अंतरिक्ष में तैरते हुए यान, कैसे माप लेते हैं, ग्रहों की ऊंचाई?

रामपुर में स्थित, आर्यभट्ट प्लैनेटेरियम (Aryabhata Planetarium), ग्रहों और खगोल विज्ञान के अध्ययन में रूचि रखने वाले जिज्ञासु लोगों के लिए किसी स्वर्ग से कम नहीं है। यहां पहुंचकर, आप ग्रहों-उपग्रहों की कई विशेषताओं का करीब से अध्ययन कर सकते हैं।
ग्रहों की ऊंचाई, उनकी ख़ास विशेषता होती है, जिसे मापने की प्रक्रिया को "ग्रहीय एल्टीमेट्री (Planetary Altimetry)" कहा जाता है। इस माप के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण को " एल्टीमीटर (Altimeter)" कहा जाता है । एल्टीमीटर एक ऐसा उपकरण है जो किसी वस्तु की ऊंचाई को एक निश्चित स्तर से ऊपर मापता है। आज के इस लेख में, हम ग्रहों के आकार और उनकी ऊंचाई जैसी कई विशेषताओं को मापने वाले यंत्रों और अन्य विधियों के बारे में बहुत ही सरल भाषा में विस्तार से जानेंगे।
ग्रहों की लेज़र एल्टीमेट्री (Laser Altimetry): ग्रहों की ऊँचाई की गणना कैसे की जाती है? लेज़र एल्टीमीटर (Laser Altimeter) एक ऐसा उपकरण है, जिसका उपयोग किसी परिक्रमा करने वाले अंतरिक्ष यान से ग्रह या क्षुद्रग्रह की सतह तक की दूरी मापने के लिए किया जाता है।
इस उपकरण द्वारा दूरी का पता लगाने के लिए, लेज़र किरण (Laser Beam) को ग्रह की सतह तक भेजा जाता है। इसके बाद लेज़र किरण को जाने और वापस लौटने में लगने वाले कुल समय को मापा जाता है। दूरी की गणना, पल्स के राउंड-ट्रिप समय (Round-Trip Time of Pulse) को प्रकाश की गति से गुणा करके की जाती है, और फिर इस परिणाम को दो से विभाजित किया जाता है। जब उपकरण या अंतरिक्ष यान की दिशा और स्थिति ज्ञात हो जाती है, तो यह निर्धारित किया जा सकता है कि लेज़र किरण सतह पर किस स्थान पर टकराती है। लेज़र द्वारा बनाए गए धब्बों या पदचिह्नों की श्रृंखला, ग्रह सतह की एक प्रोफ़ाइल प्रदान करती है।
पृथ्वी पर ऊँचाई का शून्य स्तर (Zero Level), समुद्र तल पर आधारित होता है। लेकिन मंगल ग्रह पर कोई महासागर या "समुद्र तल" नहीं है। इसलिए, मंगल की सतह के मानचित्रण के लिए, एक मनमाना शून्य ऊँचाई स्तर या " डेटम (Datum) " निर्धारित किया गया था। यह डेटम, एक स्थिर वायुमंडलीय दबाव पर आधारित था।
मैरिनर 9 (Mariner 9) मिशन से लेकर, 2001 तक, इस डेटम को, 610.5 पास्कल (6.105 मिलीबार) पर सेट किया गया था। यह दबाव इसलिए चुना गया क्योंकि इसके नीचे तरल पानी स्थिर नहीं रह सकता है। पानी का त्रिगुण बिंदु (Triple Point) इसी दबाव पर होता है। यह दबाव मान, पृथ्वी के समुद्र तल पर दबाव का केवल 0.6% है।
इस मान को चुनने का मतलब यह नहीं है कि इस ऊँचाई से नीचे तरल पानी मौजूद है। बल्कि इसका अर्थ है कि यदि तापमान, 273.16 केल्विन (0 डिग्री सेल्सियस या 32 डिग्री फ़ारेनहाइट) से अधिक हो, तो तरल पानी मौजूद हो सकता है।
2001 में, मार्स ऑर्बिटर लेज़र एल्टीमीटर (Mars Orbiter Laser Altimeter) या संक्षेप में मोला (MOLA) के डेटा ने एक नई परंपरा की शुरुआत की। इस डेटा के आधार पर, शून्य ऊँचाई को समविभव सतह (Reference Surface) के रूप में परिभाषित किया गया। यह सतह, इस ग्रह की औसत त्रिज्या (Mean Radius) के बराबर है। इसका निर्धारण, भूमध्य रेखा पर गुरुत्वाकर्षण और घूर्णन के औसत मान पर आधारित है।
