ઉલ્કા-કૅમેરા

ઉલ્કા-કૅમેરા (meteor camera) : આકાશમાં ઉલ્કાપથની ઊંચાઈ, ભ્રમણકક્ષા, ઉલ્કાનો વેગ વગેરેની જરૂરી માહિતી મેળવતો કૅમેરા. માપનપદ્ધતિને ત્રિકોણીય સર્વેક્ષણ કે ત્રિભુજ માપનપદ્ધતિ (triangulation system) કહે છે. આ પદ્ધતિનો સૌપ્રથમ ઉપયોગ 1978માં ઉલ્કાના અભ્યાસ માટે કરવામાં આવ્યો હતો. તેનું શ્રેય બ્રાન્ડેસ (H. W. Brandes) અને બેન્ઝનબર્ગ (Benzenberg) નામના બે જર્મન વૈજ્ઞાનિકોને ફાળે જાય છે. તેમણે સાબિત કર્યું કે એકલ-ઉલ્કા(sporadic meteor)નું નરી આંખે નિરીક્ષણ કરવા માટે અમુક અંતરે ઊભેલા બે નિરીક્ષકો બહુ ઉપયોગી નિરીક્ષણ કરી શકે છે.

બન્ને નિરીક્ષકો A તથા B, એક જ સમયે D અને Cનું નિરીક્ષણ કરે છે. તે જ સમયે આ પથની પાછળ આવેલા આકાશમાંના તારાઓ(આકૃતિમાં ટપકાં વડે દર્શાવેલ છે)ની પણ નોંધ લેવાની હોય છે. આ માટે તારામંડળની ચોક્કસ માહિતી હોવી જરૂરી છે. આકાશમાંના તે તારાઓની ઊંચાઈ જાણીને, આકૃતિમાં દર્શાવેલ ખૂણાઓ ∠ CAB, ∠ CBA, ∠ DAB અને ∠ DBAનું મૂલ્ય શોધી શકાય છે. નિરીક્ષકો વચ્ચેનું અંતર AB જ્ઞાત હોવાથી, ત્રિકોણમિતિની મદદથી ઉલ્કા પથચિહ્નના આરંભ D તેમજ અંત Cની ઊંચાઈ સહેલાઈથી જાણી શકાય છે. વળી D તેમજ Cનો સમય નોંધી શકાયો હોય તો ઉલ્કાની સરેરાશ ગતિ પણ અંદાજે મળી શકે છે. નિશ્ચિત અંતરે રાખેલા બે કૅમેરા દ્વારા લેવામાં આવતા ફોટોગ્રાફ વડે પણ આ જ સિદ્ધાંત પ્રતિપાદિત થાય છે.

ત્યારબાદ 27 નવેમ્બર, 1885ના રોજ વાઇનેક (L. Weinek) નામના બોહેમિયાના વતનીએ દેવયાની ઉલ્કાવર્ષા(meteor-shower)માંની ઉલ્કાનો ફોટા પાડવામાં સફળતા મેળવી. પ્રાગમાં લેવાયેલા આ સર્વપ્રથમ ઐતિહાસિક ફોટોગ્રાફ પછી તો દુનિયાની ઘણી બધી વેધશાળાઓમાં ઉલ્કાની છબીઓ પાડવામાં આવી. કોઈ એકાદ પ્રકાશિત ઉલ્કાને ફોટામાં ઝડપવા માટે આકાશના બહુ મોટા વિસ્તારની સતત ચોકી કરવી પડતી હોય છે અને કૅમેરાને સતત ચાલુ રાખવો પડતો હોય છે.

ઉલ્કાના તલસ્પર્શી અભ્યાસ માટે અમુક અંતરે ઊભેલા બે નિરીક્ષકો જેમ વધુ ઉપયોગી નીવડે છે, તેવી જ રીતે 20થી 80 કિલોમિટરના અંતરે રાખેલા અને એકીસાથે ચાલુ-બંધ થતા કૅમેરા વડે પણ ઉલ્કા-સર્વેક્ષણ શક્ય બને છે. આ બંને કૅમેરા આશરે 90 કિલોમિટરની ઊંચાઈએ વાયુમંડળના કોઈ એક જ વિસ્તાર તરફ કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે અને ત્યાં ર્દષ્ટિગોચર થતી ઉલ્કાને તે ફોટામાં ઝડપે છે. એક જ ઉલ્કાના, એક જ સમયે લીધેલા આવા બે ફોટા પરથી ઉલ્કાના પ્રક્ષેપ-પથ યા પ્રક્ષેપ-વક્ર (trajectory) અંગેની માહિતી મળે છે. આ ઉપરાંત ઉલ્કાની તેજસ્વિતા (magnitude) વગેરે અંગે પણ માહિતી મળે છે. નરી આંખે કરેલાં બે નિરીક્ષણો અને કૅમેરા વડે કરેલાં બે નિરીક્ષણો પાછળનો સિદ્ધાંત તો મૂળે એક જ છે, પરંતુ ફોટોગ્રાફિક પદ્ધતિ વધુ વિશ્વાસપાત્ર હોઈ ચઢિયાતી ગણાય. વળી છબીઓની નોંધ કાયમી રહેતી હોવાથી, પાછળથી અનુકૂળતાએ પણ એનો ઝીણવટથી અભ્યાસ કરી શકાય છે.

