Proof of concept of the COSMOCal project at the IRAM 30m telescope
यह शोध पत्र COSMOCal उपकरण के सितंबर 2024 के सफल सत्यापन अभियान की रिपोर्ट करता है, जो कि एक नवीन अंतरिक्ष-आधारित अवधारणा है जिसे वर्तमान और अगली पीढ़ी के कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड प्रयोगों के लिए पूर्ण ध्रुवीकरण अंशांकन (एब्सोल्यूट पोलराइजेशन कैलिब्रेशन) प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसे IRAM 30m टेलीस्कोप पर आयोजित किया गया था।
मूल पेपर CC0 1.0 (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) के तहत सार्वजनिक डोमेन को समर्पित है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, प्राचीन रेडियो स्टेशन के रूप में करें जो इसके जन्म के क्षण से एक मंद, स्थिर शोर (static) वाले संकेत को प्रसारित कर रहा है। यह संकेत, जिसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) के रूप में जाना जाता है, अस्तित्व का सबसे पुराना प्रकाश है, जो इस बारे में रहस्य समेटे हुए है कि ब्रह्मांड कैसे शुरू हुआ और यह कैसे विकसित हुआ है। हालाँकि, यह संकेत अविश्वसनीय रूप से कमजोर है और इसमें एक मोड़ है: यह "ध्रुवीकृत" (polarized) है, जिसका अर्थ है कि प्रकाश तरंगें विशिष्ट दिशाओं में कंपन करती हैं, जैसे कि एक रस्सी को ऊपर-नीकी बनाम दाएं-बाएं हिलाना। ब्रह्मांड के छिपे हुए संदेशों को पढ़ने के लिए—जैसे कि रचना के पहले सेकंड के कारण उत्पन्न लहरें—वैज्ञानिकों को इन दिशाओं को अत्यधिक सटीकता के साथ मापने की आवश्यकता है।
समस्या यह है कि हमारे टेलीस्कोप अपूर्ण रूलर (मापक यंत्र) की तरह हैं। समय के साथ, उपकरण स्वयं थोड़े "आउट ऑफ ट्रू" (गलत दिशा में) हो सकते हैं, जिससे वे प्रकाश तरंगों के कोण को गलत पढ़ सकते हैं। यदि एक टेलीस्कोप सोचता है कि एक तरंग 10 डिग्री पर कंपन कर रही है जबकि वास्तव में वह 10.1 डिग्री पर है, तो वह बिग बैंग के बारे में सबसे महत्वपूर्ण सुराग चूक सकता है। इसे ठीक करने के लिए, खगोलविदों को एक "मास्टर रेफरेंस" की आवश्यकता होती है, जो एक पूर्ण, अपरिवर्तनीय सिग्नल स्रोत हो जिसे वे अपनी सटीकता की जांच करने के लिए अपने टेलीस्कोप की ओर निर्देशित कर सकें। आमतौर पर, वे चमकीले सितारों या नेबुला का उपयोग करते हैं, लेकिन उनमें भी अपनी हलचल और अनिश्चितताएं होती हैं। COSMOCal प्रोजेक्ट एक क्रांतिकारी समाधान प्रस्तावित करता है: एक दूर स्थित तारे को देखने के बजाय, हम एक छोटा, कृत्रिम उपग्रह बनाते हैं जो आकाश में एक पूर्ण, मानव निर्मित लाइटहाउस (प्रकाश स्तंभ) के रूप में कार्य करता है, जो एक ज्ञात, अडिग ध्रुवीकरण कोण के साथ एक संकेत प्रसारित करता है।
यह शोध पत्र उस विचार के लिए एक महत्वपूर्ण "प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट" (अवधारणा की प्रमाणिकता) परीक्षण का वर्णन करता है। अंतरिक्ष में एक वास्तविक उपग्रह लॉन्च करने से पहले, टीम ने एक ज़मीन-आधारित प्रोटोटाइप बनाया और इसका परीक्षण स्पेन में एक पहाड़ पर स्थित एक विशाल रेडियो डिश, IRAM 30m टेलीस्कोप के विरुद्ध किया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह कृत्रिम "लाइटहाउस" सफलतापूर्वक एक वास्तविक टेलीस्कोप से बात कर सकता है और इसे अपने मापन को कैलिब्रेट करने में मदद कर सकता है।
