![]() |
| জোয়ার ভাটার প্রধান কারণ |
গ্রহের বলয়, রোশ লিমিট ও হিল স্ফিয়ার: মহাবিশ্বের আকর্ষণীয় কিছু নিয়ম!
বন্ধুরা, একটি বিষয় খেয়াল করেছেন, আমাদের সৌরমণ্ডলের অনেক গ্রহেরই বলয় কিংবা রিং রয়েছে? এদের মধ্যে শনি গ্রহের বলয় খুবই স্পষ্টভাবে দেখা যায়। কারণ শনি গ্রহের বলয় মূলত রয়েছে হাজার হাজার বরফ খণ্ড, যা থেকে আলো খুব ভালো প্রতিফলিত হয়। এবং এর ফলেই শনি গ্রহের বলয় খুবই স্পষ্টভাবে দেখা যায়। শনি গ্রহের বলয় প্রথম আবিষ্কার করেছিলেন গ্যালিলিও, ১৬১০ সালে। অন্যদিকে জুপিটার, ইউরেনাস, নেপচুন - এদেরও বলয় রয়েছে। তবে এদের বলয়ে থাকা বস্তু থেকে খুব বেশি আলো প্রতিফলিত হয় না, যার ফলে এদের আবিষ্কার করতেও সময় বেশি লেগেছিল। জুপিটারের বলয় রয়েছে এটি প্রথম জানা যায় ভয়েজার ১ (Voyager 1) এর মাধ্যমে, ১৯৭৯ সালে। এর প্রায় দশ বছর পর ভয়েজার ২ (Voyager 2) এর মাধ্যমে নেপচুনের বলয় আবিষ্কার করা হয়।
শুধুমাত্র যে আমাদের সৌরমণ্ডলে থাকা গ্রহেই বলয় রয়েছে তা কিন্তু নয়। আমাদের সৌরমণ্ডলের বাইরের অনেক গ্রহেও বলয় রয়েছে। এখন প্রশ্ন হচ্ছে, কী কারণে কিছু গ্রহে বলয় দেখা যায়, আবার কিছু গ্রহে দেখা যায় না? এই বিষয়টি বুঝতে হলে রোশ লিমিট (Roche Limit) এই ব্যাপারটি বুঝতে হবে। আজকের পোস্টে রোশ লিমিট সম্পর্কে বলা হবে, সেই সাথে হিল স্ফিয়ার (Hill Sphere) সম্পর্কেও বলা হবে, যার মাধ্যমে কোনো একটি বস্তুর চারপাশের কতটা স্থান জুড়ে, ওই বস্তুর গ্র্যাভিটির ডোমেইন (Dominance) রবে তা জানা যায়। সৌরমণ্ডলের সবচেয়ে সুন্দর গ্রহ সম্ভবত শনি গ্রহ।
কিন্তু শনি গ্রহকে দেখার পর অনেকের মনেই হয়তো প্রশ্ন আসে, শনি গ্রহের বলয়ে থাকা বস্তুগুলো মাধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাবে একসাথে হয়ে চাঁদের মতো একটি উপগ্রহে পরিণত হয় না কেন? এর উত্তর হচ্ছে জোয়ার-ভাটা। বিষয়টি পরিষ্কার হলো না তাই তো? তবে জোয়ার-ভাটার কারণ বুঝতে পারলেই গ্রহের বলয় বিষয়টি বুঝতে পারবেন। এবং এর ধারাবাহিকতায় সামনে আসবে রোশ লিমিট।
১. জোয়ার-ভাটা: পৃথিবীর এক প্রাকৃতিক ঘটনা
তাহলে প্রথমে জোয়ার-ভাটার বিষয়টি সংক্ষেপে বলা যাক। পৃথিবীতে জোয়ার-ভাটা ঘটে সূর্য সেই সাথে চাঁদের প্রভাবে। তবে সূর্যের চেয়ে চাঁদের প্রভাব বেশি, প্রায় দুই-তৃতীয়াংশ। ফলে চাঁদের প্রভাবকে প্রাধান্য দিয়েই বিষয়টি বলা যাক।
