अंतरिक्ष मौसम, सौर पवन विक्षोभ और रेडियो विस्फोट

सूर्य के बाहरी वायुमंडलीय परत (कोरोन) से निकलने वाली विद्युत आवेशित कणों की धारा, सौर पवन, जीवन और विद्युत प्रौद्योगिकी पर आधारित आधुनिक मानव समाज के लिए खतरा है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र आने वाली सौर पवन को विक्षेपित करके उससे सुरक्षा प्रदान करता है। सूर्य के कोरोना से विद्युत आवेशित प्लाज्मा के बड़े पैमाने पर उत्सर्जन जैसी तीव्र सौर घटनाएं सौर पवन में व्यवधान उत्पन्न करती हैं। इसलिए, सौर पवन की स्थितियों में होने वाले व्यवधानों (जिन्हें अंतरिक्ष मौसम कहा जाता है) का अध्ययन अत्यंत महत्वपूर्ण है। कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई), जिन्हें ' सौर तूफान' या ' अंतरिक्ष तूफान' भी कहा जाता है, सौर रेडियो विस्फोटों से संबंधित हैं । रेडियो वेधशालाओं में सौर रेडियो विस्फोटों का अध्ययन सीएमई और सौर पवन की स्थितियों के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है। पिछले सौर चक्र 24 (प्रत्येक चक्र सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र में हर 11 वर्षों में होने वाले परिवर्तन को संदर्भित करता है) में देखे गए 446 रिकॉर्ड किए गए टाइप IV रेडियो विस्फोटों के पहले सांख्यिकीय अध्ययन (हाल ही में प्रकाशित) में पाया गया है कि अधिकांश लंबी अवधि के टाइप IV रेडियो सौर विस्फोट कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) और सौर हवा की स्थितियों में गड़बड़ी के साथ थे।

जिस प्रकार पृथ्वी पर मौसम हवा में होने वाली हलचलों से प्रभावित होता है, उसी प्रकार अंतरिक्ष का मौसम सौर पवन में होने वाली हलचलों से प्रभावित होता है। लेकिन समानता यहीं समाप्त हो जाती है। पृथ्वी पर चलने वाली पवन नाइट्रोजन, ऑक्सीजन आदि वायुमंडलीय गैसों से बनी होती है, जबकि सौर पवन अतितापमानित प्लाज्मा से बनी होती है, जिसमें इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, अल्फा कण (हीलियम आयन) और भारी आयन जैसे विद्युत आवेशित कण होते हैं। ये प्लाज्मा सूर्य के वायुमंडल से लगातार सभी दिशाओं में, पृथ्वी की दिशा सहित, उत्सर्जित होता रहता है।

सूर्य पृथ्वी पर जीवन का परम ऊर्जा स्रोत है, इसलिए अनेक संस्कृतियों में इसे जीवनदाता के रूप में सम्मान दिया जाता है। लेकिन इसका एक दूसरा पहलू भी है। सौर वायुमंडल से उत्पन्न होने वाली विद्युत आवेशित कणों (अर्थात प्लाज्मा) की निरंतर धारा, सौर पवन, पृथ्वी पर जीवन के लिए खतरा है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र अधिकांश आयनकारी सौर पवन को पृथ्वी से दूर विक्षेपित कर देता है और पृथ्वी का वायुमंडल शेष विकिरण के अधिकांश भाग को अवशोषित कर लेता है, जिससे आयनकारी विकिरण से सुरक्षा मिलती है। लेकिन बात यहीं खत्म नहीं होती – जैविक जीवन रूपों के लिए खतरे के अलावा, सौर पवन बिजली और प्रौद्योगिकी पर आधारित आधुनिक समाज के लिए भी खतरा है। इलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर सिस्टम, पावर ग्रिड, तेल और गैस पाइपलाइन, दूरसंचार, मोबाइल फोन नेटवर्क सहित रेडियो संचार, जीपीएस, अंतरिक्ष मिशन और कार्यक्रम, उपग्रह संचार, इंटरनेट आदि – ये सभी सौर पवन में गड़बड़ी के कारण बाधित और ठप हो सकते हैं। ^{अंतरिक्ष} यात्री और अंतरिक्ष यान विशेष रूप से जोखिम में हैं। अतीत में इसके कई उदाहरण देखने को मिले हैं, जैसे मार्च 1989 में कनाडा में हुए 'क्यूबेक ब्लैकआउट ' (एक भीषण सौर ज्वाला के कारण बिजली ग्रिड बुरी तरह क्षतिग्रस्त हो गया था)। कुछ उपग्रहों को भी नुकसान पहुंचा था। इसलिए, पृथ्वी के आसपास सौर पवन की स्थितियों पर नज़र रखना अत्यंत आवश्यक है – इसकी गति और घनत्व, चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और दिशा, तथा ऊर्जावान कणों के स्तर (अर्थात अंतरिक्ष मौसम) जैसी विशेषताएं जीवन रूपों और आधुनिक मानव समाज पर किस प्रकार प्रभाव डालती हैं।

