दो अंतरिक्ष यान ने एक अभूतपूर्व माप प्रदान किया है जो 65 साल पुराने ब्रह्मांडीय रहस्य को सुलझाने में मदद करता है - सूर्य का वातावरण इतना गर्म क्यों है। सूर्य के वातावरण को कोरोना कहा जाता है। इसमें प्लाज्मा नामक विद्युत आवेशित गैस होती है, जिसका तापमान लगभग दस लाख डिग्री सेल्सियस होता है। इसका तापमान एक शाश्वत रहस्य है, क्योंकि सूर्य की सतह का तापमान केवल 6,000 डिग्री सेल्सियस है। कोरोना को सतह से अधिक ठंडा होना चाहिए क्योंकि सूर्य की ऊर्जा इसके मूल में स्थित परमाणु भट्टी से आती है, और आप ताप स्रोत से जितना दूर होंगे, यह स्वाभाविक रूप से उतना ही ठंडा हो जाएगा।हालाँकि, कोरोना का तापमान सतह से 150 गुना अधिक है। कार्यस्थल पर प्लाज्मा में ऊर्जा स्थानांतरित करने की कोई अन्य विधि होनी चाहिए, वह क्या है?
सोलर ऑर्बिटर के मेटिस उपकरण द्वारा खींची गई इस छवि में, सूर्य के बाहरी वातावरण, जिसे कोरोना के रूप में जाना जाता है, को अंतरिक्ष में फैला हुआ देखा जा सकता है। मेटिस एक बहु-तरंग दैर्ध्य उपकरण है जो दृश्य और पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य दोनों में काम करता है। यह एक कोरोनोग्राफ है, जिसका अर्थ है कि यह सूर्य की सतह से तेज धूप को रोकता है, जिससे कोरोना में कणों द्वारा बिखरी हुई मंद रोशनी दिखाई देती है। इस छवि में, धुंधली लाल डिस्क कोरोनाग्राफ का प्रतिनिधित्व करती है, जबकि सफेद डिस्क एक मुखौटा है जिसका उपयोग अनावश्यक डाउनलिंक डेटा की मात्रा को कम करने के लिए छवि आकार को संपीड़ित करने के लिए किया जाता है। छवि क्रेडिट: ईएसए और नासा/सोलर ऑर्बिटर/मेटिस ग्रुप; डी. टेलोनी एट अल. (2023)
सैद्धांतिक और खोजी चुनौतियाँ
सौर वातावरण में अशांति के कारण लंबे समय से कोरोना में प्लाज्मा के पर्याप्त गर्म होने का संदेह है। लेकिन इस घटना का अध्ययन करते समय, सौर भौतिकविदों को एक व्यावहारिक समस्या का सामना करना पड़ा: केवल एक अंतरिक्ष यान के साथ आवश्यक सभी डेटा एकत्र करना असंभव था।
सूर्य का अध्ययन करने की दो विधियाँ हैं: रिमोट सेंसिंग और इन-सीटू माप। रिमोट सेंसिंग माप में, एक अंतरिक्ष यान को कुछ दूरी पर रखा जाता है और विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर सूर्य और उसके वातावरण का निरीक्षण करने के लिए कैमरों का उपयोग किया जाता है। इन-सीटू माप में, अंतरिक्ष यान उस क्षेत्र के ऊपर से उड़ता है जिसका वह अध्ययन करना चाहता है, और अंतरिक्ष के उस हिस्से में कणों और चुंबकीय क्षेत्रों का माप लेता है।
दोनों तरीकों के अपने फायदे हैं। रिमोट सेंसिंग बड़े पैमाने पर परिणाम दिखा सकती है लेकिन प्लाज्मा में होने वाली प्रक्रियाओं का विवरण नहीं दिखा सकती है। साथ ही, स्वस्थानी माप प्लाज्मा में छोटे पैमाने की प्रक्रियाओं के बारे में अत्यधिक विशिष्ट जानकारी प्रदान कर सकता है, लेकिन यह नहीं दिखा सकता कि ये प्रक्रियाएं बड़े पैमाने की प्रक्रियाओं को कैसे प्रभावित करती हैं।
दोहरा अंतरिक्षयान सर्वेक्षण
पूरी तस्वीर प्राप्त करने के लिए दो अंतरिक्ष यान की आवश्यकता होगी। ईएसए के नेतृत्व वाले सोलर ऑर्बिटर अंतरिक्ष यान और नासा के पार्कर सोलर प्रोब के साथ वर्तमान में हेलियोफिजिसिस्टों के पास यही है। सोलर ऑर्बिटर को रिमोट सेंसिंग ऑपरेशन और इन-सीटू मापन करते समय सूर्य के जितना करीब संभव हो सके जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पार्कर सोलर प्रोब ने बड़े पैमाने पर सूर्य की रिमोट सेंसिंग को ही छोड़ दिया है, इसके बजाय ऑन-द-स्पॉट माप करने के लिए सूर्य के करीब जा रहा है।
लेकिन उनकी संपूरकता का पूरा लाभ उठाने के लिए, पार्कर सोलर प्रोब को सोलर ऑर्बिटर के उपकरणों में से एक के दृश्य क्षेत्र के भीतर होना चाहिए। इस तरह, सोलर ऑर्बिटर पार्कर सोलर प्रोब के इन-सीटू माप द्वारा उत्पन्न बड़ी मात्रा में डेटा रिकॉर्ड कर सकता है।
ईएसए का सोलर ऑर्बिटर सूर्य का करीब से अध्ययन करने वाले दो पूरक अंतरिक्ष यानों में से एक है: यह अपने मिशन में नासा के पार्कर सोलर प्रोब से जुड़ता है। छवि क्रेडिट: सोलर ऑर्बिटर: ईएसए/एटीजीमीडियालैब; पार्कर सोलर प्रोब: नासा/जॉन्स हॉपकिन्स एपीएल