পৃথিবী এবং চাঁদের একটি অবস্থান বিবেচনা করি। এখানে পৃথিবী এবং চাঁদ প্রত্যেকেই প্রত্যেকের মাধ্যাকর্ষণ বল দ্বারা প্রভাবিত হবে। এখন পৃথিবী এবং চাঁদের এই অবস্থানে চাঁদের মাধ্যাকর্ষণ প্রভাব পৃথিবীর সকল স্থানে সমান হবে না। কারণ মাধ্যাকর্ষণ শক্তি দূরত্বের উপর নির্ভর করে। পৃথিবীর যেই স্থানটি চাঁদের সবচেয়ে কাছে, অর্থাৎ এই বিন্দুতে মাধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাব সবচেয়ে বেশি হবে। তারপর বি বিন্দুতে এই তুলনায় কম এবং সি বিন্দুতে বি বিন্দুর তুলনায় কম হবে। অর্থাৎ সি বিন্দুতে চাঁদের মাধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাব সবচেয়ে কম হবে।
এখন এই বিন্দুতে মাধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাব সবচেয়ে বেশি হওয়ার কারণে এই অংশ কিছুটা সংকুচিত হয়ে চাঁদের দিকে ঝুঁকে যাবে, যাকে বলে টাইডাল ফোর্স (Tidal Force)। ফলে পৃথিবীর যে অংশটি চাঁদের দিকে থাকে, সেই অংশের সমুদ্রের জোয়ার দেখা যায়। এখানে টাইডাল ফোর্সের প্রভাব কিন্তু জল ও স্থল দুইটি অংশেই পড়বে। কিন্তু স্থলের অংশ যেহেতু কঠিন, ফলে সেখানে টাইডাল ফোর্সের প্রভাব খুব একটা অনুভূত হবে না, যদিও কিছুটা স্থলেও ঘটবে। অন্যদিকে তরল বস্তু টাইডাল ফোর্সের মাধ্যমে বেশি প্রভাবিত হবে। ফলে সমুদ্রের পানিতে জোয়ার সৃষ্টি হয়। কিন্তু বিষয়টি এখানেই শেষ নয়।
পৃথিবীর যে অংশ চাঁদের দিকে থাকবে, ঠিক তার উল্টো দিকেও জোয়ার দেখা যাবে। এটি কেন ঘটবে? এর উত্তর পেতে একটি বেলুন বিবেচনা করুন, যেই বেলুনটি কোনো কিছুতে আটকানো আছে। এখন এই বেলুনের একদিক ধরে যদি আপনি টানতে থাকেন, তবে বেলুন কিছুটা চ্যাপ্টা গোলকের আকার ধারণ করবে। এখানে আপনি যে বেলুনের মধ্যে টানছেন, এটি হচ্ছে টাইডাল ফোর্স। ঠিক একইভাবে পৃথিবী চ্যাপ্টা গোলকের আকার ধারণ করায় চাঁদের দিকের অংশ এবং সম্পূর্ণ বিপরীত দিকের অংশে জোয়ার সৃষ্টি হবে। এবং অন্য অংশগুলোতে ভাটার সৃষ্টি হবে।
এখন চাঁদ প্রায় ২৭ দিনে পৃথিবীকে একবার প্রদক্ষিণ করে। অন্যদিকে পৃথিবী ২৪ ঘণ্টায় নিজ অক্ষে একটি পূর্ণ ঘূর্ণন সম্পন্ন করে। অর্থাৎ, চাঁদের অল্প একটু স্থান পরিবর্তনের মধ্যেই পৃথিবীর একটি ঘূর্ণন সম্পন্ন হয়ে যায়। যার ফলে ২৪ ঘণ্টার ব্যবধানে পৃথিবীর নির্দিষ্ট একটি স্থানে ৬ ঘণ্টার ব্যবধানে জোয়ার-ভাটা দেখা যায়। মনে করুন, আপনি কক্সবাজারে আছেন এবং সেখানে জোয়ার চলছে। এর ৬ ঘণ্টা পর কক্সবাজারের অবস্থান হবে এইখানে, অর্থাৎ সেখানে তখন ভাটা হবে। এর ৬ ঘণ্টা পর কক্সবাজারের অবস্থান হবে এইখানে, তার মানে জোয়ার। এরও ৬ ঘণ্টা পর কক্সবাজারে অবস্থান হবে এখানে, অর্থাৎ ভাটা। এভাবেই মূলত জোয়ার-ভাটার বিষয়টি ঘটতে থাকে।
