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

तारों भरी रातें बचपन से ही हमें आकर्षित करती आई हैं। तुमने भी शायद इन तारों के बारे में सोचा होगा और तुम्हारे मन में कई सवाल उठे होंगे। जैसे—आकाश में कितने तारे हैं? ये कैसे बने? क्या आकाश का कोई अंत है? शायद तुम्हारे मन में आज भी ऐसे कई सवाल मौजूद हैं। इस अध्याय में तुम सीखोगे कि ये “टिमटिमाते छोटे तारे” कैसे बने। इसके साथ-साथ तुम पृथ्वी की उत्पत्ति और विकास की कहानी भी पढ़ोगे।

प्रारंभिक सिद्धांत

पृथ्वी की उत्पत्ति

पृथ्वी की उत्पत्ति के बारे में विभिन्न दार्शनिकों और वैज्ञानिकों ने बड़ी संख्या में परिकल्पनाएँ प्रस्तुत की थीं। 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 बादल से बने, जो एक युवा सूर्य से संबंधित धीरे-धीरे घूमता हुआ पदार्थ था। 1950 में रूस में ओटो श्मिट और जर्मनी में कार्ल वाइज़ेकर ने ‘नेब्यूलर परिकल्पना’ को कुछ हद तक संशोधित किया, यद्यपि विवरणों में भिन्न थे। उनका मानना था कि सूर्य को एक सौर नेब्यूला से घिरा हुआ था, जिसमें ज्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम थे साथ ही कुछ धूल भी थी। कणों के बीच घर्षण और टक्कर से एक चक्राकार बादल बना और ग्रह एकत्रीकरण की प्रक्रिया से बने।

हालांकि, बाद की अवधि में वैज्ञानिकों ने केवल पृथ्वी या ग्रहों की उत्पत्ति की समस्या के 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 और भी दूर चली जाती हैं। आप प्रयोग करके पता लगा सकते हैं कि विस्तारित ब्रह्मांड का क्या अर्थ है। एक गुब्बारा लीजिए और उस पर कुछ बिंदु चिह्नित कीजिए 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-जैसे गुब्बारा फैलता है। इसी प्रकार, आकाशगंगाओं के बीच की दूरी भी बढ़ती हुई पाई जाती 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। वैज्ञानिक मानते हैं कि यद्यपि आकाशगंगाओं के बीच का स्थान बढ़ रहा है, लेकिन प्रेक्षण आकाशगंगाओं के विस्तार का समर्थन नहीं करते। इसलिए, गुब्बारे का उदाहरण केवल आंशिक रूप से सही है।

बिग बैंग सिद्धांत ब्रह्मांड के विकास में निम्नलिखित चरणों को मानता 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; द बिग बैंग

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

(ii) बिग बैंग के समय उस “बहुत छोटी गेंद” ने हिंसात्मक रूप से विस्फोट किया। 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 परिवर्तित हो गई। विस्फोट 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 परमाणु पदार्थ का जन्म हुआ। ब्रह्मांड पारदर्शी हो गया।

ब्रह्मांड का विस्तार का अर्थ है आकाशगंगाओं के बीच की दूरी में वृद्धि। इसका एक विकल्प हॉयल का स्थिर अवस्था (steady state) का सिद्धांत था। इसने ब्रह्मांड को किसी भी समय बिंदु पर लगभग एक-सा माना। हालाँकि, विस्तारित ब्रह्मांड के बारे में अधिक प्रमाण उपलब्ध होने के साथ, वर्तमान में वैज्ञानिक समुदाय विस्तारित ब्रह्मांड के तर्क के पक्ष में 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 खिंचने लगा। इन्हीं ने आकाशगंगाओं के विकास का आधार बनाया। एक आकाशगंगा में बड़ी संख्या में तारे होते हैं। आकाशगंगाएं विशाल दूरियों तक फैली होती हैं जो हजारों प्रकाश-वर्षों में मापी जाती हैं। व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के व्यास 80,000-150,000 प्रकाश वर्ष तक होते हैं। एक आकाशगंगा का निर्माण हाइड्रोजन गैस के संचय से शुरू होता है जो एक बहुत बड़े बादल के रूप में होता है जिसे नेब्युला कहा जाता है। अंततः बढ़ती हुई नेब्युला में गैस के स्थानीय गुच्छे विकसित होते हैं। ये गुच्छे और भी अधिक घने गैसीय पिंडों में बढ़ते रहते हैं, जिससे तारों का निर्माण होता है। तारों के बनने की घटना लगभग 5-6 अरब वर्ष पहले घटित हुई मानी जाती है।

