क्रिसमस की पूर्वसंध्या पर सांता की गति

दुनिया भर में अरबों बच्चे उत्सुकता से अपने उपहारों का इंतजार कर रहे हैं, फादर क्रिसमस (या सांता) और उनके रेनडियर उन सभी को एक रात में देने के लिए बेहद तेज़ गति से यात्रा कर रहे होंगे।

लेकिन क्या आप जानते हैं कि तेज़ गति से यात्रा करने वाली किसी वस्तु से निकलने वाला प्रकाश रंग बदलता है? इसे डॉपलर प्रभाव कहा जाता है – जिस तरह गति ध्वनि या प्रकाश जैसी तरंगों की लंबाई को प्रभावित करती है।

जब प्रकाश गति के कारण रंग बदलता है, तो हम दिशा के आधार पर इसे रेडशिफ्ट या ब्लूशिफ्ट कहते हैं। यदि हम अपनी किसी दूरबीन से रूडोल्फ की प्रसिद्ध लाल नाक का रंग पकड़ सकें, तो हम फादर क्रिसमस की गति मापने के लिए डॉपलर प्रभाव का उपयोग कर सकते हैं।

यहां बताया गया है कि यह कैसे काम कर सकता है – और यह प्रभाव खगोल विज्ञान में एक महत्वपूर्ण उपकरण क्यों है।

फादर क्रिसमस और उनके रेनडियर को कितनी दूर यात्रा करने की आवश्यकता है?

कुछ हल्के क्रिसमस गणित के लिए अपनी बेपहियों की गाड़ी में बाँध लें। मैंने 1998 में प्रस्तावित एक विधि को अद्यतन किया है ताकि यह पता लगाया जा सके कि रूडोल्फ और फादर क्रिसमस को सभी आवश्यक उपहार देने के लिए कितनी तेजी से यात्रा करने की आवश्यकता है (आप मेरा काम यहां देख सकते हैं)।

दुनिया में 14 साल से कम उम्र के लगभग 2 अरब बच्चे हैं। लगभग 93% देश किसी न किसी तरह से क्रिसमस मनाते हैं, इसलिए हम मानेंगे कि 93% बच्चे ऐसा करते हैं।

हम जानते हैं कि फादर क्रिसमस केवल उन लोगों को उपहार देता है जो वास्तव में विश्वास करते हैं। यदि हम आयु वर्ग के अनुसार विश्वासियों का प्रतिशत संयुक्त राज्य अमेरिका में पाए जाने वाले समान मान लें, तो हमारे पास लगभग 690 मिलियन बच्चे रह जाते हैं।

दुनिया भर में प्रति घर लगभग 2.3 बच्चों के साथ, उन्हें लगभग 300 मिलियन घरों का दौरा करना पड़ता है।

उन घरों को पृथ्वी पर 69 मिलियन वर्ग किलोमीटर रहने योग्य भूमि क्षेत्र (महासागरों, रेगिस्तानों, अंटार्कटिका और पहाड़ों को ध्यान में रखते हुए) में समान रूप से फैलाते हुए, फादर क्रिसमस को क्रिसमस की पूर्व संध्या पर 144 मिलियन किलोमीटर की यात्रा करनी होती है। यह पृथ्वी से सूर्य की दूरी के लगभग बराबर है।

सौभाग्य से, फादर क्रिसमस के पास समय क्षेत्र हैं, जिसमें पहला और आखिरी उपहार छोड़ने के बीच 35 घंटे का समय होता है।

मान लीजिए कि फादर क्रिसमस अपना आधा समय प्रत्येक घर के अंदर और बाहर जाने में लगाता है, जिससे उन्हें कुल 17.5 घंटे या प्रति घर 0.2 मिलीसेकंड मिलते हैं। वह शेष 17.5 घंटों का उपयोग घरों के बीच यात्रा करने के लिए करता है।

मेरी परिकल्पना यह है कि सभी उपहारों को छोड़ने के लिए उसे 8.2 मिलियन किलोमीटर प्रति घंटे या प्रकाश की गति के 0.8% की गति से यात्रा करने की आवश्यकता है।

हम रूडोल्फ की नाक से फादर क्रिसमस की गति कैसे माप सकते हैं?