এখন টাইডাল ফোর্সের প্রভাব যে শুধুমাত্র পৃথিবীতে পড়বে তা কিন্তু নয়। কারণ চাঁদ যেমন পৃথিবীকে আকর্ষণ করছে, পৃথিবীও চাঁদকে আকর্ষণ করছে। যার ফলে টাইডাল ফোর্সের প্রভাব চাঁদেও পড়বে। অর্থাৎ একই ঘটনা চাঁদেও ঘটবে। কিন্তু চাঁদ প্রায় ২৭ দিনে পৃথিবীকে একবার প্রদক্ষিণ করে। আবার নিজ কক্ষপথে একবার ঘুরতেও প্রায় ২৭ দিন সময় নেয়। যার ফলে পৃথিবী থেকে আমরা চাঁদের সব সময় একটি অংশই দেখতে পাই। এবং চাঁদের যেহেতু তরল কিছু নেই, সেহেতু টাইডাল ফোর্সের প্রভাবে চাঁদের চ্যাপ্টা হয়ে যাওয়ার বিষয়টি আলাদা ভাবে খুব একটা দেখা যায় না। কিন্তু চাঁদের চ্যাপ্টা হয়ে যাওয়ার বিষয়টি খুব ভালোভাবে দৃষ্টিগোচর হবে, যদি চাঁদ আস্তে আস্তে পৃথিবীর কাছে আসতে থাকে।
২. রোশ লিমিট: উপগ্রহের টিকে থাকার সীমা
এর জন্য মনে করুন, চাঁদ আস্তে আস্তে পৃথিবীর কাছাকাছি আসছে। তাহলে পৃথিবী এবং চাঁদের মধ্যবর্তী টাইডাল ফোর্সের প্রভাব বাড়তে থাকবে। ফলে পৃথিবীতে জোয়ারের সময় পানির উচ্চতা স্বাভাবিকের চেয়ে বৃদ্ধি পাবে। এবং ভাটার সময় পানির স্বাভাবিকের চেয়ে বেশি নেমে যাবে। অন্যদিকে চাঁদ গোলক আকৃতি থেকে আস্তে আস্তে চ্যাপ্টা গোলকের মতো হতে থাকবে। এইভাবে চাঁদ পৃথিবীর কাছে আসতে আসতে চাঁদের উপর ক্রিয়াশীল টাইডাল ফোর্স এতটাই শক্তিশালী হবে যে তা চাঁদের নিজের মাধ্যাকর্ষণ বলের চেয়েও বেশি হয়ে যাবে। অর্থাৎ যেই মাধ্যাকর্ষণ বলের প্রভাবে চাঁদ তার নিজের আকৃতি বজায় রেখেছিল, তা আর ধরে রাখতে পারবে না। ফলে একসময় চাঁদ ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র অংশে ভেঙে গিয়ে পৃথিবীর চারদিকে ঘুরতে থাকবে। ফলাফল হিসেবে পৃথিবীর চারদিকে বলয় দেখা যাবে।
এখন যতটুকু সীমা পর্যন্ত চাঁদ কিংবা যেকোনো উপগ্রহ তার সেপ ধরে রাখতে পারবে, অর্থাৎ ভেঙে যাবে না, সেই সীমাকেই বলা হয় রোশ লিমিট (Roche Limit)। ১৮৪৮ সালে ফরাসি অ্যাস্ট্রোনমার অ্যাডওয়ার্ড রোশ (Édouard Roche) সর্বপ্রথম দুইটি বস্তুর মধ্যে ছোট বস্তুটি নিজের সেপ ধরে রেখে বড় বস্তুর সর্বোচ্চ কতটা কাছাকাছি আসতে পারবে এই বিষয়টি ক্যালকুলেট করেন। এর ফলে তার নাম অনুসারে একে বলা হয় রোশ লিমিট।
