दिवसा सूर्यकिरणांमधून आपल्याला उजेड मिळतो आणि काळोखात दिवा लावला की त्याचा उजेड सगळीकडे पसरतो. म्हणजेच प्रकाशाचे किरण, सूर्य आणि दिवा यांच्या तेजामधून निघून सगळीकडे जातात. ही गोष्ट प्राचीन काळापासून माहीत होती, पण ते तत्क्षणी जाऊन पोहोचतात असे वाटत असणार. झंझावाती वाऱ्यासारखा वेगवान किंवा चमचमणाऱ्या विजेसारखा चपळ अशा उपमा जुन्या वाङ्मयामध्ये दिसतात, पण प्रकाशाइतका वेगवान असे उदाहरण मात्र आढळत नाही.

धावण्याच्या शर्यतीत भाग घेणारे धावक १००, २००, ४०० मीटर अशी अंतरे धावतात आणि त्यासाठी त्यांना किती वेळ लागतो हे अचूक मोजले जाते. मग एखाद्याने १०० मीटर अंतर १० सेकंदात कापले तर १०० भागले १० करून त्याचा सरासरी वेग सेकंदाला दहा मीटर इतका होतो. म्हणजेच अंतराला वेळेने भागून आपण वेग काढतो. पण प्रकाशाचे किरण एका सेकंदात सुमारे तीन लाख किलोमीटर इतक्या प्रचंड वेगाने जातात. एवढ्या अंतरात अख्ख्या पृथ्वीभोंवती सात प्रदक्षिणा घालून होतील. त्यामुळे असे मोठे अंतर प्रत्यक्ष मोजता येणे शक्यच नाही. मग प्रकाशाचा वेग कुठल्या शास्त्रज्ञाने आणि कसा ठरवला ?

ते काम काही खगोलशास्त्रज्ञांनी केले. प्राचीन भारतीयांनी सूर्य आणि चंद्र यांनासुद्धा मंगळ, गुरू, शनी आदिंप्रमाणे नवग्रहांमध्ये धरले होते. या सर्वांच्या आकाशामधील राशी आणि नक्षत्रांमधून होत असलेल्या भ्रमणाचा अभ्यास पुरातन काळापासून केला होता. अरब आणि युरोपियन शास्त्रज्ञांनीसुद्धा आपापली निरीक्षणे नोंदवून ठेवली होती. सोळाव्या शतकात होऊन गेलेल्या कोपरनिकस या पोलिश शास्त्रज्ञाने त्याला उपलब्ध झालेल्या माहितीचे गणिताच्या आधाराने विश्लेषण करून सूर्यमालिकेचा शोध लावला. त्यानंतरच्या ब्राहे, केपलर, गॅलीलिओ आदि संशोधकांनी कोपरनिकसच्या संशोधनामध्ये खूप भर घातली आणि ग्रहांच्या भ्रमणाच्या कक्षा, त्यांच्या भ्रमणाचे वेग, त्यांचे सूर्यापासून असलेले अंतर वगैरे बद्दलचे अधिकाधिक चांगले अंदाज बांधले.

दुर्बिणीचा शोध लागल्यानंतर गुरू आणि शनि यांच्या उपग्रहांचे शोध लागत गेले आणि त्यांच्यावरील संशोधन सुरू झाले. ओले ख्रिस्टनसन रोमर या मूळच्या डेन्मार्कमधल्या पण काही काळ फ्रान्समधील प्रयोगशाळेत काम करत असलेल्या संशोधकाने गुरू या ग्रहाच्या ऐओ किंवा आयो (Io) नावाच्या उपग्रहाच्या हालचालींवर लक्ष केंद्रित केले. हा उपग्रह गुरूभोंवती फक्त साडेएकेचाळीस तासात एक प्रदक्षिणा घालतो. त्यामुळे त्याचे निरीक्षण करायला मदत होते. पृथ्वीवरून पाहिले असताना तो गुरूच्या बाजूला किंवा समोरून जाताना दिसतो, पण तो ज्या वेळी गुरूच्या आड असतो, तेव्हा दिसत नाही. दिवसा उजेडी कोणताच ग्रह आपल्याला दिसू शकत नाही. त्यामुळे गुरू हा ग्रह रात्री जेवढा वेळ आकाशात दिसतो तेव्हाच त्याचे निरीक्षण करता येते. त्यातही जेव्हा आयो हा उपग्रह गुरूच्या सावलीतून जातो म्हणजे त्याला ग्रहण लागते तेव्हाही तो दिसत नाही. ज्या वेळी तो दुर्बिणीमधून दिसत नाही तेव्हा तो गुरूच्या सावलीत आहे किंवा गुरूच्या मागे लपला आहे या दोन्ही शक्यता असतात. त्याला नेमके केव्हा ग्रहण लागले आणि ते केव्हा सुटले या दोन्ही गोष्टी एकाच वेळी केलेल्या निरीक्षणात कधीच समजत नाहीत.

