മഴവില്ലും ഹെർഷലും

വിദ്യുത്കാന്തിക വർണരാജി – പംക്തിയുടെ രണ്ടാം ഭാഗം മഴവില്ലും ഹെർഷലും

സൂര്യപ്രകാശത്തെ പ്രിസത്തിലൂടെ കടത്തിവിട്ട് മഴവിൽ നിറങ്ങളാക്കിയ ന്യൂട്ടന്റെ പരീക്ഷണം കഴിഞ്ഞ ലക്കത്തിൽ കണ്ടല്ലോ. ന്യൂട്ടൺ ഈ പരീക്ഷണത്തിൽ ഒരു പടികൂടി ചേർത്തിരുന്നു. ചിത്രം 1-ൽ കാണുന്നതുപോലെ, മഴവിൽ നിറങ്ങൾ വരുന്ന വശത്തായി രണ്ടാമതൊരു പ്രിസം തലകീഴായി വച്ചു. രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, ഈ മഴവിൽ നിറങ്ങൾ ഒരുമിച്ചുചേർത്ത് വെള്ളപ്രകാശമായി. തന്റെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ റോയൽ സൊസൈറ്റിയെ അറിയിക്കാൻ വേണ്ടി 1671-’72-ൽ ആവേശത്തോടെ ഒരു കത്തും എഴുതി. മഴവില്ലിൽ ചുവപ്പ്, മഞ്ഞ, പച്ച, നീല, പർപ്പിൾ-വയലറ്റ് എന്നീ പ്രാഥമിക നിറങ്ങൾക്കൊപ്പം ഓറഞ്ചും ഇൻഡിഗോയും ഉണ്ട് എന്നാണ് അതിൽ ഉണ്ടായിരുന്നത് ^[1].

വളരെ കൃത്യമായി, എങ്ങനെ പരീക്ഷണം ചെയ്തു, ഓരോ നിറവും പ്രിസത്തിൽനിന്നും ഏതു കോണിലാണ് പുറത്തുവന്നത് എന്നൊക്കെ വിശദമായിത്തന്നെ എഴുതിയിരുന്നു. പക്ഷേ, റോയൽ സൊസൈറ്റി സംശയത്തോടെയാണ് ഇതൊക്കെ വായിച്ചത്. ജീവശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോബർട്ട് ഹുക്ക് കരുതി, പ്രിസം ഉണ്ടാക്കിയ പദാർത്ഥവുമായി പ്രവർത്തിച്ച് പ്രകാശത്തിന് എന്തെങ്കിലും പറ്റിയിട്ടുണ്ടാവും എന്ന്. റോയൽ സൊസൈറ്റിയിലെ മറ്റു പ്രമുഖരും ന്യൂട്ടന്റെ കണ്ടെത്തലിനെ വിമർശിച്ചു. അങ്ങനെ അവർ അത് പ്രസിദ്ധീകരിക്കേണ്ട എന്ന് തീരുമാനിച്ചു. പിന്നീട്  1704-ലെ തന്റെ ‘Opticks’ എന്ന പുസ്തകത്തിലാണ് ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ ന്യൂട്ടൺ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത് ^[2]. പുസ്തകത്തിന്റെ മുഴുവൻ പേര് കാവ്യാത്മകമാണ്! ‘Opticks or, A Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light’

പക്ഷെ, വയലറ്റ് മുതൽ ചുവപ്പ് വരെ മാത്രം നിറങ്ങളാണോ സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ ഉള്ളത്? നമുക്ക് നോക്കാം!

ഇൻഫ്രാറെഡിന്റെ കണ്ടെത്തൽ (1800)