রোশ লিমিট নির্ণয়ের ক্ষেত্রে টাইডাল ফোর্স এবং ছোট বস্তুর নিজের গ্র্যাভিটেশনাল ফোর্স সমান ভাবে সমাধান করতে হয়। মনে করুন, এই দুটি বস্তুর মধ্যে বড় বস্তুর ভর
এখানে
পৃথিবী এবং চাঁদের ক্ষেত্রে রোশ লিমিট হচ্ছে প্রায় ৯,৫০০ কিলোমিটার। অর্থাৎ চাঁদকে যদি পৃথিবীর ভূপৃষ্ঠের ৯,৫০০ কিলোমিটারের ভেতরে আনা যায়, তবে চাঁদ ভেঙে টুকরো টুকরো হয়ে যাবে। এবং সেই সাথে ভাঙা টুকরোগুলো পৃথিবীর চারদিকেই ঘুরতে থাকবে, যার ফলে পৃথিবীতে বলয় সৃষ্টি হবে। তবে এই সূত্রটি কিন্তু শুধুমাত্র রিজিট বডি (Rigid Body) সহজ করে বললে শুধুমাত্র কঠিন বস্তুর ক্ষেত্রেই প্রযোজ্য। এখন উপগ্রহ যদি কঠিন না হয়ে তরল কোনো কিছু দিয়ে তৈরি হয়, তবে কিন্তু সূত্রটি হবে এটি:
তার মানে আমরা চাঁদকে যদি তরল কোনো কিছু দিয়ে তৈরি বলে বিবেচনা করি, তবে এই সমীকরণের মাধ্যমে রোশ লিমিট বের করতে হবে। হিসেব করে দেখা গিয়েছে, আমাদের চাঁদ যদি তরল কোনো কিছু দিয়ে তৈরি হত, তাহলে রোশ লিমিট হত ১৮,৩৮১ কিলোমিটার। এই হচ্ছে আমাদের চাঁদের ক্ষেত্রে রোশ লিমিট কেমন হবে। তবে চিন্তার কিছু নেই। চাঁদ পৃথিবী থেকে গড়ে ৩,৮৪,৪০০ কিলোমিটার দূরে অবস্থান করে। সেই সাথে চাঁদ পৃথিবীর কাছাকাছি আসার পরিবর্তে পৃথিবী থেকে দূরে সরে যাচ্ছে। চাঁদ প্রতি বছরে প্রায় ৪ সেন্টিমিটার করে পৃথিবী থেকে দূরে সরে যাচ্ছে।
বর্তমানে শনি গ্রহে এখন পর্যন্ত ৮২টি উপগ্রহ বা চাঁদের সন্ধান পাওয়া গিয়েছে। তবে ধারণা করা হয়, বর্তমানে শনি গ্রহে যে কয়টা চাঁদ রয়েছে, ১০ থেকে ১০০ মিলিয়ন বছর আগে এর চেয়ে একটি বেশি চাঁদ ছিল, যেটি সম্পূর্ণ বরফ দিয়ে তৈরি ছিল। কিন্তু সেই উপগ্রহ বা চাঁদটি শনি গ্রহের খুব কাছাকাছি থেকে শনি গ্রহকে প্রদক্ষিণ করছিল। ফলে ওই উপগ্রহটি একসময় শনি গ্রহের রোশ লিমিট অতিক্রম করে ফেলে। এর ফলশ্রুতিতে উপগ্রহটি ভেঙে টুকরো টুকরো হয়ে শনি গ্রহের চারপাশে বলয় সৃষ্টি করে।
শনি গ্রহের বলয় খুব ভালোভাবে পর্যবেক্ষণ করলে দেখা যায়, বলয়ের শেষ প্রান্তের দিকে যেন এক ধরনের প্রাচীর রয়েছে। অর্থাৎ ভেতরের দিক সমান ভাবেই বিস্তৃত কিন্তু শেষ প্রান্ত পাহাড়ের মতো উঁচু, যা প্রায় ৩ কিলোমিটার পর্যন্ত উঁচু।
যাই হোক, যেকোনো গ্রহের উপগ্রহ যদি ওই গ্রহের রোশ লিমিটকে অতিক্রম করে, তবে তা ভেঙে গিয়ে ওই গ্রহের চারপাশে বলয় তৈরি করবে। এবং উপগ্রহটির গতি যদি কম থাকে, তবে সেই ভাঙা টুকরোগুলো আস্তে আস্তে ওই গ্রহে পতিত হতে থাকবে। পৃথিবীও যদি কোনোভাবে সূর্যের রোশ লিমিটকে অতিক্রম করে, তাহলে কিন্তু পৃথিবী ভেঙে টুকরো টুকরো হয়ে যাবে।