ઉલ્કાની ભ્રમણકક્ષા (orbit) જાણવા માટે (અને એ રીતે તેનો ઉદભવ જાણવા માટે) તેનો પ્રક્ષેપ-પથ જાણવા ઉપરાંત, ઉલ્કાનો વેગ જાણવો પણ જરૂરી છે. ઉલ્કા પોતાની પાછળ તેજલિસોટો છોડતી જાય છે, જેને ઉલ્કા-રેખા કે ઉલ્કા-પથચિહન (meteor trail) કહે છે. ઉલ્કાનો વેગ નક્કી કરવા માટે એના પથ-ચિહનની સાથે સમય-માન(time-scale)ને જોડી દેવામાં આવે છે. આ માટેની સૌથી સરળ અને પ્રચલિત યુક્તિ કૅમેરાના વસ્તુકાચની આગળ એક ઘૂમતાં પાંખિયાંવાળું દ્વારક મૂકવાની છે. આવા વૃત્તખંડ દ્વારક(segmented aperture)ને ઘૂર્ણી-કપાટ (rotating shutter) કહે છે. ટેબલ-ફૅનની જેમ કે પવનચક્કીનાં ઘૂમતાં પાંખિયાંની જેમ ફરતાં પાંખિયાં જેવી આ કરામત, અમુક નિશ્ચિત ગતિથી ઘૂમતી રહે છે. આને લઈને ઉલ્કાનું પથચિહન, ઉલ્કાના વેગ અનુસાર, અલગ અલગ લંબાઈના નાના ખંડોમાં વિભાજિત થાય છે. આ રીતે પ્રાપ્ત થતા ફોટોગ્રાફમાં ઉલ્કા-પથચિહન સળંગ લિસોટારૂપે ન દેખાતાં તૂટક તૂટક મળતું હોય છે. તેની ઉપરથી ગણતરી કરીને ઉલ્કાનો વેગ માપી શકાય છે.

બે દૂરનાં સ્થળોએ રાખેલા ઘૂર્ણી-કપાટ કૅમેરા વડે ઉલ્કા ફોટોગ્રાફી પદ્ધતિની આ શોધ 1893માં અમેરિકાની યેલ વેધશાળામાં એલ્કિન (W. L. Elkin) નામના ખગોળશાસ્ત્રીએ (અને સ્વતંત્રપણે મૉસ્કો યુનિવર્સિટીમાં સ્ટર્નબર્ગે) કરેલી. ઘૂર્ણી-કપાટ તરીકે એલ્કિનો બાઇસિકલનાં પૈડાંનો ઉપયોગ કરેલો, પરંતુ તેણે પસંદ કરેલાં બે સ્થળો વચ્ચેનું અંતર અપૂરતું હોવાથી, ધાર્યાં પરિણામો મળ્યાં નહિ. તેણે સૂચવેલી આ પદ્ધતિ અન્ય સંશોધકોએ અપનાવી અને 1936 સુધી આ દિશામાં છૂટક છૂટક કામ થયું.

1936થી 1948 દરમિયાન હાર્વર્ડ વેધશાળાએ શૉર્ટ-ફોકસ કૅમેરા સાથે એલ્કિનની યુક્તિને પ્રયોજીને ઠીક ઠીક પ્રગતિ સાધી. પછી તો રશિયા તેમજ જાપાનના ખગોળશાસ્ત્રીઓએ આ જ પદ્ધતિને સફળતાપૂર્વક અપનાવી. 1930માં ખગોળ ફોટોગ્રાફી ક્ષેત્રે બહુ મોટી ક્રાંતિ આવી. બર્નહાર્ડ શ્મિટ (Bernhard Voldemar Schmidt; 1879-1935) નામના રશિયન-જર્મન વૈજ્ઞાનિકે એક નવા પ્રકારનો ટેલિસ્કોપ બનાવ્યો. ખરેખર તો તેને ટેલિસ્કોપ નહિ, પણ એક વિશાળ આકાશી કૅમેરા જ કહેવો જોઈએ. આ શ્મિટ-ટેલિસ્કોપ (શ્મિટ કૅમેરા) આકાશના બહુ મોટા વિસ્તારને આવરી લઈને ખૂબ ઝડપથી એની સ્પષ્ટ છબીઓ લઈ શકે છે.