Opticks പ്രസിദ്ധീകരിച്ച് ഏതാണ്ട് നൂറുവർഷം കഴിയുമ്പോഴാണ് മഴവിൽ നിറങ്ങൾക്ക് അദൃശ്യയായ ഒരു അയൽവാസിയുണ്ടെന്ന് വില്യം ഹെർഷൽ കണ്ടെത്തുന്നത്. 1738 – 1822 കളിൽ ജീവിച്ചിരുന്ന ജർമൻ-ബ്രിട്ടീഷ് സംഗീതജ്ഞനും സംഗീതാദ്ധ്യാപകനും തുടർന്ന് ജ്യോതിശ്ശാസ്ത്രജ്ഞനുമായിരുന്നു വില്യം ഹെർഷൽ. 1790 കളിൽ, ടെലിസ്കോപ് ഉപയോഗിച്ച്, സൂര്യനെയും അതിന്റെ പ്രതലത്തെക്കുറിച്ചുമുള്ള ജ്യോതിശ്ശാസ്ത്ര പഠനങ്ങൾ നടത്തിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയായിരുന്നു ഹെർഷൽ. തെളിഞ്ഞ ആകാശത്ത് കത്തിജ്വലിച്ചുനിൽക്കുന്ന സൂര്യനെ വെറും കണ്ണുകളോടെ നോക്കുക എന്നത് അത്ര എളുപ്പമല്ല; കണ്ണിന് ആരോഗ്യകരവുമല്ല. അപ്പോൾ ടെലിസ്കോപ്പിലൂടെ സൂര്യനെ നോക്കിയാലോ? കണ്ണ് കത്തിപ്പോവും, അല്ലെ? അത്തരമൊരു ആശയക്കുഴപ്പത്തിലായിരുന്നു അദ്ദേഹം. സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രത കുറക്കാനായി ഹെർഷൽ പലതരം ഫിൽറ്ററുകൾ  ഉപയോഗിച്ചുനോക്കി. സൺ/കൂളിംഗ് ഗ്ലാസ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രത കുറയുമല്ലോ. അത്തരത്തിൽ പ്രകാശതീവ്രത കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്ന അർദ്ധതാര്യ (semi-transparent) ചില്ലുകളെയാണ്  ‘ഫിൽറ്റർ’ എന്ന് ഇവിടെ പറഞ്ഞിരിക്കുന്നത്. പല ഫിൽറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സൂര്യനെ നോക്കിയ ഹെർഷൽ ഒരു കാര്യം ശ്രദ്ധിച്ചു. ചിലതരം ഫിൽറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ചപ്പോൾ ചൂടനുഭവപ്പെട്ടു പക്ഷേ, പ്രകാശമൊന്നും കണ്ടില്ല. എന്നാൽ മറ്റു ചില ഫിൽറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ചപ്പോഴാവട്ടെ, പ്രകാശം ഒരുപാടുണ്ടായിരുന്നു പക്ഷേ, ചൂട് കുറവായിരുന്നു.

ഈ അനുഭവത്തിൽനിന്നും ഹെർഷലിനു തോന്നി:

1. ന്യൂട്ടന്റെ പ്രിസം പരീക്ഷണത്തിൽ കണ്ട ഓരോ നിറങ്ങളും വ്യത്യസ്തമായ ചൂടുണ്ടാക്കുന്നുവെന്ന്.
2. ചൂടിൽ മാത്രമല്ല, ഓരോ നിറത്തിന്റെ പ്രകാശതീവ്രതയിലും മാറ്റമുണ്ടായിരിക്കുമെന്നും.

ഒരുപക്ഷേ, കണ്ണുകൊണ്ടു കാണാൻ പറ്റുന്ന മഴവിൽ നിറങ്ങൾക്കു പുറമെ കാണാൻ പറ്റാത്ത, എന്നാൽ ചൂടുള്ള ‘നിറ’ങ്ങളും സൂര്യപ്രകാശത്തിലുണ്ടെങ്കിലോ? ഇതൊക്കെ തിരിച്ചറിഞ്ഞാൽ സൂര്യനെ നോക്കാൻ പറ്റിയ ഒരു ഫിൽറ്റർ കണ്ടെത്താമല്ലോ എന്നായിരുന്നു ഹെർഷൽ ആലോചിച്ചുപോയത്!

ഇങ്ങനെ ഓരോ തോന്നലുകളുണ്ടാവുമ്പോൾ എന്താണ് ചെയ്യുക? തോന്നലുകളൊക്ക ശരിയാണോ തെറ്റാണോ എന്നറിയണമെങ്കിൽ പരീക്ഷണങ്ങൾ ചെയ്യുകതന്നെ വേണം. പരീക്ഷണങ്ങൾ ചെയ്തും നിരീക്ഷിച്ചുമല്ലേ പഠിക്കുക. ഹെർഷലും അതുതന്നെ ചെയ്തു.

പരീക്ഷണം 1: സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ ഓരോ നിറങ്ങളും ഉണ്ടാക്കുന്ന ചൂട് എത്രയാണ്? 