टीम ने अपने प्रोटोटाइप स्रोत को टेलीस्कोप से लगभग 2.3 किलोमीटर दूर स्थापित किया, जिससे अनिवार्य रूप से एक "नियर-फील्ड" परीक्षण तैयार हुआ जहाँ स्रोत इतना पास था कि उसे स्पष्ट रूप से देखा जा सके, लेकिन इतना दूर था कि वह एक दूर स्थित वस्तु की नकल कर सके। उन्होंने दो चतुर तरीकों का उपयोग किया जिससे उन्हें पता चल सके कि उनका स्रोत सटीक रूप से कहाँ इशारा कर रहा है। पहले, उन्होंने स्रोत पर लगे एक कैमरे के साथ ज़मीन की तस्वीरें लीं ताकि उनकी स्थिति का त्रिकोणीयकरण (triangulation) किया जा सके (फोटोग्रामेट्री)। दूसरा, उन्होंने एक पोलराइज़र के माध्यम से एक लेज़र चमकाया और उसके परिणामस्वरूप बनने वाले विवर्तन पैटर्न (एक विशिष्ट प्रकाश आकृति) को देखकर सिग्नल के कोण का निर्धारण किया।
जब उन्होंने स्रोत को चालू किया और टेलीस्कोप को उसकी ओर निर्देशित किया, तो परिणाम एक शानदार सफलता थी। टेलीस्कोप के डिटेक्टरों ने, जो अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील सुपरकंडक्टिंग सेंसर हैं, सिग्नल को तुरंत पकड़ लिया। टीम देख सकती थी कि सिग्नल स्रोत के घूमते हुए हिस्सों की लय में टिमटिमा रहा था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि "लाइटहाउस" काम कर रहा था और टेलीस्कोप सुन रहा था। इसके बाद, उन्होंने स्रोत के पोलराइज़र को विभिन्न कोणों पर घुमाया और टेलीस्कोप के रीडिंग में होने वाले बदलावों को देखा। डेटा ने एक स्पष्ट, रैखिक संबंध दिखाया: जब स्रोत ने अपना कोण बदला, तो टेलीस्कोप का माप भी बिल्कुल उसी के अनुसार बदल गया।
हालाँकि, इस परीक्षण ने कुछ बाधाओं को भी उजागर किया। यद्यपि प्रणाली ने काम किया, लेकिन इसकी सटीकता उतनी तीक्ष्ण नहीं थी जितनी टीम भविष्य के अंतरिक्ष मिशन के लिए उम्मीद करती है। उनके मापन में लगभग 3 डिग्री की अनिश्चितता थी, जो कि सबसे संवेदनशील भविष्य के प्रयोगों के लिए आवश्यक 0.1 डिग्री के लक्ष्य से बहुत अधिक है। लेखक बताते हैं कि यह "धुंधलापन" इस तथ्य से आता है कि वे एक "नियर-फील्ड" सेटअप (स्रोत अपेक्षाकृत पास था) में परीक्षण कर रहे थे और टेलीस्कोप के दर्पणों में कुछ ऑप्टिकल खामियों के कारण प्रकाश थोड़ा बिखर गया था। उन्होंने यह भी नोट किया कि टेलीस्कोप के आंतरिक घटकों ने कुछ छोटी, अनुमानित त्रुटियाँ पेश कीं।
इन सीमाओं के बावजूद, प्रयोग ने मुख्य विचार को सिद्ध कर दिया। टीम ने सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया कि एक कृत्रिम स्रोत एक बड़े टेलीस्कोप को कैलिब्रेट करने के लिए एक स्थिर, स्वतंत्र संदर्भ प्रदान कर सकता है। उन्होंने दिखाया कि कैमरा फोटो और लेज़र पैटर्न को जोड़कर, वे उच्च विश्वास के साथ स्रोत के कोण का पुनर्निर्माण कर सकते हैं। शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि इस विशिष्ट ज़मीन-आधारित सेटअप में कुछ बाधाएँ थीं, लेकिन विधि ठोस है। यह अगले चरण के लिए मार्ग प्रशस्त करता है: एक अधिक उन्नत संस्करण बनाना जिसे अंतरिक्ष में लॉन्च किया जा सके, जहाँ यह दुनिया भर के टेलीस्कोपों के लिए एक स्थायी, पूर्ण कैलिब्रेशन बीकन के रूप में कार्य करेगा, जिससे उन्हें ब्रह्मांड के गहरे रहस्यों को खोलने में मदद मिलेगी।
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