चित्रसाहित्य - चंद्रसंभवाची कहाणी

वरदा वैद्य

(पूर्वप्रकाशन - मनोगताचा २०११ चा दिवाळी अंक व माझ्या ‘विवस्वान’ ह्या ब्लॉगवर प्रकाशित झालेल्या https://khagras.wordpress.com/2011/10/31/चंद्रसंभवाची-कहाणी/ ह्या लेखाचे हे संक्षिप्त स्वरूप आहे.)

ऐका चंद्रदेवा तुमची कहाणी. आटपाट सूर्यमाला होती. केंद्रस्थानी सूर्य होता. सूर्याभोवती ग्रह फिरत होते. ग्रह लहान होते, मोठे होते. अवाढव्य होते, बारके होते. दगडाधोंड्यांचे होते, वातवायूंचे होते. त्यातच पृथ्वी फिरत होती.

एकदा एक गोल अवकाशातून फिरताफिरता पृथ्वीपाशी आला. दोघांची टक्कर झाली. टकरीमुळे उत्पात उसळला. त्यातून उडालेल्या धुळीने पृथ्वीभोवती फेर धरला. यथावकाश त्या धुळीचा गोळा झाला आणि पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालू लागला. त्याचे नाव चंद्र ठेवले.

अशाप्रकारे निर्माण झालेला चंद्र सर्वांवर प्रसन्न होऊन तुम्हा-आम्हांत खगोलशास्त्राची आवड निर्माण करो. ही चंद्रसंभवाची साठा उत्तरांची कहाणी पाचा उत्तरी सुफळ संपूर्ण.

चंद्र हा पृथ्वीचा एकुलता एक नैसर्गिक उपग्रह. सौरमालेतील उपग्रहांच्या आकाराचे बाबतीत चंद्राचा पाचवा क्रमांक लागतो. पृथ्वीचा व्यास चंद्राच्या व्यासाच्या चौपट आहे आणि पृथ्वी चंद्राच्या एक्क्याऐंशी पट जड आहे. इतर ग्रहांचे नैसर्गिक उपग्रह त्या ग्रहांच्या तुलनेत खूपच छोटे आहेत. मात्र पृथ्वीला मिळालेला मोठा उपग्रह हा सौरमालेत वेगळा ठरतो. जगभरातील विविध संस्कृतींमध्ये चंद्राच्या निर्मितीबाबत अनेक कपोलकल्पित कथा पूर्वापार प्रचलित आहेत. चंद्राच्या शास्त्रीय अभ्यासाला सुरुवात झाली ती मात्र सतराव्या शतकामध्ये (१६१०) गॅलिलिओने त्याची दुर्बीण चंद्राकडे रोखली तेव्हा. त्यानंतर चंद्रसंभवाचे वेगवेगळे शास्त्रीय तर्क लोकांनी वेळोवेळी मांडले.

पृथ्वीप्रमाणेच चंद्रही दगडाधोंड्यांचा बनलेला आहे. पृथ्वीप्रमाणेच चंद्राच्या अंतरंगाचे तीन भाग आहेत – कवच (crust), प्रावरण (mantle) आणि गाभा (core). चंद्राच्या केंद्रस्थानीचा गाभा इतर ग्रह-उपग्रहांच्या तुलनेत आकारमानाने छोटा आहे. चंद्राचा घन अंतर्गाभा लोहयुक्त आहे तर द्रव बाह्यगाभा प्रामुख्याने वितळलेल्या लोहापासून तयार झालेला आहे. चंद्राचे प्रावरण सिलिकेट खनिजांनी युक्त असून त्यात मॅग्नेशियम आणि लोहाचे प्रमाण मोठे आहे. कवच ऍनोर्थोसाइटचे बनलेले आहे. ऍनोर्थोसाइट हा अग्निजन्य खडकाचा एक प्रकार आहे.