ഇതിനുവേണ്ടി ആദ്യം പ്രകാശം വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങളായി വേർതിരിഞ്ഞു കിട്ടണമല്ലോ! ന്യൂട്ടൺ ചെയ്തതുപോലെ ഹെർഷലും ഒരു ഇരുട്ടുമുറിയിലേക്ക് സൂര്യപ്രകാശം കടത്തിവിട്ട് ഒരു പ്രിസം വച്ച് വെള്ളനിറത്തെ മഴവിൽ നിറങ്ങളാക്കി വേർതിരിച്ചു. ഓരോ നിറത്തിന്റെയും താപനില വേർതിരിച്ചു കിട്ടണമെങ്കിൽ മറ്റു പ്രകാശവർണ്ണങ്ങൾ ചുറ്റും ഉണ്ടാകരുതല്ലോ; ചുറ്റിലുമുള്ള പ്രകാശത്തിൽനിന്ന് ചൂട് വന്നാലോ എന്ന് ഹെർഷൽ ചിന്തിച്ചു. അങ്ങനെ, ഒരു നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശം മാത്രം കിട്ടാൻ ഹെർഷൽ ഒരു കാർഡ്ബോർഡിൽ വീതികുറഞ്ഞു നീളം കൂടിയ ഒരു വിടവ് ഉണ്ടാക്കി, അതിലൂടെ മഴവില്ലിന്റെ ഓരോ നിറങ്ങളും കടത്തിവിട്ടു. എന്നിട്ട്, ഒരു തെർമോമീറ്റർ എടുത്ത് ആ നിറത്തിനു താഴെവച്ച് താപനില അളന്നു. ഒപ്പം, പരീക്ഷണത്തിന്റെ കൃത്യതയ്ക്കുവേണ്ടി വേറെ രണ്ടു തെർമോമീറ്ററുകൾ അതിനടുത്തായി നിഴലിൽ വച്ചു. അങ്ങനെ ആകുമ്പോൾ റൂമിലെ താപനിലയുമായി തുലനം ചെയ്തു നോക്കാമല്ലോ. വയലറ്റ് മുതൽ ചുവപ്പ് നിറം വരെ ചൂട് കൂടിക്കൊണ്ടിരുന്നു. കൗതുകം എന്നു പറയട്ടെ, ചുവന്ന പ്രകാശത്തിനപ്പുറം തെർമോമീറ്റർ വച്ചപ്പോഴതാ ചൂട് വീണ്ടും കൂടുന്നു! 

മഴവില്ലിലെ ചുവന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ അപ്പുറത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന കണ്ണുകൊണ്ടു കാണാൻ പറ്റാത്ത ഈ പ്രകാശത്തെ ‘റേഡിയൻ്റ് ഹീറ്റ്‘ (radiant heat) എന്നാണ് ഹെർഷൽ വിളിച്ചത്. ഇന്ന് നമ്മളതിനെ ‘ഇൻഫ്രാറെഡ്’ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഓരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെയും താപനില അളന്ന ഹെർഷൽ ഒരു കാര്യം ശ്രദ്ധിച്ചു. അടുക്കും ചിട്ടയുമില്ലാതെ തോന്നിയപോലെ അല്ല നിറങ്ങളുടെ താപനില കൂടിയത്. മറിച്ച്, വയലറ്റ് മുതൽ ചൂട് ക്രമാനുഗതമായി കൂടി. ചുവപ്പ് കഴിഞ്ഞു വീണ്ടും കൂടി. എന്നിട്ട് ചൂട് കുറഞ്ഞുവന്നു.

സൂര്യനിൽ ഏറ്റവും കൂടുതലുള്ള വെളിച്ചത്തിന്റെ നിറമെന്താണ്?

ഇതിനോടൊപ്പം, ഓരോ നിറത്തിന്റെ പ്രകാശതീവ്രതയിലും മാറ്റമുണ്ടായിരിക്കുമെന്നും ഹെർഷലിനു തോന്നിയിരുന്നല്ലോ. തന്റെ രണ്ടാമത്തെ തോന്നൽ ശരിയോ തെറ്റോ എന്നറിയാൻ ഹെർഷൽ മറ്റൊരു പരീക്ഷണം കൂടെ നടത്തി.

പരീക്ഷണം 2: മഴവില്ലിലെ ഓരോ നിറത്തിലുള്ള വെളിച്ചത്തിനും വ്യത്യസ്തമായ തീവ്രതയാണോ?