रोमरने ही सगळी तंत्रे सांभाळून वर्षानुवर्षे शेकडो निरीक्षणे केल्यानंतर त्याच्या असे लक्षात आले की आयो(Io)ची ग्रहणे अपेक्षेइतक्या ठरलेल्या अचूक वेळी दिसत नाहीत. गुरू आणि पृथ्वी यांच्यामधले अंतर जेव्हा कमी असते (आकृतीमधील GC आणि LD) आणि जेव्हा जास्त असते (FC आणि KD ) या दोन स्थितींमधल्या निरीक्षणांमध्ये काही मिनिटांची तफावत दिसते. यावरून त्याच्या मनात असा विचार आला की गुरूपासून निघालेल्या प्रकाशकिरणांना पृथ्वीपर्यंत येऊन पोहोचायला कमी किंवा जास्त वेळ लागत असल्याकारणाने ही गोष्ट घडत असणार. रोमरने १६७६ मध्ये आपल्या संशोधनाची तपशीलवार नोंद करून ठेवली आणि आपल्या तर्कासह ती फ्रेंच अॅकॅडमी ऑफ सासन्सेसच्या सुपूर्द केली. एका वार्ताहराने त्यावर लिहिलेला एक रिपोर्ट छापून दिला एवढीच प्रसिद्धी मिळाली. त्यानंतर रोमर आपल्या देशात म्हणजे डेन्मार्कमध्ये परतला आणि त्याने उर्वरित आयुष्य तिथे अध्यापन, संशोधन, प्रशासन वगैरेंमध्ये व्यतीत केले.

त्या काळात सूर्य, पृथ्वी, गुरू वगैरेंमधली आपापसातली अंतरे किती मैल किंवा किलोमीटर असतात यावर एकमत झालेले नव्हते. पृथ्वी आणि सूर्य यांच्यामधील सरासरी अंतराला अॅस्ट्रॉनॉमिकल युनिट (ए.यू) असे धरून त्या तुलनेत अंतरिक्षामधली इतर अंतरे मांडली जात असत. रोमरने केलेल्या संशोधनानुसार हिशोब केला तर प्रकाशकिरणांना एक ए.यु. इतके अंतर जाण्यासाठी ११ मिनिटे लागत होती. तो वेग दर सेकंदाला सुमारे २२२,००० किलोमीटर इतका होतो.

आकाशातला सूर्य आणि गुरू हे दोघेही एकाच वेळी डोळ्यांना दिसत नसल्यामुळे एकाच क्षणी ते क्षितिजावरून किती अंशावर आहेत हे प्रत्यक्ष मोजता येत नाही. सूर्य, पृथ्वी आणि गुरू यांच्या त्रिकोणातला हा कोन वेगवेगळ्या वेळी केलेल्या निरीक्षणांचा मेळ घालून काढावा लागतो. रोमरने गणिते मांडतांना पृथ्वी आणि गुरू यांच्या कक्षा सोयीसाठी वर्तुळाकार धरल्या होत्या, त्यांचे आकार आणि वेग वगैरे गोष्टी त्याला मिळालेल्या माहितीनुसार गृहीत धरून आपले निष्कर्ष काढले होते. सन १६७० च्या काळात वेळ मोजण्याची अचूक साधने उपलब्ध नव्हती. या सगळ्या गोष्टींमुळे रोमरचा अंदाज पाव हिश्श्याने चुकला होता. आपण प्रकाशाच्या वेगाचा शोध लावला असा त्याने दावा केला नव्हता किंवा स्वतःसाठी प्रसिद्धी मिळवण्याचा प्रयत्नही केला नव्हता. तरीही प्रकाशाचा वेग मोजण्याचा पहिला पद्धतशीर आणि यशस्वी प्रयोग त्याने केला म्हणून प्रकाशाच्या वेगाच्या शोधाचा जनक हा मान त्याला दिला गेला. त्याच्या आधीच्या आणि नंतरच्या शास्त्रज्ञांनी या दिशेने केलेल्या संशोधनाची माहिती पुढल्या भागात पाहू.

-आनंद घारे 

[email protected]

 

वाफेच्या इंजिनाच्या शोधाविषयी अधिक माहिती घ्या आनंद घारे यांच्या खालील लेखात 

वाफेच्या इंजिनाचा शोध - भाग २