खगोल भौतिकी समन्वय
ट्यूरिन एस्ट्रोफिजिकल ऑब्जर्वेटरी में इटालियन नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स (आईएनएएफ) के एक शोधकर्ता डेनियल टेलोनी, सोलर ऑर्बिटर के मेटिस उपकरण के पीछे की टीम के सदस्य हैं। मेटिस एक कोरोनाग्राफ है जो सूर्य की सतह से प्रकाश को रोकता है और कोरोना की तस्वीरें लेता है। यह बड़े पैमाने पर माप के लिए एकदम सही उपकरण था, इसलिए डेनिएल यह पता लगाने के लिए निकल पड़ी कि पार्कर सोलर प्रोब कब लाइन में आएगा।
उन्होंने पाया कि 1 जून, 2022 को, दोनों अंतरिक्ष यान लगभग सही कक्षीय विन्यास में होंगे। अनिवार्य रूप से, सोलर ऑर्बिटर सूर्य को देख रहा होगा, जबकि पार्कर सोलर प्रोब किनारे पर है, बहुत करीब है लेकिन मेटिस उपकरण के दृश्य क्षेत्र के ठीक बाहर है।
जब डैनियल ने समस्या देखी, तो उसे एहसास हुआ कि पार्कर सोलर प्रोब को दृश्य में लाने के लिए सोलर ऑर्बिटर पर बस एक छोटी सी पैंतरेबाज़ी की आवश्यकता होगी: इसे 45 डिग्री पर घुमाना और इसे सूर्य से थोड़ा दूर करना।
लेकिन अंतरिक्ष मिशन की प्रत्येक गतिविधि की पहले से सावधानीपूर्वक योजना बनाई जाती है, और अंतरिक्ष यान को केवल बहुत विशिष्ट दिशाओं में इंगित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, खासकर जब सूरज की भयानक गर्मी से निपटना हो। यह स्पष्ट नहीं है कि अंतरिक्ष यान संचालन टीम इस तरह के विचलन को मंजूरी देगी या नहीं। हालाँकि, एक बार जब संभावित वैज्ञानिक लाभ सभी के लिए स्पष्ट हो गया, तो निर्णय स्पष्ट रूप से "हाँ" था।
ईएसए का सौर ऑर्बिटर मिशन सूर्य के निकटतम दृष्टिकोण के दौरान बुध की कक्षा के भीतर से सूर्य का सामना करेगा। छवि स्रोत: ईएसए/एटीजीमीडियालैब
निर्णायक अवलोकन
रोल और विक्षेपण जारी रहा; पार्कर सोलर प्रोब सामने आया और पहली बार दो अंतरिक्ष यान ने एक साथ कोरोना की बड़े पैमाने की संरचना और प्लाज्मा के माइक्रोफिजिकल गुणों को मापा।
डेटासेट के विश्लेषण का नेतृत्व करने वाले डैनियल ने कहा, "यह काम कई लोगों के योगदान का परिणाम है।" एक साथ काम करते हुए, उन्होंने कोरोनल हीटिंग दरों का पहला व्यापक अवलोकन और इन-सीटू अनुमान तैयार किया।
पेपर के सह-लेखक, हंट्सविले में अलबामा विश्वविद्यालय के गैरी ज़ैंक ने कहा, "सोलर ऑर्बिटर और पार्कर सोलर प्रोब का एक साथ उपयोग करने की क्षमता वास्तव में इस शोध के लिए एक नया आयाम खोलती है।"
सौर भौतिकविदों द्वारा वर्षों की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के साथ नई मापी गई दरों की तुलना करके, डैनियल ने दिखाया कि सौर भौतिक विज्ञानी ऊर्जा हस्तांतरण के एक तरीके के रूप में अशांति की पहचान करने में लगभग निश्चित रूप से सही थे।
पार्कर सोलर प्रोब के सूर्य के करीब पहुंचने की कलाकार की अवधारणा। छवि स्रोत: NASA/जॉन्सहॉपकिंसAPL/स्टीवग्रिबेन
जिस तरह से अशांति इस प्रभाव को पैदा करती है, वह उस स्थिति से भिन्न नहीं है जब आप सुबह अपनी कॉफी को हिलाते हैं। किसी तरल पदार्थ (गैस या तरल) की यादृच्छिक गति को उत्तेजित करके, ऊर्जा को छोटे पैमाने पर स्थानांतरित किया जाता है, अंततः ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित किया जाता है। कोरोना में द्रव को भी चुम्बकित किया जाता है, इसलिए संग्रहीत चुम्बकीय ऊर्जा को भी तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है।
बड़े पैमाने से छोटे पैमाने पर चुंबकीय और गतिज ऊर्जा का यह स्थानांतरण अशांति का सार है। सबसे छोटे पैमाने पर, यह तरंगों को अंततः व्यक्तिगत कणों (मुख्य रूप से प्रोटॉन) के साथ संपर्क करने और उन्हें गर्म करने का कारण बनता है।
निष्कर्ष और ज्ञानोदय
सौर तापन की समस्या हल होने से पहले और अधिक काम करने की आवश्यकता है, लेकिन अब, डेनियल के काम के लिए धन्यवाद, सौर भौतिकविदों ने पहली बार इस प्रक्रिया को मापा है।
परियोजना वैज्ञानिक डैनियल मुलर ने कहा, "यह एक वैज्ञानिक पहली बात है।"