ഒന്നാമത്തെ പരീക്ഷണത്തിലെ അതെ സജ്ജീകരണം തന്നെയാണ് ഇവിടെയും ഉപയോഗിച്ചത്. പക്ഷെ, തെർമോമീറ്ററിനു പകരം ഒരു മൈക്രോസ്കോപ്. കാർഡ്ബോർഡിലൂടെ താഴേക്കുവന്ന ഓരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തെയും മൈക്രോസ്കോപ്പിലേക്ക്  പ്രതിഫലിപ്പിച്ച്, മൈക്രോസ്കോപ്പിലൂടെ ഹെർഷൽ ചെറിയ വസ്തുക്കളെ നിരീക്ഷിച്ചു.

മൈക്രോസ്കോപ് ഉപയോഗിക്കാൻ പ്രകാശം വേണം. പ്രകാശ തീവ്രതയ്ക്കനുസരിച്ചിരിക്കും മൈക്രോസ്കോപ്പിൽ കൂടെ കാണുന്ന വസ്തുവിന്റെ വ്യക്തത. പ്രകാശം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് കൂടുതൽ കൃത്യമായും വിശദമായും മൈക്രോസ്കോപ്പിന്റെ താഴെയുള്ള വസ്തുവിനെ കാണാൻ പറ്റും (ഇന്ന് നമ്മൾ ഇലക്ട്രിക് ബൾബുകളാണല്ലോ ഉപയോഗിക്കുക. അതിനു പകരം ഇവിടെ മഴവില്ലിന്റെ ഓരോ നിറങ്ങളെയും പരീക്ഷണത്തിനുവേണ്ടി മൈക്രോസ്കോപ്പിലേക്ക് കടത്തിവിട്ടു എന്നുമാത്രം). കൂടുതൽ കൃത്യമായും വിശദമായും ഒരു വസ്തുവിനെ കാണാൻ പറ്റുന്നുണ്ടെങ്കിൽ അതിനർത്ഥം ആ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തിനു തീവ്രത കൂടുതലാണെന്നാണ് എന്ന് ഹെർഷൽ അനുമാനിച്ചു. ഇങ്ങനെ ഓരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശവും മൈക്രോസ്കോപ്പിലേക്ക് കടത്തിവിട്ട് പത്ത് വ്യത്യസ്ത പരീക്ഷണങ്ങൾ ഹെർഷൽ ചെയ്തു. തന്റെ ഈ പരീക്ഷണപരമ്പരയിൽനിന്നും ഹെർഷൽ മനസ്സിലാക്കിയത് മഴവിൽ നിറങ്ങളിൽ ഏറ്റവും തീവ്രത കൂടിയത് മഞ്ഞനിറത്തിനാണ് എന്നാണ്. ഹെർഷലിന്റെ സ്വന്തം വാക്കുകളിൽ പറഞ്ഞാൽ, “ഏറ്റവും കൂടിയ പ്രകാശതീവ്രത ഉള്ളത് മഞ്ഞ അല്ലെങ്കിൽ വിളറിയ പച്ച നിറത്തിനാണ്. പച്ചനിറത്തിനുശേഷം അതിന്റെ തീവ്രത കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു”.

സൂര്യനിൽനിന്നു വരുന്ന പ്രകാശത്തിൽ മഞ്ഞ-പച്ച നിറങ്ങളുള്ള പ്രകാശത്തിനാണ് ഏറ്റവും തീവ്രത കൂടിയത് എന്ന് ഇന്നു നമുക്കറിയാം. ഒരു പ്രിസവും മൈക്രോസ്കോപ്പും ഉപയോഗിച്ച് 1800-ൽ ഹെർഷലും അത് മനസ്സിലാക്കിയിരുന്നു.

1800-ൽ ഹെർഷൽ തന്റെ ഈ രണ്ടു കണ്ടെത്തലുകളും വിശദീകരണവും ചിത്രങ്ങളും പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. ഹെർഷലിന്റെ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിലെ ആ ഗ്രാഫുകൾ ചിത്രം 4-ൽ കൊടുത്തിരിക്കുന്നു.

എന്താണ് ചിത്രം 4 പറയുന്നത്?

ഓരോ ശാസ്ത്രപരീക്ഷണവും പ്രസിദ്ധീകരിക്കുമ്പോൾ അതിന്റെ റിസൾട്ടുകൾ ചിത്രരൂപത്തിലോ അല്ലെങ്കിൽ അക്കങ്ങളായോ ഒക്കെ ചേർക്കണം. അപ്പോഴാണല്ലോ വായിക്കുന്നയാൾക്ക് മനസ്സിലാവുക!

