क्या आपको वह बालगीत याद है… “ट्विंकल, ट्विंकल लिटिल स्टार…”?

तारों भरी रातें बचपन से ही हमें आकर्षित करती आई हैं। आपने भी इन तारों के बारे में सोचा होगा और आपके मन में कई सवाल उठे होंगे। ऐसे सवाल जैसे आकाश में कितने तारे हैं? वे कैसे अस्तित्व में आए? क्या आकाश का कोई अंत है? शायद आपके मन में अभी भी ऐसे कई सवाल मौजूद हैं। इस अध्याय में, आप जानेंगे कि ये “टिमटिमाते छोटे तारे” कैसे बने। इसके साथ ही आप धीरे-धीरे पृथ्वी की उत्पत्ति और विकास की कहानी भी पढ़ेंगे।

प्रारंभिक सिद्धांत

पृथ्वी की उत्पत्ति

पृथ्वी की उत्पत्ति के संबंध में विभिन्न दार्शनिकों और वैज्ञानिकों ने बड़ी संख्या में परिकल्पनाएँ प्रस्तुत कीं। एक प्रारंभिक और लोकप्रिय तर्क जर्मन दार्शनिक इमैनुएल कांट ने दिया था। गणितज्ञ लाप्लास ने 1796 में इसे संशोधित किया। इसे नेब्यूलर परिकल्पना कहा जाता है। इस परिकल्पना के अनुसार ग्रह एक बादलनुमा पदार्थ से बने, जो एक युवा सूर्य से संबद्ध था और धीरे-धीरे घूम रहा था। 1950 में रूस में ओटो श्मिट और जर्मनी में कार्ल वाइज़ेकर ने ‘नेब्यूलर परिकल्पना’ को कुछ हद तक संशोधित किया, यद्यपि विवरणों में भिन्नता थी। उनका मानना था कि सूर्य को एक सौर नेब्यूला से घिरा हुआ था जिसमें अधिकांशतः हाइड्रोजन और हीलियम था साथ ही कुछ धूल के कण भी थे। कणों के बीच घर्षण और टक्कर के कारण एक डिस्क के आकार का बादल बना और ग्रह एकत्रीकरण की प्रक्रिया से बने।

हालांकि, बाद की अवधि में वैज्ञानिकों ने केवल पृथ्वी या ग्रहों की उत्पत्ति की समस्या की बजाय ब्रह्मांड की उत्पत्ति की समस्याओं को उठाया।

आधुनिक सिद्धांत

ब्रह्मांड की उत्पत्ति

ब्रह्मांड की उत्पत्ति के बारे में सबसे लोकप्रिय तर्क बिग बैंग सिद्धांत है। इसे विस्तारित ब्रह्मांड की परिकल्पना भी कहा जाता है। एडविन हबल ने 1920 में सबूत दिया कि ब्रह्मांड विस्तारित हो रहा है। समय बीतने के साथ, आकाशगंगाएं आगे और आगे बढ़ती हैं। आप प्रयोग करके पता लगा सकते हैं कि विस्तारित ब्रह्मांड का क्या अर्थ है। एक गुब्बारा लीजिए और उस पर कुछ बिंदु चिह्नित करें जो आकाशगंगाओं का प्रतिनिधित्व करें। अब, यदि आप गुब्बारे को फुलाना शुरू करें, तो गुब्बारे पर चिह्नित बिंदु एक-दूसरे से दूर होते हुए प्रतीत होंगे जैसे गुब्बारा फैलता है। इसी प्रकार, आकाशगंगाओं के बीच की दूरी भी बढ़ती पाई गई है और इस प्रकार, ब्रह्मांड को विस्तारित माना जाता है। हालांकि, आप पाएंगे कि गुब्बारे पर बिंदुओं के बीच की दूरी बढ़ने के अलावा, बिंदु स्वयं भी फैल रहे हैं। यह तथ्य के अनुरूप नहीं है। वैज्ञानिकों का मानना है कि यद्यपि आकाशगंगाओं के बीच का स्थान बढ़ रहा है, प्रेक्षण आकाशगंगाओं के विस्तार का समर्थन नहीं करते हैं। इसलिए, गुब्बारे का उदाहरण केवल आंशिक रूप से सही है।

बिग बैंग सिद्धांत ब्रह्मांड के विकास में निम्नलिखित चरणों पर विचार करता है।

(i) आरंभ में, ब्रह्मांड बनाने वाला सारा पदार्थ एक ही स्थान पर “एक छोटी गेंद” (एकल परमाणु) के रूप में विद्यमान था जिसमें एक