चंद्राला पृथ्वीभोवती एक फेरी मारण्यासाठी लागणारा वेळ (परिभ्रमण काळ) आणि स्वत:भोवती एक गिरकी घेण्यास लागणारा वेळ (परिवलन काळ) सुमारे सारखाच असल्यामुळे चंद्राची एकच बाजू कायम पृथ्वीकडे तोंड करून असते. चंद्राच्या ह्या दर्शनी भागावर अनेक विवरे, खाचखळगे आहेत. चंद्रावरचे डाग म्हणजेच गडद रंगाचे भाग हे प्रत्यक्षात गोठलेल्या शिलारसाची (magma) पठारे आहेत, ज्यांना ‘मरिया’ म्हणतात. लॅटिनमध्ये मरिया म्हणजे समुद्र. मरिया चंद्राच्या दर्शनी भागापैकी सुमारे ३१% भाग व्यापतात. चंद्राच्या मागच्या बाजूवर मात्र फारच कमी मरिया आढळतात (एकूण भागाच्या सुमारे २%).

चंद्राची निर्मिती सुमारे साडेचार अब्ज (billion) वर्षांपूर्वी, सौरमालेच्या निर्मितीनंतर सुमारे ३० ते ५० दशलक्ष (million) वर्षांनी झाली असे मानतात. चंद्राची निर्मिती कशी झाली असावी ह्याबाबत पूर्वीपासून अनेकांनी अनेक तर्क लढवले. त्यातील प्रमुख तर्क असे –

विखंडन (fission) – चंद्र हा पूर्वी पृथ्वीचाच एक भाग होता. काही कारणाने तो पृथ्वीपासून दुरावला व तिच्या गुरुत्वाकर्षणात अडकून तिच्याभोवती फिरू लागला.

प्रग्रहण (capture) – चंद्र सूर्यमालेत इतरत्र तयार झाला. फिरता फिरता यथावकाश पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणात अडकून तिच्याभोवती फिरू लागला.

सहनिर्मिती (conformation/ coaccretion/ condensation) – चंद्र आणि पृथ्वी हे दोघेही (सौरमाला ज्यापासून तयार झाली त्या) मूळ तेजोमेघापासून (nebula) तयार झाले व एकमेकांभोवती फिरू लागले.

महा-आघात (giant impact) -सौरमालेच्या सुरुवातीच्या इतिहासात सुमारे मंगळाएवढ्या आकाराची एक ख-वस्तू पृथ्वीवर आदळली आणि त्या टकरीतून बाहेर अवकाशात फेकल्या गेलेल्या पदार्थांचे कडे पृथ्वीभोवती फिरू लागले. कालांतराने ह्या कड्यातील पदार्थ एकत्र येऊन त्याचा चंद्र झाला.

आता ह्या तर्कांविषयी अधिक माहिती पाहू.

विखंडन (fission)–
१८७८ मध्ये (सजीवांच्या उत्क्रांतीचा (evolution) सिद्धांत मांडणार्‍या सुप्रसिद्ध चार्ल्स डार्विनचा मुलगा) जॉर्ज हॉवर्ड डार्विनने चंद्रसंभवाचा विखंडन तर्क मांडला. डार्विनच्या तर्कानुसार पृथ्वीनिर्मितीच्या सुरुवातीच्या काळात मूळ पृथ्वीचाच असलेला आणि वितळलेला भाग सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाने व अपसारी वा अपकेंद्री बलामुळे (centrifugal force) पृथ्वीपासून दूर फेकला गेला. तो पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे तिच्याभोवती फिरत राहिला. डार्विनने विखंडित चंद्राच्या कक्षेचे (orbit) मोजमाप व स्पष्टीकरण मांडले. त्यानुसार, चंद्राची कक्षा पूर्वी पृथ्वीच्या बरीच जवळ होती व हळूहळू ती रुंदावत गेली. आधुनिक विज्ञानही मान्य करते की चंद्र पृथ्वीपासून हळूहळू दूर जात आहे.