मौसम की भविष्यवाणी की तरह, क्या अंतरिक्ष मौसम की भी भविष्यवाणी की जा सकती है? पृथ्वी के आसपास सौर पवन और उसकी स्थितियों को कौन निर्धारित करता है? क्या अंतरिक्ष मौसम में होने वाले किसी भी गंभीर परिवर्तन की जानकारी पहले से प्राप्त की जा सकती है ताकि पृथ्वी पर होने वाले हानिकारक प्रभावों को कम करने के लिए निवारक उपाय किए जा सकें? और, सौर पवन का निर्माण होता ही क्यों है?

सूर्य गर्म विद्युत आवेशित गैस का एक गोला है और इसलिए इसकी कोई निश्चित सतह नहीं होती है। फोटोस्फीयर परत को सूर्य की सतह के रूप में माना जाता है क्योंकि इसे हम प्रकाश के साथ देख सकते हैं। क्रोड की ओर अंदर की ओर फोटोस्फीयर के नीचे की परतें हमारे लिए अपारदर्शी हैं। सौर वातावरण सूर्य के प्रकाशमंडल की सतह के ऊपर की परतों से बना है। यह सूर्य के चारों ओर पारदर्शी गैसीय प्रभामंडल है। कुल सूर्य ग्रहण के दौरान पृथ्वी से बेहतर देखा गया, सौर वातावरण में चार परतें होती हैं: क्रोमोस्फीयर, सौर संक्रमण क्षेत्र, कोरोना और हेलियोस्फीयर।  

सौर पवन का निर्माण सूर्य के वायुमंडल की दूसरी परत (बाहर से) कोरोना में होता है। कोरोना अत्यंत गर्म प्लाज्मा की एक परत है। जहाँ सूर्य की सतह का तापमान लगभग 6000K है, वहीं कोरोना का औसत तापमान लगभग 1-2 मिलियन K है। इसे 'कोरोनल हीटिंग पैराडॉक्स' कहा जाता है। कोरोना के गर्म होने और सौर पवन के बहुत तेज गति से त्वरित होकर अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में फैलने की प्रक्रिया और क्रियाविधि अभी तक पूरी तरह से समझ में नहीं आई है।² हालाँकि, ^हाल ही में प्रकाशित एक शोध पत्र में, शोधकर्ताओं ने एक्सियन (काल्पनिक डार्क मैटर प्राथमिक कण) से उत्पन्न फोटॉनों के माध्यम से इस समस्या को हल करने का प्रयास ^किया है।³