चित्र 2.1 : बिग बैंग

कल्पना से परे छोटा आयतन, अनंत तापमान और अनंत घनत्व।

(ii) बिग बैंग के समय वह “बहुत छोटी गेंद” भयंकर रूप से फटी। इससे एक विशाल विस्तार हुआ। आज सामान्य रूप से स्वीकार किया जाता है कि बिग बैंग की घटना वर्तमान से 13.7 अरब वर्ष पहले घटित हुई। यह विस्तार आज भी जारी है। जैसे-जैसे यह बढ़ा, कुछ ऊर्जा पदार्थ में बदल गई। बैंग के ठीक बाद कुछ ही सेकंड के भीतर असाधारण रूप से तेज़ विस्तार हुआ। उसके बाद विस्तार की गति धीमी पड़ गई। बिग बैंग की घटना के पहले तीन मिनट के भीतर पहला परमाणु बनना शुरू हुआ।

(iii) बिग बैंग के 300,000 वर्षों के भीतर तापमान घटकर 4,500 K (केल्विन) हो गया और परमाण्विक पदार्थ का उद्भव हुआ। ब्रह्मांड पारदर्शी हो गया।

ब्रह्मांड का विस्तार इस बात को दर्शाता है कि आकाशगंगाओं के बीच की दूरी बढ़ रही है। इसका एक विकल्प होयल का स्थिर-स्थिति (steady state) सिद्धांत था। यह मानता था कि ब्रह्मांड किसी भी समय पर लगभग एक-सा रहता है। यद्यपि विस्तारित ब्रह्मांड के बारे में अधिक प्रमाण उपलब्ध होने के साथ वर्तमान में वैज्ञानिक समुदाय विस्तारित ब्रह्मांड के पक्ष में तर्क को प्राथमिकता देता है।

तारों का निर्माण

प्रारंभिक ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा का वितरण समान नहीं था। इन प्रारंभिक घनत्व अंतरों ने गुरुत्वाकर्षण बलों में अंतर उत्पन्न किए और इससे पदार्थ एक साथ खिंचता गया। इन गैलेक्सियों के विकास के आधार बने। एक गैलेक्सी में बड़ी संख्या में तारे होते हैं। गैलेक्सियां विशाल दूरियों तक फैली होती हैं जिन्हें हजारों प्रकाश-वर्षों में मापा जाता है। व्यक्तिगत गैलेक्सियों के व्यास 80,000-150,000 प्रकाश वर्ष तक होते हैं। एक गैलेक्सी नेबुला नामक बहुत बड़े बादल के रूप में हाइड्रोजन गैस के संचय से बनना शुरू होती है। अंततः, बढ़ता हुआ नेबुला गैस के स्थानीय गुच्छों को विकसित करता है। ये गुच्छे और भी घने गैसीय पिंडों में बढ़ते रहते हैं, जिससे तारों के निर्माण को जन्म मिलता है। तारों के निर्माण का माना जाता है कि यह लगभग 5-6 अरब वर्ष पहले हुआ था।

प्रकाश वर्ष दूरी की माप है, समय की नहीं। प्रकाश 300,000 किमी/सेकंड की गति से चलता है। इसे ध्यान में रखते हुए, एक वर्ष में प्रकाश जितनी दूरी तय करेगा उसे एक प्रकाश वर्ष माना जाता है। यह 9.46110^{12} किमी के बराबर है। सूर्य और पृथ्वी के बीच की औसत दूरी 149,598,000 किमी है। प्रकाश वर्षों के संदर्भ में यह 8.311 मिनट है।

ग्रहों का निर्माण

ग्रहों के विकास में निम्नलिखित चरणों को माना जाता है :

(i) तारे नेब्युला के भीतर गैस के स्थानीय गुच्छे होते हैं। इन गुच्छों के भीतर गुरुत्वाकर्षण बल गैस के बादल के केंद्र में एक कोर के निर्माण का कारण बनता है और गैस के कोर के चारों ओर गैस और धूल का एक विशाल घूर्णन चक्रिका विकसित होता है।

(ii) अगले चरण में, गैस का बादल संघनित होने लगता है और कोर के चारों ओर का पदार्थ छोटे गोलाकार वस्तुओं में विकसित होता है। ये छोटी गोलाकार वस्तुएं संलग्नता की प्रक्रिया से उसे कहा जाने वाला प्लैनिटेसिमल्स बनाती हैं। बड़ी वस्तुएं टक्कर द्वारा बनना शुरू करती हैं और गुरुत्वाकर्षण आकर्षण पदार्थ को एक साथ चिपकने का कारण बनता है। प्लैनिटेसिमल्स बड़ी संख्या में छोटी वस्तुएं होती हैं।

(iii) अंतिम चरण में, इन बड़ी संख्या में छोटे प्लैनिटेसिमल्स का संचय कुछ बड़ी वस्तुओं के रूप में ग्रहों का निर्माण करता है।