आता असा प्रश्न निर्माण झाला की पृथ्वीचा नेमका कोणता भाग सुटून दुरावला? डार्विनने विखंडन तर्क मांडल्यानंतर सुमारे चार वर्षांनी प्रसिद्ध भूगर्भशात्रज्ञ ऑस्मंड फिशर यांनी डार्विनच्या तर्काला अशी पुस्ती जोडली की चंद्र पृथ्वीपासून सुटून निघाल्यामुळे निर्माण झालेल्या खळग्यामध्ये पाणी भरून आताचा प्रशांत महासागर (Pacific Ocean) तयार झाला आहे. पृथ्वीच्या प्रावरणाची आणि चंद्राची रासायनिक घडण ढोबळमानाने सारखी असल्याचे आढळत असल्यामुळे हा तर्क लोकप्रिय ठरला. पृथ्वीच्या प्रावरणामध्ये लोहाचे प्रमाण फार मोठे नसल्यामुळे त्यापासून तयार झालेल्या चंद्राचा लोहयुक्त गाभा छोटा असावा असे स्पष्टीकरण विखंडन तर्काने दिले.

विखंडन तर्क खरा मानायचा झाल्यास (चंद्र निर्माण होण्यापूर्वी) पृथ्वीचा स्वतः:भोवती फिरण्याचा वेग सुमारे चौपटीने अधिक असायला हवा, मात्र तसा तो असल्याचे पुरावे सापडत नाहीत. कृत्रिम उपग्रहांनी मिळवलेल्या माहितीच्या विश्लेषणानंतर ऑस्मंड फिशर यांचा चंद्र आणि प्रशांत महासागराच्या जागेसंदर्भातला तर्कही चूक ठरला. प्रशांत महासागराचे खोरे (Pacific basin) केवळ ७० दशलक्ष वर्षांपूर्वी तयार झालेले आहे. तेव्हा विखंडनाने चंद्रसंभव होणे शक्य नाही असा निष्कर्ष निघतो.

प्रग्रहण (capture)–
१९०९ साली खगोलशास्त्रज्ञ थॉमस जेफरसन जॅक्सन सी यांनी प्रग्रहण तर्क मांडला. प्रग्रहण तर्कानुसार चंद्राची निर्मिती सौरमालेत इतरत्र झाली. त्यामुळे चंद्राच्या रासायनिक घडणीचे पृथ्वीच्या घडणीशी साम्य असण्याचे कारण उरत नाही. इतस्तत: फिरता फिरता चंद्र पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात आला आणि तिच्याभोवती कायमचा फिरू लागला असे प्रग्रहण तर्क सांगतो. आता ही घटना घडायची झाल्यास त्यासाठी कोणती परिस्थिती असणे आवश्यक ठरते ते पाहू. सौरमालेतील इतर ग्रह-उपग्रहांच्या जोड्या पाहता पृथ्वीच्या आकारमानाच्या तुलनेत चंद्र खूपच मोठा आहे. तर एवढा मोठा चंद्र तिच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जाळ्यात अडकण्यासाठी तिचा आणि चंद्राचा वेग खूपच मंद असायला हवा. शिवाय चंद्राची गती पृथ्वीपाशी येताना कमी झालेली असायला हवी, नाहीतर चंद्र कालांतराने पृथ्वीच्या कचाट्यातून बाहेर सुटू शकला असता. मात्र तसे झाले नाही. चंद्र सौरमालेदरम्यानच्या अवकाशात इतरत्र तयार झाला असेल तर त्याचा गाभा छोटा असण्याचे, त्यात लोहाचे प्रमाण (इतर ग्रह-उपग्रहांच्या तुलनेत) एवढे कमी असण्याचे कारण नाही. पृथ्वीच्या आणि चंद्रावरील काही रासायनिक घडणीचे आणि चंद्राच्या मोठ्या आकाराचे स्पष्टीकरणही प्रग्रहण तर्क देऊ शकत नाही. सबब हा तर्कही मागे पडला.