ઉલ્કા કૅમેરામાં ત્રણ લાક્ષણિકતાઓ હોવી જોઈએ : 1. એનું ર્દશ્યક્ષેત્ર (field of view) વિસ્તૃત હોવું જોઈએ, જેથી આકાશના બહુ મોટા વિસ્તાર ઉપર ચાંપતી નજર રાખી શકાય. 2. તેના દ્વારકનો વ્યાસ મોટો હોવો જોઈએ. જેમ લેન્સનો વ્યાસ વધારે તેમ વધુ પ્રકાશનું એકત્રીકરણ થઈ શકે. 3. લેન્સનું નાભીય અંતર (focal length) નાનું હોવું જોઈએ. લેન્સની નાની ફોકલ-લેંગ્થને કારણે પ્રતિબિંબનો કોણીય વેગ બહુ ઓછો થઈ જાય છે અને ફોટોગ્રાફિક ઇમલ્શનના બહુ નાના વિસ્તારમાં જ પ્રકાશનાં કિરણો કેન્દ્રિત થતાં હોય છે.

નાભીય અંતર(f)ને દ્વારકના વ્યાસ (d) વડે ભાગવાથી, નાભીય ગુણોત્તર (focal ratio) f/d મળે છે. તેને f – નંબર કે f – રેશિયો પણ કહે છે. જેમ નાભીય ગુણોત્તર નાનો તેમ પ્રાપ્ત થતાં પ્રતિબિંબની તેજસ્વિતા વધુ. વળી નાભીય ગુણોત્તરનું મૂલ્ય ઓછું હોય તો ઉદભાસન-સમય (exposure time) પણ ઓછો. સામાન્ય ટેલિસ્કોપ કે કૅમેરા કરતાં શ્મિટ-કૅમેરા ઓછા નાભીય ગુણોત્તરવાળા હોય છે.

1950માં શ્મિટ-કૅમેરામાં કેટલાક સુધારા કરીને અમેરિકન પ્રકાશવિજ્ઞાની જેમ્સ ગિલ્બર્ટ બેકરે (જ. 1914) એને વધુ ઝડપી બનાવ્યો અને એના નાભીય ગુણોત્તરમાં સારો એવો ઘટાડો કર્યો. એમાં ઘૂર્ણી-કપાટની પણ ગોઠવણ કરી. સુધારો કરેલા આ કૅમેરા તેમના સંશોધકોના સંયુક્ત નામ ઉપરથી, ‘બેકર શ્મિટ મીટિયૉર કૅમેરા’ તરીકે ઓળખાવા લાગ્યો. બીજી અનેક રીતે પણ ઉલ્કા-ફોટોગ્રાફી માટે આ કૅમેરા ચઢિયાતો પુરવાર થયો. પાછળથી તેનો ઉપયોગ કૃત્રિમ ઉપગ્રહોના પથ અંકિત કરવા માટે પણ થવા લાગ્યો. બેકર પછી અન્ય સંશોધકોએ પણ શ્મિટ-કૅમેરામાં નાનામોટા સુધારા કર્યા. ઉલ્કા- ફોટોગ્રાફી માટે આજે તો આવા અન્ય કૅમેરાઓ પણ અસ્તિત્વમાં આવેલા છે, જે ‘સુપર-શ્મિટ કૅમેરા’ તરીકે ઓળખાય છે.

ઉલ્કા-કૅમેરાની બધી જ ત્રણ મૂળભૂત લાક્ષણિકતાઓ પૂરી કરતું આદર્શ ઉપકરણ ‘બેકર સુપર શ્મિટ મીટિયૉર કૅમેરા’ છે. તેનું નાભીય અંતર (f) 30 સેમી. છે અને દ્વારકનો વ્યાસ (d) 20 સેમી. છે. તેથી તેનો નાભીય ગુણોત્તર f/d = 20/30 = 0.66 છે. તેથી આકાશી ક્ષેત્રમર્યાદા 52થી 57 ચોરસ અંશ જેટલી છે અને દર કલાકના એક્સપોઝર માટે આશરે ચાર જેટલી ઉલ્કા-છબીઓ લઈ શકાય છે. વળી ‘ફાસ્ટ બ્લૂ સેન્સિટિવ ઇમલ્શન’વાળી ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ વડે તો ઘણી નિસ્તેજ ઝાંખી ઉલ્કાઓના પણ સ્પષ્ટ ફોટોગ્રાફ લઈ શકાય છે.

સુશ્રુત પટેલ