पृथ्वी का विकास

क्या आप जानते हैं कि ग्रह पृथ्वी प्रारंभ में एक बंजर, चट्टानी और गर्म वस्तु थी जिसमें हाइड्रोजन और हीलियम की एक पतली वायुमंडलीय परत थी। यह पृथ्वी के वर्तमान चित्र से बहुत दूर है। इसलिए, कुछ ऐसी घटनाएं/प्रक्रियाएं रही होंगी जिन्होंने चट्टानी, बंजर और गर्म पृथ्वी को पानी की प्रचुर मात्रा और जीवन के अस्तित्व के अनुकूल वातावरण वाले सुंदर ग्रह में बदल दिया होगा। निम्नलिखित खंड में आप जानेंगे कि 4,600 मिलियन वर्षों और वर्तमान के बीच की अवधि ने ग्रह की सतह पर जीवन के विकास को कैसे प्रेरित किया।

पृथ्वी की एक परतदार संरचना है। वायुमंडल के सबसे बाहरी छोर से लेकर पृथ्वी के केंद्र तक, मौजूद पदार्थ एकसमान नहीं है। वायुमंडलीय पदार्थ की सबसे कम घनत्व होती है। सतह से गहराई की ओर जाते हुए, पृथ्वी के आंतरिक भाग में विभिन्न क्षेत्र होते हैं और इनमें से प्रत्येक में भिन्न-भिन्न विशेषताओं वाले पदार्थ होते हैं।

पृथ्वी की परतदार संरचना का विकास कैसे हुआ?

लिथोस्फीयर का विकास

प्रारंभिक अवस्था में पृथ्वी ज्यादातर वाष्पशील अवस्था में थी। घनत्व में धीरे-धीरे वृद्धि होने के कारण अंदर का तापमान बढ़ गया। परिणामस्वरूप भीतर का पदार्थ अपने-अपने घनत्व के अनुसार अलग होने लगा। इससे भारी पदार्थों (जैसे लोहा) को पृथ्वी के केंद्र की ओर डूबने और हल्के पदार्थों को सतह की ओर बढ़ने का अवसर मिला। समय बीतने के साथ यह और ठंडी हुई तथा छोटे आकार में ठोस और संघनित हो गई। इसके बाद भू-क्रस्ट के रूप में बाहरी सतह का विकास हुआ। चंद्रमा के निर्माण के दौरान विशाल टक्कर के कारण पृथ्वी और अधिक गरम हो गई। विभेदन की प्रक्रिया के माध्यम से पृथ्वी बनाने वाला पदार्थ विभिन्न परतों में बंट गया। सतह से लेकर केंद्रीय भागों तक हमारे पास क्रस्ट, मेंटल, बाहरी कोर और भीतरी कोर जैसी परतें हैं। क्रस्ट से कोर तक पदार्थ की घनत्व बढ़ता है। हम अगले अध्याय में इस प्रत्येक परत के गुणों की विस्तार से चर्चा करेंगे।

वायुमंडल और जलमंडल का विकास

पृथ्वी के वर्तमान वायुमंडल की संरचना मुख्य रूप से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन से बनी है। आप अध्याय 8 में पृथ्वी के वायुमंडल की संरचना और संघटन के साथ व्यवहार करेंगे।

वर्तमान वायुमंडल के विकास में तीन चरण होते हैं। पहला चरण आदि वायुमंडल के नष्ट होने से चिह्नित है। दूसरे चरण में, पृथ्वी के गरम आंतरिक भाग ने वायुमंडल के विकास में योगदान दिया। अंततः, वायुमंडल की संरचना को जीवन ने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से बदला।

प्रारंभिक वायुमंडल, जिसमें हाइड्रोजन और हीलियम थे, माना जाता है कि सौर पवनों के प्रभाव से छिन्न हो गया था। यह केवल पृथ्वी के साथ नहीं हुआ, बल्कि सभी स्थलीय ग्रहों के साथ हुआ, जिन्होंने अपना आदि वायुमंडल सौर पवनों के प्रभाव से खो दिया था।