सहनिर्मिती (conformation/ coaccretion/ condensation)–
सहनिर्मिती तर्काला अनेक प्रसिद्ध वैज्ञानिकांचा पाठिंबा मिळाला होता. सहनिर्मिती तर्कानुसार पृथ्वी आणि चंद्र हे दोघेही सौरमालेत सध्या आहेत तिथेच मूळ तेजोमेघातील (nebula) पदार्थांपासून तयार झाले. त्यामुळे दोघांची निर्मिती एकाच सुमारास झाली असे हा तर्क मांडतो. दोघे सध्याच्या ठिकाणी तयार झाले असते तर दोघांचे आकारमान पाहता दोघे एकमेकांवर आदळून चंद्र पृथ्वीमध्ये विलीन झाला असता. तिच्याभोवती फिरत राहू शकला नसता. तसेच दोघे एकाच मूळ तेजोमेघापासून एकमेकांपासून जवळच्या अंतरावर एकाच सुमारात तयार झाले असते तर दोघांच्या रासायनिक जडणघडणीमध्ये, गुरुत्वाकर्षण शक्तीमध्ये, गाभ्यामध्ये आणि घनतेमध्ये एवढा फरक कसा, ह्या प्रश्नाचे उत्तर सहनिर्मिती तर्क देऊ शकत नाही. थोडक्यात, हा तर्कही मागे पडला.

महा-आघात (giant impact) –
चंद्राच्या निर्मितीबाबतच्या वरील तीन तर्कांची शहानिशा करण्याच्या उद्देशाने अपोलो मोहिम आखली गेली. अपोलो यानांनी चंद्रावरील दगडमातीचे नमुने पृथ्वीवर आणले. मात्र त्यातून मिळालेला विदा (data) वरीलपैकी कोणत्याच तर्काला पुष्टी देत नाही. अपोलो विद्यातून उपस्थित प्रश्नांची उत्तरे मिळणे तर सोडाच, उलट आणखी प्रश्न निर्माण झाले. सत्तरीच्या दशकाच्या मध्यावर चंद्राच्या निर्मितीचा एक वेगळाच सिद्धांत आकार घेऊ लागला होता. खरे तर हार्वर्ड विद्यापीठातील रेजिनाल्ड डाली यांनी १९४६ साली आघातातून चंद्राच्या निर्मितीचा तर्क मांडला होता. मात्र त्याकाळच्या लोकप्रिय तर्कांच्या पार्श्वभूमीवर ह्या नव्या तर्काकडे सगळ्यांचे दुर्लक्ष झाले होते. १९७४ साली मात्र हा तर्क खगोलशास्त्रीय वर्तुळात पुन्हा ऐरणीवर आला. ह्या तर्कानुसार चंद्रसंभव झाला तो मंगळाएवढ्या आकाराची ख-वस्तू पृथ्वीवर आदळल्यामुळे.

१९७५ मध्ये डॉ. विलियम हार्टमन आणि डॉ. डॉनल्ड डेविस यांनी “आयकॅरस” ह्या सुप्रसिद्ध मासिकामध्ये महा-आघात सिद्धांताचे स्पष्टीकरण प्रकाशित केले. सौरमाला ग्रहनिर्मितीच्या शेवटच्या टप्प्यात असताना सौरमालेत लहान-मोठ्या उपग्रहांच्या आकाराचे अनेक गोल इतस्तत: फिरत होते. त्यातील काही गोल हे ग्रहांच्या गुरुत्वाकर्षणात अडकून त्यांच्याभोवती फिरू लागले, तर काहींची एखाद्या ग्रहांशी टक्कर झाली. हार्टमन आणि डेविस यांच्या प्रारुपानुसार (model) त्यातील एका गोलाची पृथ्वीशी टक्कर झाली आणि पृथ्वीच्या प्रावरणातील धूळ आकाशात उडाली. त्या धुळीपासून कालांतराने चंद्र तयार झाला. ही आघाताची क्रिया चंद्राच्या विशिष्ट अशा भूगर्भीय घडणीचे स्पष्टीकरण देऊ शकते.