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 करता है उसे एक प्रकाश-वर्ष माना जाता है। यह 9.461×10¹² किमी के बराबर होता है। सूर्य और पृथ्वी के बीच की औसत दूरी 149,598,000 किमी है। प्रकाश-वर्षों में यह 8.311 मिनट होती है।

ग्रहों का निर्माण

ग्रहों के विकास में निम्नलिखित को चरण माना जाता है:

(i) तारे नेब्यूला के भीतर स्थानीयकृत गैस के गुच्छे होते हैं। इन गुच्छों के भीतर गुरुत्वाकर्षण बल गैस के बादल के एक केंद्र के निर्माण की ओर ले जाता है और गैस के इस केंद्र 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 केंद्र के चारों ओर का पदार्थ छोटे-छोटे गोलाकार वस्तुओं में विकसित होता है। ये छोटी गोलाकार वस्तुएँ संहति की प्रक्रिया द्वारा विकसित होकर उसे बनाती हैं जिसे प्लैनिटेसिमल कहा जाता है। टक्कर द्वारा बड़े पिंड बनने लगते हैं और गुरुत्वाकर्षण बल पदार्थ को आपस में चिपकने का कारण बनता है। प्लैनिटेसिमल बड़ी संख्या में छोटे-छोटे पिंड होते हैं।

(iii) अंतिम चरण में, ये बड़ी संख्या में छोटे प्लैनिटेसिमल आपस में जुड़कर कुछ बड़े पिंडों के रूप में ग्रहों का निर्माण करते हैं।

पृथ्वी का विकास

क्या आप जानते हैं कि ग्रह पृथ्वी प्रारंभ में एक बंजर, चट्टानी और गर्म वस्तु थी जिसकी वायुमंडल पतली थी और उसमें हाइड्रोजन और हीलियम था। यह आज की पृथ्वी के चित्र से बहुत दूर है। इसलिए, ऐसी कुछ घटनाएँ या प्रक्रियाएँ अवशय रही होंगी जिन्होंने चट्टानी, बंजर और गर्म पृथ्वी को पानी से भरपूर और जीवन के अस्तित्व के लिए अनुकूल वातावरण वाले सुंदर ग्रह में बदल दिया होगा। निम्नलिखित खंड में आप जानेंगे कि 4,600 मिलियन वर्ष और वर्तमान के बीच की अवधि ने ग्रह की सतह पर जीवन के विकास को किस प्रकार प्रेरित किया।

पृथ्वी की संरचना परतदार है। वायुमंडल के सबसे बाहरी सिरे से लेकर पृथ्वी के केंद्र तक मौजूद पदार्थ एकसमान नहीं है। वायुमंडलीय पदार्थ की घनत्व सबसे कम होती है। सतह से लेकर गहराई तक पृथ्वी के भीतर विभिन्न क्षेत्र हैं और इनमें से प्रत्येक में भिन्न-भिन्न लक्षणों वाले पदार्थ मौजूद हैं।

पृथ्वी की परतदार संरचना कैसे विकसित हुई?

लिथोस्फीयर का विकास

पृथ्वी अपनी प्रारंभिक अवस्था में अधिकांशतः वाष्पशील अवस्था में थी। घनत्व में क्रमिक वृद्धि के कारण भीतर का ताप बढ़ता गया। परिणामस्वरूप भीतर का पदार्थ अपने-अपने घनत्व के अनुसार अलग होने लगा। इससे भारी पदार्थ (जैसे लोहा) पृथ्वी के केंद्र की ओर डूब गए और हल्के पदार्थ सतह की ओर बढ़ गए। समय बीतने के साथ यह और ठंडी हुई, ठोस हुई और छोटे आकार में संघनित हो गई। इससे बाद में बाहरी सतह क्रस्ट के रूप में विकसित हुई। चंद्रमा के निर्माण के दौरान विशाल टक्कर के कारण पृथ्वी और अधिक गर्म 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, मैंटल, बाहरी कोर और भीतरी कोर जैसी परतें हैं। क्रस्ट से लेकर कोर तक पदार्थ का घनत्व बढ़ता है। हम अगले अध्याय में इनमें से प्रत्येक परत के गुणों का विस्तार से चर्चा करेंगे।

