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 अनेक प्रश्न उठे होंगे। प्रश्न जैसे—आकाश में कितने तारे हैं? ये अस्तित्व में कैसे आए? क्या आकाश का कोई अंत है? शायद आपके मन में अब भी ऐसे कई प्रश्न मौजूद हैं। इस अध्याय में आप जानेंगे कि ये “टिमटिमाते छोटे तारे” कैसे बने। इसके साथ-साथ आप 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 की थीं। एक प्रारंभिक और लोकप्रिय तर्क जर्मन दार्शनिक इमैनुएल कांट ने दिया था। गणितज्ञ लाप्लास ने 1796 में इसे संशोधित किया। इसे नेब्युलर परिकल्पना (Nebular Hypothesis) कहा जाता है। इस परिकल्पना के अनुसार ग्रह एक ऐसे बादल से बने जो युवा सूर्य से संबंधित धीमी गति से घूम रहा था। 1950 में रूस में ओटो श्मिट और जर्मनी में कार्ल वाइज़ेकर ने ‘नेब्युलर परिकल्पना’ को कुछ हद तक संशोधित किया, यद्यपि विवरणों में भिन्न थे। उनके अनुसार सूर्य को एक सौर नेब्युला से घिरा हुआ था जिसमें अधिकांशतः हाइड्रोजन और हीलियम के साथ-साथ धूल के कण भी थे। कणों के बीच घर्षण और टक्कर से एक चक्राकार बादल बना और ग्रह जुड़ाव (accretion) 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 समस्या को उठाया।

आधुनिक सिद्धांत

ब्रह्मांड की उत्पत्ति

ब्रह्मांड की उत्पत्ति के बारे में सबसे लोकप्रिय तर्क बिग बैंग सिद्धांत है। इसे विस्तारित ब्रह्मांड परिकल्पना भी कहा जाता है। एडविन हबल ने 1920 में सबूत दिया कि ब्रह्मांड विस्तारित हो रहा है। समय बीतने के साथ, आकाशगंगाएं एक-दूसरे से और 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 करेंगे, तो गुब्बारे पर चिह्नित बिंदु एक-दूसरे से दूर जाते हुए प्रतीत होंगे जैसे-जैसे गुब्बारा फैलता है। इसी प्रकार, आकाशगंगाओं के बीच की दूरी भी बढ़ती 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, अवलोकन 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 पर विचार करता है।

(i) प्रारंभ में, ब्रह्मांड बनाने वाला सारा पदार्थ एक ही स्थान पर “एक छोटी गेंद” (एकल परमाणु) के रूप में अस्तित्व में 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 भयंकर 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 $4,500 \mathrm{~K}$ (केल्विन) हो गया और परमाणु पदार्थ का उदय हुआ। ब्रह्मांड पारदर्शी हो गया।

ब्रह्मांड का विस्तार का अर्थ है आकाशगंगाओं के बीच स्थान में वृद्धि। इसका एक विकल्प होयल 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। इन अंतरों ने आकाशगंगाओं के विकास की आधारशिला रखी। 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 की रचना हाइड्रोजन गैस के संचय से शुरू होती 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 घनी गैसीय वस्तुओं में बढ़ते रहते हैं, जिससे तारों का निर्माण होता है। तारों का निर्माण लगभग 5-6 अरब वर्ष पहले हुआ माना जाता है।

प्रकाश-वर्ष दूरी की माप है, समय की नहीं। प्रकाश $300,000 \mathrm{~km}/$सेकंड की गति से यात्रा करता है। इसे ध्यान में रखते हुए, एक वर्ष में प्रकाश द्वारा तय की जाने वाली दूरी को एक प्रकाश-वर्ष माना जाता है। यह $9.46110^{12} \mathrm{~km}$ के बराबर होता है। सूर्य और पृथ्वी के बीच की औसत दूरी $149,598,000 \mathrm{~km}$ है। प्रकाश-वर्षों के संदर्भ में यह 8.311 मिनट है।

ग्रहों का निर्माण

ग्रहों के विकास में निम्नलिखित चरण माने जाते हैं:

(i) तारे नेब्युला के भीतर स्थानीयकृत गैस के गुच्छे होते हैं। इन गुच्छों के भीतर गुरुत्वाकर्षण बल गैस के बादल के एक केंद्रक के निर्माण की ओर ले जाता है और गैस के केंद्रक 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 केंद्रक के चारों ओर का पदार्थ छोटे गोलाकार वस्तुओं में विकसित होता है। ये छोटी गोलाकार वस्तुएं संहति की प्रक्रिया द्वारा उस वस्तु में विकसित होती हैं जिसे प्लैनिटेसिमल कहा जाता है। टक्कर द्वारा बड़े पिंड बनने लगते हैं और गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के कारण पदार्थ एक साथ चिपकता है। प्लैनिटेसिमल बड़ी संख्या में छोटे पिंड होते हैं।

(iii) अंतिम चरण में, इन बड़ी संख्या में छोटे प्लैनिटेसिमल एक साथ जुड़कर ग्रहों के रूप में कुछ बड़े पिंड बनाते हैं।

पृथ्वी का विकास

क्या आप जानते हैं कि ग्रह पृथ्वी प्रारंभ में एक बंजर, चट्टानी और गर्म वस्तु थी जिसकी पतली वायुमंडल हाइड्रोजन और हीलियम की थी। यह पृथ्वी के वर्तमान चित्र से बहुत दूर है। इसलिए, कुछ ऐसी घटनाएं/प्रक्रियाएं रही होंगी जिन्होंने चट्टानी, बंजर और गर्म पृथ्वी को जल से भरपूर और जीवन के अस्तित्व के 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 वातावरण की संरचना मुख्य रूप से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के योगदान से बनी है। आप अध्याय 8 में पृथ्वी के वातावरण की संरचना और संघटन से संबंधित विषयों का अध्ययन करेंगे।

वर्तमान वातावरण के विकास में तीन चरण होते हैं। पहला चरण प्रारंभिक वातावरण के नष्ट होने से चिह्नित है। दूसरे चरण में, पृथ्वी के गरम भीतर भाग ने वातावरण के विकास में योगदान दिया। अंततः, वातावरण की संरचना को जीव जगत ने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से संशोधित किया।

प्रारंभिक वातावरण, 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 ऐसा हुआ, जिनका मानना है कि उन्होंने अपना प्रारंभिक वातावरण सौर पवनों के प्रभाव से खो दिया।

पृथ्वी के ठंडा होने के दौरान, गैसों और जल-वाष्प का विसर्जन भीतर से ठोस पृथ्वी के अंदर से हुआ। इसने वर्तमान वातावरण के विकास की शुरुआत की। प्रारंभिक वातावरण 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 निकाली गईं, उसे डिगैसिंग कहा जाता है। लगातार ज्वालामुखी विस्फोटों ने वातावरण में जल-वाष्प और गैसों का योगदान दिया। जैसे-जैसे पृथ्वी ठंडी हुई, बाहर निकली हुई जल-वाष्प संघनित होने लगी। वातावरण में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड वर्षा के जल में घुल गई और तापमान और घटने से अधिक संघनन और अधिक वर्षा हुई। सतह पर गिरता 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 का योगदान होने लगा। अंततः महासागर ऑक्सीजन से संतृप्त हो गए और 2,000 मिलियन वर्ष पहले ऑक्सीजन वातावरण 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 यहां तक कि पृथ्वी का वातावरण 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 समुच्चय 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। आधुनिक नीली शैवाल के समकक्ष सूक्ष्म संरचनाएं लगभग 3,000 मिलियन वर्ष से भी अधिक 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 सारांष पृष्ठ 18 पर दिए गए भूवैज्ञानिक समय स्तर 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 वायुमंडल के निर्माण या परिवर्तन से संबंधित नहीं है?
(a) सौर पवन
(c) विमोचन
(b) विभेदन
(d) प्रकाशसंश्लेषण

(iii) पृथ्वी पर जीवन लगभग कितने वर्ष पहले 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 वातावरण 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 (वेबसाइट: www.sci.edu/public.html और www.nasm.edu) के बारे में निम्नलिखित बिंदुओं के अनुसार सूचना एकत्र कीजिए।

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

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

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