हार्टमन आणि डेविस ह्यांचा तर्क प्रसिद्ध होण्याच्या सुमारास आणखी एका वैज्ञानिक जोडीने हाच तर्क स्वतंत्रपणे मांडला. आल्फ्रेड कॅमरुन आणि विलियम वार्ड ह्यांच्या प्रारुपानुसार (model) सुमारे मंगळाएवढ्या आकाराचा गोल पृथ्वीवर आदळला. मात्र ही टक्कर समोरासमोर (head on) न होता स्पर्शरेखीय (tangential) होती. ह्याचा अर्थ आघात होतेवेळी पृथ्वीचे केंद्र आणि मंगळाएवढ्या गोलाचे केंद्र जोडणारी रेषा आणि त्या गोलाची कक्षा यांच्यातील कोन पंचेचाळीसाच्या जवळपास होता. त्यामुळे ह्या आघातातून बाहेर उडालेली धूळ ही मुख्यत: पृथ्वीचे कवच आणि प्रावरणाची आणि त्या गोलाच्या प्रावरणाची होती. त्यामुळे धुळीत सिलिकेटांचे प्रमाण प्रचंड तर लोहाचे प्रमाण नगण्य असणे साहजिक ठरते.

ग्रीक पुराणकथेनुसार “थिया” (Theia) ही देवता चंद्रदेवता सेरेनला जन्म देते. त्यामुळे ह्या मंगळाएवढ्या ख-वस्तूचे नामकरण “थिया” (Theia) असे झाले. महा-आघात सिद्धांतानुसार थिया आणि पृथ्वी हे शेजार ग्रह होते. अर्थातच पृथ्वीचा आकार आणि पर्यायाने गुरुत्व थियापेक्षा मोठे असल्याचा परिणाम कालांतराने थिया पृथ्वीवर आदळण्यात झाला. डॉ. कॅमरुन यांच्या प्रारुपानुसार थिया व पृथ्वीची स्पर्शरेखीय टक्कर झाल्यावर थिया पृथ्वीमध्ये हळूहळू विलीन होत गेली. थियाचा लोहगाभा हळूहळू पृथ्वीच्या केंद्राकडे खेचला जाऊन पृथ्वीच्या गाभ्यात मिसळला. आघातामुळे उडालेली धूळ, दगडधोंडे नव्या पृथ्वीच्या भोवती फिरू लागले. कालांतराने ही धूळ व दगडधोंडे एकत्र येऊन त्यांपासून चंद्राची निर्मिती झाली. पृथ्वीभोवती फेर धरलेल्या धुळीचा चंद्र होण्यासाठी सुमारे दहा वर्षांचा कालावधी लागला असावा असे हे प्रारूप सुचवते. एवढ्या थोडक्या कालावधीमध्ये तयार झालेला चंद्र अतिशय तप्त आणि वितळलेल्या स्वरूपात असावा. त्यामुळे चंद्रावरील वितळलेल्या शिलारसाच्या (magma) मरियांच्या अस्तित्वाचे स्पष्टीकरण महा-आघात सिद्धांत देऊ शकतो.

मात्र पृथ्वी आणि चंद्रामध्ये प्रत्यक्ष आढळणार्‍या काही रासायनिक आणि भूगर्भीय वैशिष्ट्यांचे स्पष्टीकरण देण्यास महा-आघात सिद्धांत कमी पडतो. अशाप्रकारे महा-आघाताच्या सिद्धांतामुळे चंद्रसंभवाची कहाणी पाचा उत्तरी सुफळ झाली तरी साठा उत्तरी संपूर्ण मात्र होऊ शकत नाही. तरीही चंद्रसंभवाचा महा-आघात सिद्धांत आजच्या घडीला सर्वमान्य आणि लोकप्रिय सिद्धांत आहे.