कभी-कभी, कोरोना से भारी मात्रा में गर्म प्लाज्मा सौर वायुमंडल की सबसे बाहरी परत (हेलियोस्फीयर) में उत्सर्जित होता है। इसे कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) कहा जाता है। कोरोना से प्लाज्मा के इस विस्फोट से सौर पवन के तापमान, वेग, घनत्व और अंतरग्रहीय चुंबकीय क्षेत्र में बड़े पैमाने पर परिवर्तन होते हैं। ये पृथ्वी के भूचुंबकीय क्षेत्र में तीव्र चुंबकीय तूफान उत्पन्न करते हैं । ^{कोरोना} से प्लाज्मा के विस्फोट में इलेक्ट्रॉनों का त्वरण शामिल होता है और आवेशित कणों के त्वरण से रेडियो तरंगें उत्पन्न होती हैं। परिणामस्वरूप, कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) सूर्य से रेडियो संकेतों के विस्फोटों से भी जुड़ा होता है ^। इसलिए, अंतरिक्ष मौसम के अध्ययन में कोरोना से प्लाज्मा के विस्फोटों के समय और तीव्रता का अध्ययन, संबंधित सौर विस्फोटों के साथ किया जाएगा, जो एक प्रकार का चतुर्थ रेडियो विस्फोट है और 10 मिनट से अधिक समय तक चलता है।

कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) के संबंध में पहले के सौर चक्रों (हर 11 साल में सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र का आवधिक चक्र) में रेडियो फटने की घटना का अध्ययन अतीत में किया गया है।  

हेलसिंकी विश्वविद्यालय की अंशु कुमारी और अन्य द्वारा सौर चक्र 24 में देखे गए रेडियो विस्फोटों पर किए गए एक हालिया दीर्घकालिक सांख्यिकीय अध्ययन से लंबी अवधि और व्यापक आवृत्ति वाले रेडियो विस्फोटों (जिन्हें टाइप IV विस्फोट कहा जाता है) और कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) के बीच संबंध पर और प्रकाश पड़ता है। टीम ने पाया कि लगभग 81% टाइप IV विस्फोटों के बाद कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) हुए। लगभग 19% टाइप IV विस्फोटों के साथ सीएमई नहीं हुए। इसके अलावा, केवल 2.2% सीएमई के साथ टाइप IV रेडियो विस्फोट हुए ^।

टाइप IV लंबी अवधि के विस्फोटों और सीएमई के समय को क्रमिक रूप से समझने से चल रहे और भविष्य के अंतरिक्ष कार्यक्रमों की योजना और समय निर्धारण में मदद मिलेगी, ताकि इन मिशनों पर और अंततः पृथ्वी पर जीवन रूपों और सभ्यता पर इनके प्रभाव को कम किया जा सके।

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डीओआई: https://doi.org/10.29198/scieu/2102111

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सन्दर्भ:    

1. व्हाइट एस.एम., एन.डी. सौर रेडियो विस्फोट और अंतरिक्ष मौसम। मैरीलैंड विश्वविद्यालय. पर ऑनलाइन उपलब्ध है https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf 29 जमौरी 2021 को एक्सेस किया गया। 

2. अस्चवांडेन एमजे एट अल 2007। कोरोनल ताप विरोधाभास। द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल, वॉल्यूम 659, नंबर 2। डीओआई: https://doi.org/10.1086/513070  

3. रुसोव वीडी, शार्प IV, एट अल 2021। एक्सियन मूल फोटॉन के माध्यम से कोरोनल हीटिंग समस्या समाधान। डार्क यूनिवर्स का भौतिकी खंड 31, जनवरी 2021, 100746। डीओआई: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. वर्मा पीएल।, एट अल 2014। जियोमैग्नेटिक स्टॉर्म के साथ संबंध में सौर पवन प्लाज्मा पैरामीटर्स में कोरोनल मास इजेक्शन एंड डिस्टर्बेंस। जर्नल ऑफ फिजिक्स: कॉन्फ्रेंस सीरीज 511 (2014) 012060। डीओआई: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. गोपालस्वामी एन., 2011. कोरोनल मास इजेक्शन और सौर रेडियो उत्सर्जन। सीडीएडब्ल्यू डाटा सेंटर नासा। पर ऑनलाइन उपलब्ध है https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf 29 जनवरी 2021 को एक्सेस किया गया।  

6. कुमारी ए, मोरोसन डीई, और किलपुआ ईकेजे।, 2021। सोलर साइकिल 24 में टाइप IV सोलर रेडियो बर्स्ट की घटना और कोरोनल मास इजेक्शन के साथ उनके संबंध पर। 11 जनवरी 2021 को प्रकाशित। द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल, वॉल्यूम 906, नंबर 2। डीओआई: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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