৩. হিল স্ফিয়ার: গ্র্যাভিটির ডোমেইন
এখন একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় বলা যাক। আমাদের অনেকের মনে একটি প্রশ্ন তৈরি হয়, এবং তা হচ্ছে পৃথিবী সূর্যের গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হয়। কিন্তু আবার চাঁদ সূর্যের গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হয় না। বরঞ্চ চাঁদ পৃথিবীর গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হয়, যেখানে পৃথিবী এবং চাঁদ সূর্যের প্রায় সমান দূরে অবস্থান করছে। তাহলে চাঁদ কেন সূর্যের গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হয় না? এই প্রশ্নের উত্তর জানতে হলে হিল স্ফিয়ার (Hill Sphere) বিষয়টি বুঝতে হবে। হিল স্ফিয়ারের মাধ্যমে একটি বস্তুর কতটা স্থান জুড়ে ওই বস্তুর গ্র্যাভিটি ডোমিনেট করবে তা জানা যায়।
যেমন পৃথিবীর হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ হচ্ছে প্রায় ১৫ লক্ষ কিলোমিটার। অর্থাৎ পৃথিবীর ১৫ লক্ষ কিলোমিটার ব্যাসার্ধের স্থানে পৃথিবীর চেয়েও কম ভরের বস্তু পৃথিবীর গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হবে। চাঁদ পৃথিবীর হিল স্ফিয়ারের মধ্যে অবস্থান করে। সেই সাথে চাঁদের ভর পৃথিবীর ভরের চেয়ে কম। যার ফলে চাঁদ পৃথিবীর গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হয়। আবার চাঁদেরও কিন্তু নিজের হিল স্ফিয়ার রয়েছে। অর্থাৎ চাঁদের হিল স্ফিয়ারের মধ্যে যদি চাঁদের চেয়েও কম ভরের কোনো বস্তু থেকে থাকে, তবে চাঁদের গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হবে, অর্থাৎ চাঁদের চারদিকে ঘুরতে থাকবে।
এই হিল স্ফিয়ারের ব্যাপারটি কোন কোন বিষয়ের উপর নির্ভর করে তা জানতে হলে হিল স্ফিয়ারের এই ইকুয়েশনের দিকে লক্ষ্য করতে হবে। হিল স্ফিয়ারের ইকুয়েশন দুই ধরনের: বৃত্তাকার অরবিট (Circular Orbit) এর জন্য এটি এবং উপবৃত্তাকার অরবিটের (Elliptical Orbit) জন্য এটি।
এখানে