वायुमंडल और जलमंडल का विकास

पृथ्वी के वर्तमान वायुमंडल की संरचना मुख्य रूप से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के कारण है। आप अध्याय 8 में पृथ्वी के वायुमंडल की संरचना और रचना के साथ काम करेंगे।

वर्तमान वायुमंडल के विकास में तीन चरण होते हैं। पहला चरण प्रारंभिक वायुमंडल के नष्ट होने से चिह्नित होता है। दूसरे चरण में, पृथ्वी के गर्म आंतरिक भाग ने वायुमंडल के विकास में योगदान दिया। अंत में, वायुमंडल की संरचना को जीवित जगत ने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से संशोधित किया।

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 सौर पवनों के प्रभाव से अपना प्रारंभिक वायुमंडल खो दिया था।

पृथ्वी के ठंडा होने के दौरान, गैसों और जल-वाष्प का विसर्जन भीतर की ठोस पृथ्वी से हुआ। इससे वर्तमान वायुमंडल का विकास प्रारंभ हुआ। प्रारंभिक वायुमंडल में मुख्यतः जल-वाष्प, नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, अमोनिया और बहुत थोड़ी मात्रा में मुक्त ऑक्सीजन थी। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा गैसें भीतर से बाहर निकाली गईं, उसे डिगैसिंग कहा जाता है। निरंतर ज्वालामुखी विस्फोटों ने वायुमंडल में जल-वाष्प और गैसों का योगदान दिया। जैसे-जैसे पृथ्वी ठंडी हुई, बाहर निकली जल-वाष्प संघनित होने लगी। वायुमंडल में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड वर्षा के जल में घुल गई और तापमान और घट गया, जिससे अधिक संघनन और अधिक वर्षा हुई। सतह पर गिरा वर्षा का जल अवसादों में इकट्ठा होकर महासागरों का निर्माण करने लगा। पृथ्वी के बनने के 500 मिलियन वर्षों के भीतर ही पृथ्वी के महासागर बन गए। यह बताता है कि महासागर 4,000 मिलियन वर्ष पुराने हैं। लगभग 3,800 मिलियन वर्ष पहले, जीवन का विकास प्रारंभ हुआ। हालांकि, लगभग 2,500-3,000 मिलियन वर्ष पहले, प्रकाश-संश्लेषण की प्रक्रिया का विकास हुआ। जीवन लंबे समय तक महासागरों तक सीमित रहा। महासागरों में प्रकाश-संश्लेषण के माध्यम से ऑक्सीजन का योगदान होने लगा। अंततः महासागर ऑक्सीजन से संतृप्त हो गए और 2,000 मिलियन वर्ष पहले ऑक्सीजन वायुमंडल में बाढ़ की तरह आने 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 यहाँ 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 एकत्र किया। 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 मौजूद जीवन का अभिलेख चट्टानों में जीवाश्मों के रूप में पाया जाता है। आज के नीले शैवाल के समरूप सूक्ष्म संरचनाएँ कुछ 3,000 मिलियन वर्ष से भी पुरानी भूवैज्ञानिक संरचनाओं में पाई गई हैं। यह माना जा सकता है कि जीवन का विकास लगभग 3,800 मिलियन वर्ष पहले प्रारंभ हुआ। एककोशिकीय जीवाणु से आधुनिक मानव तक जीवन के विकास का सारांश पृष्ठ 18 पर दिए गए भूवैज्ञानिक समय मापक्रम 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 बिलियन वर्ष
(b) 13.7 बिलियन वर्ष
(d) 13.7 ट्रिलियन वर्ष

(ii) निम्नलिखित में से कौन-सा वर्तमान वायुमंडल के निर्माण या परिवर्तन से संबंधित नहीं है?
(a) सौर पवन
(c) डिगैसिंग
(b) विभेदन
(d) प्रकाशसंश्लेषण

(iii) पृथ्वी पर जीवन लगभग कितने वर्ष पूर्व प्रकट 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) वे कौन-सी गैसें थीं जिन्होंने प्रारंभ में पृथ्वी के वायुमंडल का निर्माण किया?

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।

प्रोजेक्ट कार्य

“स्टारडस्ट” परियोजना (वेबसाइटें; www. sci. edu/public. html और www. nasm. edu) के बारे में निम्न बिंदुओं के अनुसार सूचना 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?