പ്രിസത്തിലൂടെ പുറത്തുവരുന്ന മഴവില്ലിന്റെ ഓരോ നിറത്തിന്റെ താഴെയും തെർമോമീറ്റർ വച്ച് താപനില അളന്നപ്പോഴും മൈക്രോസ്കോപ് വച്ച് തീവ്രത അളന്നപ്പോഴും അതിന്റെ സ്ഥാനവും ദൂരവും ഹെർഷൽ അളന്നിരുന്നു. ആ ദൂരം x-ആക്സിസിൽ എഴുതുകയും താപനില & പ്രകാശതീവ്രത y-ആക്സിസിൽ എഴുതുകയും ചെയ്തു. അന്ന് പ്രകാശത്തെക്കുറിച്ചുള്ള അറിവ് പരിമിതമായിരുന്നു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, x-ആക്സിസിൽ ദൂരത്തോടൊപ്പം നിറങ്ങളുടെ പേര് എഴുതുക മാത്രമാണ് ഹെർഷൽ ചെയ്തത്.

അപ്പോൾ, ചിത്രം നോക്കുമ്പോൾ കാണുന്നതെന്താണ്? ഏറ്റവും കൂടിയ താപനില എവിടെയാണ് വരുന്നത്? ഏറ്റവും കൂടിയ പ്രകാശതീവ്രത എവിടെയാണ് വരുന്നത്? 

അത്രയുംനാൾ വെളിച്ചവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർക്കറിയില്ലായിരുന്നു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, ‘അദൃശ്യ പ്രകാശം’ ‘റേഡിയൻ്റ് ഹീറ്റ്’ എന്ന പ്രയോഗവും നിഗമനവുമൊക്കെ ഒരുപാട് വിമർശനങ്ങൾ ഏറ്റുവാങ്ങിയിരുന്നു. വെളിച്ചവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് വിശദീകരിക്കാൻ തക്ക തെളിവുകൾ ഹെർഷലിന്റെ പക്കൽ ഉണ്ടായിരുന്നുമില്ല. മാത്രമല്ല, പ്രകാശ തീവ്രത, അതിന്റെ താപനില എന്നിവ പരസ്പരം എത്രത്തോളം ബന്ധപ്പെട്ടിരുന്നു എന്ന് ഹെർഷലിനു തന്നെ ഉറപ്പുണ്ടായിരുന്നില്ല. കൂടാതെ ഉത്തരായന-ദക്ഷിണായന കാലത്തൊക്കെ ആകാശത്തുള്ള സൂര്യന്റെ സ്ഥാനം മാറുമല്ലോ. സൂര്യൻ ആകാശത്ത് എവിടെയാണ് എന്നതിനനുസരിച്ച് ഈ അളവുകൾ മാറുകയും ചെയ്യും. അന്ന് ഇത്തരം അറിവുകളും അവരുടെ പക്കൽ ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. എന്തായാലും വെളിച്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ മനുഷ്യരാശിയുടെ വലിയൊരു കാൽവയ്പായിരുന്നു ഹെർഷലിന്റെ ഈ പരീക്ഷണങ്ങൾ…

---

അടിക്കുറിപ്പ്: തുടക്കത്തിൽ പറഞ്ഞല്ലോ സൂര്യനെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാൻ ഹെർഷൽ ഫിൽറ്റർ അന്വേഷിക്കുകയായിരുന്നു എന്ന്. ‘റേഡിയൻ്റ് ഹീറ്റ്’ പഠനങ്ങൾക്കൊപ്പം സൂര്യനെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനവും ഹെർഷൽ തുടർന്നിരുന്നു. എന്നിട്ട് 1801-ൽ സൂര്യകളങ്കവും (sun spot) ഗോതമ്പിന്റെ വിലയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് റോയൽ സൊസൈറ്റിക്ക് ഒരു എഴുത്തും എഴുതി. ആദ്യം എന്തൊരു തമാശ എന്ന് തോന്നുമെങ്കിലും സൂര്യകളങ്കങ്ങൾ ഉണ്ടാവുന്നതും അതിനനുസരിച്ച് കാർഷിക വിളവെടുപ്പിൽ മാറ്റമുണ്ടാവുന്നതും ഗൗരവമുള്ള കാര്യം തന്നെയാണ്[4].

---

റഫറൻസുകൾ:

1. https://zenodo.org/records/1432118
2. https://www.twinkl.fi/teaching-wiki/isaac-newtons-light-experiment
3. https://www.americanscientist.org/article/herschel-and-the-puzzle-of-infrared
4. https://doi.org/10.1002/grl.50846

---

അനുബന്ധ വായനയ്ക്ക്

---