मान लीजिए कि हम वास्तव में फादर क्रिसमस की यात्रा की गति को मापना चाहते हैं यह देखने के लिए कि क्या यह परिकल्पना से मेल खाती है।

एक मानक गति वाला कैमरा काम नहीं करेगा। लेकिन हमारे पास पृथ्वी पर दूरबीनें हैं जो स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके किसी चीज़ का रंग माप सकती हैं।

फादर क्रिसमस के प्रमुख रेनडियर रूडोल्फ की नाक सुविख्यात रूप से रूबी-लाल है। यदि हम फादर क्रिसमस को दूरबीन से देख सकते हैं, तो हम रूडोल्फ की नाक के रंग का उपयोग करके डॉपलर प्रभाव का उपयोग करके उसकी गति को माप सकते हैं, जो बताता है कि गति तरंग दैर्ध्य को कैसे प्रभावित करती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अगर रूडोल्फ तेज़ गति से यात्रा कर रहा होता तो उसकी नाक इतनी लाल नहीं दिखती।

डॉपलर प्रभाव क्या है? इसका एक अच्छा उदाहरण एम्बुलेंस की आवाज़ है। जब यह सड़क पर आपके पास से गुजरता है, तो पास आते ही इसकी ध्वनि ऊंची हो जाती है, और दूर जाने पर इसकी ध्वनि धीमी हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जैसे ही एम्बुलेंस आपकी ओर बढ़ती है, ध्वनि तरंगें छोटी तरंग दैर्ध्य में संकुचित हो जाती हैं, और छोटी तरंग दैर्ध्य का मतलब उच्च पिच होता है।

यही बात प्रकाश के साथ भी होती है। यदि प्रकाश का कोई स्रोत यात्रा कर रहा है दूर आपसे, तरंग दैर्ध्य खिंच जाता है और अधिक लाल या “रेडशिफ्टेड” हो जाता है। यदि प्रकाश का स्रोत यात्रा कर रहा है की ओर आप, तरंग दैर्ध्य संपीड़ित है और प्रकाश अधिक नीला या “ब्लूशिफ्टेड” हो जाता है।

रूडोल्फ रेडशिफ्टेड रेनडियर

लाल रंग की रोशनी की तरंग दैर्ध्य 694.3 नैनोमीटर होती है जब यह “आराम की स्थिति में” होती है, जिसका अर्थ है कि यह गतिमान नहीं है। यह एक स्थिर रूडोल्फ का माप होगा।

मान लीजिए कि फादर क्रिसमस तेजी से उपहार वितरित करना पसंद करेगा, ताकि वह रात के अंत में कुछ दूध और बिस्कुट के साथ आराम कर सके। वह अपने रेनडियर को मेरी परिकल्पना से कहीं अधिक तेज़, प्रकाश की गति की 10% या 107 मिलियन किलोमीटर प्रति घंटे की गति से दौड़ाता है।

इस गति से, रूडोल्फ की नाक नीले रंग में चमकीले नारंगी (624 नैनोमीटर) में बदल जाएगी क्योंकि वह आपके घर की ओर उड़ रहा था।

और जैसे-जैसे वह दूर जा रहा था, यह बहुत गहरे लाल (763 नैनोमीटर) में बदल जाएगा। मानव आंखें सबसे गहरा लाल रंग लगभग 780 नैनोमीटर देख सकती हैं। इन गतियों पर, रूडोल्फ की नाक लगभग काली हो जाएगी।

डॉपलर प्रभाव की खगोल विज्ञान में एक भूमिका है

अंतरिक्ष में चीज़ें कैसे चलती हैं, यह मापने के लिए खगोलशास्त्री डॉपलर प्रभाव का उपयोग करते हैं। हम इसका उपयोग यह देखने के लिए कर सकते हैं कि क्या कोई तारा दूसरे तारे की परिक्रमा कर रहा है – जिसे बाइनरी सिस्टम के रूप में जाना जाता है।

हम इसका उपयोग “रेडियल वेलोसिटी” नामक विधि का उपयोग करके एक्सोप्लैनेट (हमारे सूर्य के अलावा अन्य सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रह) को खोजने के लिए भी कर सकते हैं। हम इसका उपयोग सुदूर आकाशगंगाओं की दूरी मापने के लिए भी कर सकते हैं।

कुछ चीजें हैं जिन्हें विज्ञान समझा नहीं सकता है, और उनमें से एक है फादर क्रिसमस का जादू। लेकिन अगर खगोलशास्त्री कभी रूडोल्फ को अपनी दूरबीनों से पकड़ लेंगे, तो वे निश्चित रूप से सभी को बता देंगे।

(लेखक: लौरा निकोल ड्रिसेन, रेडियो खगोल विज्ञान में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता, सिडनी विश्वविद्यालय)

(प्रकटीकरण निवेदन: लौरा निकोल ड्रिसेन सिडनी के इनर वेस्ट में राइज़ एंड शाइन किंडरगार्टन में ऑर्बिट सेंटर ऑफ़ इमेजिनेशन के लिए एक राजदूत हैं।)

यह लेख क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनः प्रकाशित किया गया है। मूल लेख पढ़ें.