेप्रमाणे असलेल्या सूर्याभोवतीच्या लंबवर्तुळाकार कक्षेत मंगळयान आपला पुढचा प्रवास करत आहे.

साधारण 300 दिवस या सूर्याभोवतीच्या लंबकर्तुळाकार कक्षेमध्ये केलेल्या प्रवासानंतर अशी अपेक्षा आहे की मंगळयान मंगळाच्या परिणाम कक्षेजवळ पोचावे. ते तिथे पोचले की यानावरील रॉकेट परत एकदा प्रज्वलित केले जाईल. यामुळे मंगळयानाची गती कमी होऊन मंगळाच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या कचाट्यात ते सापडेल आणि मंगळाभोवती प्रदक्षिणा करू लागेल.

दिनांक 7 फेब्रुवारी 2014 या दिवशी प्रसिद्ध केलेल्या ट्विटमध्ये भारतीय अवकाश संस्थेने मंगळयान पृथ्वीपासून 1.5 कोटी किमीवर पोचले असून त्याच्याकडे पाठवलेला संदेश पोचण्यास आता 1 मिनिटाचा अवधी लागतो आहे असे वृत्त दिले आहे.

मंगळयानाच्या या सफरीत प्रवास करण्याचा पल्ला आपल्या रोजच्या व्यवहारातील अंतरांच्या मानाने अनंतच म्हणावा लागेल. हे अंतर कापण्यासाठी मंगळयानाला योग्य मार्गावर ठेवता यावे म्हणून करावी लागणारी गणिते सुद्धा तशीच अगणितच म्हणावी लागतील. तरीसुद्धा गुरुत्वाकर्षणाचे बल वापरून आणि मंगळयानावरील रॉकेट योग्य वेळी आणि योग्य काळासाठी प्रज्वलित करून शास्त्रज्ञांनी घडवून आणलेला हा महागोफणीचा भीमटोला व 4500 वर्षांपूर्वी हडपा मधे रहाणार्‍या एखाद्या रहिवाशाने शिकार करण्यासाठी सोडलेली गोफणीमधली गोटी या दोन्ही मागचा भौतिकी सिद्धांत हा एकच आणि तोच आहे. यामुळेच भारतीय अवकाश शास्त्रज्ञ, मंगळयानाच्या या मोहिमेला, सर्व गोफणींच्या टोल्यांची आई (Mother of all sling shots) या नावाने संबोधत आहेत.

9 फेब्रुवारी 2014

माझ्या मूळ इंग्रजी लेखासोबत असलेली छायाचित्रे बघण्यासाठी या दुव्यावर क्लिक करा.