मार्स ऑर्बिटल लेज़र एल्टीमीटर (मोला) क्या है?
मोला, या मार्स ऑर्बिटर लेज़र एल्टीमीटर, मार्स ग्लोबल सर्वेयर (Mars Global Surveyor) नामक अंतरिक्ष यान पर लगा एक उपकरण है। इस उपकरण ने, 30 जून, 2001 तक, मंगल ग्रह पर सतही विशेषताओं की ऊँचाई के बारे में डेटा एकत्र किया है ।
मोला, ग्रह की ऊँचाई निर्धारित करने के लिए अंतरिक्ष यान से प्रकाश की एक स्पंद को निकलने में लगने वाले समय को मापता है। यह प्रकाश की स्पंद, मंगल की सतह से परावर्तित होकर, मोला के संग्रह दर्पण पर वापस लौटती है। परावर्तन के समय को प्रकाश की गति से गुणा करके, स्थानीय भूभाग से अंतरिक्ष यान की ऊँचाई की गणना की जा सकती है। यह गणना 30 मीटर (98 फ़ीट) या उससे भी अधिक सटीक दूरी तक की जा सकती है।
जैसे-जैसे, एक अंतरिक्ष यान, पहाड़ियों, घाटियों, क्रेटरों और अन्य विशेषताओं के ऊपर से उड़ता है, वैसे-वैसे ज़मीन से इसकी ऊँचाई लगातार बदलती रहती है। कैमरे से ली गई छवियों के साथ मोला के डेटा को मिलाकर, वैज्ञानिक मंगल ग्रह का विस्तृत स्थलाकृतिक मानचित्र बना सकते हैं। ये मानचित्र, इस ग्रह को आकार देने वाली भूवैज्ञानिक शक्तियों को समझने में मदद करेंगे।
चंद्रमा पर ऊँचाई कैसे मापी जाती है?
चंद्रमा पर कोई महासागर या महत्वपूर्ण वायुमंडल नहीं है। इसलिए, चंद्रमा पर ऊँचाई मापने के लिए, औसत व्यास (Mean Diameter) को शून्य ऊँचाई बिंदु माना जाता है।
पृथ्वी पर ऊँचाई की गणना: पृथ्वी पर, ऊँचाई मापने के लिए, औसत समुद्र तल का उपयोग किया जाता है। इसे एक संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है। समुद्र के स्तर में होने वाले परिवर्तनों को समझने के लिए, लहरों, ज्वार और तूफ़ानों के प्रभाव का औसत लिया जाता है।
इस प्रक्रिया में, समय के साथ-साथ औसत समुद्र स्तर को मापा जाता है। यह स्तर, एक महासागर से दूसरे महासागर में दो मीटर तक भिन्न हो सकता है। इसका एक कारण यह है कि पृथ्वी पूरी तरह गोल नहीं है। इसलिए इसके घूमने के कारण, यह भूमध्य रेखा पर उभरी हुई और ध्रुवों पर थोड़ी चपटी हो जाती है।
इस कारण, भूमध्य रेखा और ध्रुवीय परिधि के बीच लगभग दस किलोमीटर का अंतर होता है। महासागर, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव से भी प्रभावित होते हैं। यह खिंचाव पृथ्वी की सतह पर समान नहीं होता है। पृथ्वी की सतह के नीचे कुछ स्थानों पर, अधिक द्रव्यमान होता है। इससे, केंद्र की ओर थोड़ा अधिक गुरुत्वाकर्षण खिंचाव उत्पन्न होता है। इन अनियमितताओं के कारण, महासागर की सतह पर हल्की लेकिन व्यापक "पहाड़ियों" और "घाटियों" का निर्माण होता है।

संदर्भ
https://tinyurl.com/2b2ost5h
https://tinyurl.com/2ysu6d9t
https://tinyurl.com/2cvdreqp
https://tinyurl.com/2xzw9czr

चित्र संदर्भ
1. उपग्रहों एवं मंगल ग्रह को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
2. सौर मंडल को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
3. सूर्य का चक्कर लगाते ग्रहों को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
4. मार्स ग्लोबल सर्वेयर उपग्रह पर लगे थर्मल एमिशन स्पेक्ट्रोमीटर (TES) द्वारा बनाए गए मानचित्र को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
5. कृत्रिम उपग्रह को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)