এখন সূর্য এবং পৃথিবী বিবেচনা করি। সূর্য এবং পৃথিবী যেই দূরত্বে অবস্থান করছে, সেই দূরত্ব অনুযায়ী পৃথিবীর হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ হচ্ছে ১৫ লক্ষ কিলোমিটার। কিন্তু আমরা যদি সূর্য এবং পৃথিবীর মধ্যবর্তী দূরত্ব বৃদ্ধি করতে পারি, তাহলে পৃথিবীর হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ বৃদ্ধি পাবে। আবার সূর্য এবং পৃথিবীর মধ্যবর্তী দূরত্ব যদি কমিয়ে আনতে পারি, তাহলে পৃথিবীর হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ কমে যাবে। এখন অবশ্যই আপনার মনে একটি প্রশ্ন এসেছে, সূর্যের হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ কত? সূর্যের হিল স্ফিয়ারের ব্যাসার্ধ প্রায় ২ আলোকবর্ষ স্থান জুড়ে বিস্তৃত।
এভাবেই হিল স্ফিয়ারের মাধ্যমে নির্ধারিত হয় কোনো একটি বস্তু কোন বস্তুর গ্র্যাভিটি দ্বারা প্রভাবিত হবে। এবং এই জন্যই সূর্যের অনেকগুলো গ্রহ রয়েছে। আবার ওই গ্রহগুলোর উপগ্রহ রয়েছে। সেই উপগ্রহগুলোরও আবার উপগ্রহ থাকতে পারে।
এখন এই হিল স্ফিয়ারের জটিল সব গাণিতিক হিসেব নিকেশ করে ল্যাগ্রাঞ্জ পয়েন্ট (Lagrange Point) খুঁজে বের করা হয়, যেখানে কোনো একটি বস্তুর ওপর অন্য বস্তুর মাধ্যাকর্ষণ প্রভাব প্রায় নিষ্ক্রিয় থাকে। পৃথিবীর আশপাশে পাঁচটি ল্যাগ্রাঞ্জ পয়েন্ট রয়েছে। এর মধ্যে এল২ (L2) ল্যাগ্রাঞ্জ পয়েন্টে জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (James Webb Space Telescope) স্থাপন করা হয়েছে।
৪. জোয়ার-ভাটার ব্যতিক্রমী প্রভাব
জোয়ার-ভাটার ক্ষেত্রে একটি বিষয়ে উল্লেখ করা হয়নি। পৃথিবী, চাঁদ এবং সূর্য যখন ১৮০ ডিগ্রি কোণে অবস্থান করে, তখন পৃথিবীতে স্বাভাবিকের চেয়েও বেশি মাত্রার জোয়ার এবং ভাটা দেখা যায়। কারণ তখন চাঁদের টাইডাল ফোর্সের সাথে সূর্যের টাইডাল ফোর্স দুটি একসাথে অ্যাড হয়ে যায়। এবং এই দুইটি ফোর্স একসাথে পৃথিবীর উপর ক্রিয়া করতে থাকে।
অন্যদিকে আবার সূর্য, পৃথিবী এবং চাঁদ যখন ৯০ ডিগ্রি কোণে অবস্থান করে, তখন স্বাভাবিকের চেয়ে কম মাত্রার জোয়ার এবং ভাটা দেখা যায়। কারণ তখন সূর্যের টাইডাল ফোর্স এবং চাঁদের টাইডাল ফোর্স পরস্পরকে অনেকটা নিষ্ক্রিয় করে দেয়।
উপসংহার
সর্বশেষে, থ্যাঙ্কস ফর রিডিং, স্টে হ্যাপি, স্টে কুল।
কীওয়ার্ডস: গ্রহের বলয়, শনি গ্রহ, জুপিটার, ইউরেনাস, নেপচুন, গ্যালিলিও, ভয়েজার, রোশ লিমিট, হিল স্ফিয়ার, জোয়ার-ভাটা, টাইডাল ফোর্স, ল্যাগ্রাঞ্জ পয়েন্ট, জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ, মহাজাগতিক নিয়ম, জ্যোতির্বিজ্ঞান, পদার্থবিদ্যা, উপগ্রহ, চাঁদ, পৃথিবীর বলয়, গ্রহের রিং, মহাকর্ষ, মাধ্যাকর্ষণ।