दोन चंद्र ?
चंद्राचा दर्शनी भाग त्याच्या मागच्या भागापेक्षा फारच वेगळा आहे. दर्शनी भागावर मरियांचे प्रमाण खूप (एकूण भागाच्या ३१ %) तर मागील भागावर फारच थोडे (एकूण भागाच्या २%) आहे. दर्शनी भाग तुलनेने सपाट तर मागील भाग मोठ्या प्रमाणात उंच-सखल डोंगर-दर्‍यांचा आहे. चंद्राच्या दोन्ही बाजूंमध्ये एवढा फरक कसा?

चंद्राच्या दोन भागांमधील फरकावर संशोधन करणार्‍या सांता क्रूझच्या कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील एरिक ऍस्फाग आणि मार्टिन जुट्झी यांच्या संगणक प्रारुपानुसार (model) महा-आघातातून उडालेल्या धुळीचे सुरुवातीला एक नाही तर दोन चंद्र तयार झाले. त्यातील एक दुसर्‍यापेक्षा बराच मोठा होता. दोघांची रायायनिक घडण अर्थातच सारखी होती. मोठ्या चंद्राला छोटा गाभा होता, छोट्या चंद्राचा गाभा अगदीच नगण्य होता. निर्मितीनंतर काही काळ (सुमारे १० दशलक्ष वर्षे) हे दोन्ही चंद्र एकाच कक्षेमध्ये पृथ्वीप्रदक्षिणा करत होते. एवढ्या कालावधीमध्ये मोठ्या चंद्रावर शिलारसाचे समुद्र तयार होऊन ते थंड झाले होते. मोठ्या चंद्राची परिभ्रमण कक्षा हळूहळू रुंदावत गेली आणि त्याचा छोट्या चंद्राच्या कक्षीय स्थैर्यावर परिणाम होऊन कालांतराने छोटा चंद्र मोठ्यावर जाऊन आदळला. मात्र हा आघात होतेवेळी दोन्ही चंद्रांची एकमेकांसापेक्ष गती मंद होती. ह्या मंदगती आघातामुळे मोठ्या चंद्रावर आघाताने खड्डा पडला नाही, तर लहान चंद्रामधील पदार्थ मोठ्या चंद्रावर जाऊन पसरले. त्यातून आघाताच्या जागेवर उंचसखल डोंगरदर्‍या तयार झाल्या. त्यावेळी छोट्या चंद्रावरील पदार्थाने मोठ्या चंद्राच्या आघातक्षेत्रातील पदार्थांना दूर लोटले. अशाप्रकारे तयार झालेल्या नव्या चंद्राची एक बाजू जड होती. कालांतराने चंद्र त्याच्या कक्षेत स्थिरावताना त्याची परिवलन आणि परिभ्रमण गती सारखीच होऊन परिणामत: त्याची एकच एक बाजू सतत पृथ्वीसमोर राहू लागली.

चंद्रसंभवाच्या कहाणीतील साठ उत्तरे मिळवण्यासाठी अनेक वैज्ञानिक संशोधन करत आहेत. चंद्र आपल्याला नेहमीच जवळचा वाटत आलेला आहे. मानवी इतिहासातील घटनांच्या बाबतीत “चंद्र आहे साक्षीला” पण चंद्रसंभवाच्या घटनेची साक्ष कोण देणार?

संदर्भ –
१. Center for Lunar Origin and Evolution चे संकेतस्थळ (http://cloe.boulder.swri.edu/aboutTheMoon/alternateTheories.html)
२. The Grant Chronicle article - The Capture Theory of the Moon
३. Origin of Earth and Moon, G. Jeffrey Taylor, Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology.
५. Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon, M. Jutzi and E. Asphaug, Nature, 2011, vol. 476, pp. 69-72
६. Pbs.org चे संकेतस्थळ
७. पारिभाषिक शब्दांसाठी : मनोगतावरील पारिभाषिक शब्दांचा शोध
८. विकिपीडियाचे ’Giant Impact Hypothesis’ संकेतपान.