पृथ्वी के ठंडा होने के दौरान, गैसें और जल-वाष्प ठोस पृथ्वी के भीतर से बाहर निकलीं। इससे वर्तमान वायुमंडल का विकास शुरू हुआ। प्रारंभिक वायुमंडल में मुख्यतः जल-वाष्प, नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, अमोनिया और बहुत कम मात्रा में मुक्त ऑक्सीजन थी। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा गैसें भीतर से बाहर निकलीं, उसे डिगैसिंग कहा जाता है। लगातार ज्वालामुखी विस्फोटों ने वायुमंडल में जल-वाष्प और गैसें दीं। जैसे-जैसे पृथ्वी ठंडी हुई, बाहर निकली हुई जल-वाष्प संघनित होने लगी। वायुमंडल में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड वर्षा के जल में घुल गई और तापमान और घटने से अधिक संघनन और अधिक वर्षा हुई। सतह पर गिरा वर्षा का जल अवसादों में इकट्ठा होकर महासागरों का निर्माण करने लगा। पृथ्वी के महासागर पृथ्वी के निर्माण के 500 मिलियन वर्षों के भीतर बन गए। यह बताता है कि महासागर 4,000 मिलियन वर्ष पुराने हैं। लगभग 3,800 मिलियन वर्ष पहले, जीवन का विकास शुरू हुआ। हालांकि, लगभग 2,500-3,000 मिलियन वर्ष पहले, प्रकाशसंश्लेषण की प्रक्रिया का विकास हुआ। जीवन लंबे समय तक महासागरों तक सीमित रहा। महासागरों में प्रकाशसंश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से ऑक्सीजन की आपूर्ति शुरू हुई। अंततः महासागर ऑक्सीजन से संतृप्त हो गए और 2,000 मिलियन वर्ष पहले ऑक्सीजन वायुमंडल में बाढ़ की तरह फैलने लगी।

जीवन की उत्पत्ति

पृथ्वी के विकास का अंतिम चरण जीवन की उत्पत्ति और विकास से संबंधित है। यह निस्संदेह स्पष्ट है कि प्रारंभ में पृथ्वी या यहां तक कि पृथ्वी का वातावरण भी जीवन के विकास के लिए अनुकूल नहीं था। आधुनिक वैज्ञानिक जीवन की उत्पत्ति को एक प्रकार की रासायनिक प्रक्रिया मानते हैं, जिसने पहले जटिल कार्बनिक अणुओं को उत्पन्न किया और उन्हें एक साथ जोड़ा। यह समूह ऐसा था कि वे स्वयं की प्रतिकृति बना सकते थे, निर्जीव पदार्थ को जीवित पदार्थ में बदल सकते थे। इस ग्रह पर विभिन्न कालों में अस्तित्व में रहे जीवन का अभिलेख चट्टानों में जीवाश्मों के रूप में पाया जाता है। वर्तमान नील हरित शैवाल के निकट संबंधित सूक्ष्म संरचनाएं कुछ 3,000 मिलियन वर्ष से भी अधिक पुरानी भूवैज्ञानिक संरचनाओं में पाई गई हैं। यह माना जा सकता है कि जीवन का विकास किसी समय 3,800 मिलियन वर्ष पहले प्रारंभ हुआ। एककोशिकीय जीवाणु से आधुनिक मानव तक जीवन के विकास का सारांष पृष्ठ 18 पर दिए गए भूवैज्ञानिक समय मापदंड में दिया गया है।

अभ्यास

1. बहुविकल्पीय प्रश्न।

(i) निम्नलिखित में से कौन-सा आंकड़ा पृथ्वी की आयु को दर्शाता है?
(a) 4.6 मिलियन वर्ष
(c) 4.6 अरब वर्ष
(b) 13.7 अरब वर्ष
(d) 13.7 ट्रिलियन वर्ष

(ii) निम्नलिखित में से कौन-सा वर्तमान वातावरण के निर्माण या परिवर्तन से संबंधित नहीं है?
(a) सौर पवन
(c) विसर्जन
(b) विभेदन
(d) प्रकाश संश्लेषण

(iii) पृथ्वी पर जीवन कितने वर्ष पहले उत्पन्न हुआ?
(a) 13.7 अरब
(c) 4.6 अरब
(b) 3.8 मिलियन
(d) 3.8 अरब

2. निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर लगभग 30 शब्दों में दीजिए।

(i) विभेदन (differentiation) प्रक्रिया से क्या तात्पर्य है?

(ii) प्रारंभ में पृथ्वी की सतह की प्रकृति कैसी थी?

(iii) प्रारंभ में पृथ्वी के वायुमंडल में कौन-सी गैसें थीं?

3. निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर लगभग 150 शब्दों में दीजिए।

(i) ‘बिग बैंग सिद्धांत’ पर एक व्याख्यात्मक टिप्पणी लिखिए।

(ii) पृथ्वी के विकास के चरणों की सूची बनाइए और प्रत्येक चरण को संक्षेप में समझाइए।

परियोजना कार्य

“स्टारडस्ट” परियोजना (वेबसाइट: www.sci.edu/public.html और www.nasm.edu) के बारे में निम्न बिंदुओं पर जानकारी एकत्र कीजिए।

(i) यह परियोजना किस एजेंसी ने प्रारंभ की है?

(ii) वैज्ञानिक स्टारडस्ट एकत्र करने में रुचि क्यों रखते हैं?

(iii) स्टारडस्ट कहाँ से एकत्र किया जा रहा है?