पृथ्वी की चुंबकीय ढाल

पृथ्वी सूर्य की हवा को कैसे रोकती है, और सौर तूफ़ान क्या करता है

कदम-दर-कदम

पृथ्वी एक चुंबक है

पृथ्वी के बाहरी कोर में उबलता पिघला लोहा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। ज़मीन पर यह फ्रिज के चुंबक से लगभग सौ गुना कमज़ोर है, फिर भी अंतरिक्ष में दूर तक फैला है। इसके ध्रुव उस अक्ष से लगभग 9° हटकर हैं जिस पर पृथ्वी घूमती है।

पृथ्वी के केंद्र तक के रास्ते में लगभग आधी दूरी पर बाहरी कोर है: हज़ारों डिग्री गर्म तरल लोहे का एक महासागर। नीचे से उठती गर्मी इसे मथती रहती है, और पृथ्वी का घूमना इसकी धाराओं को सर्पिलों में मरोड़ देता है। चलता हुआ लोहा बिजली की धाराएँ ले जाता है, बिजली की धाराएँ चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं, और क्षेत्र धाराओं को चलाए रखता है: एक प्राकृतिक डायनमो जो अरबों वर्षों से चल रहा है।

यहाँ की रेखाएँ क्षेत्र का आकार दिखाती हैं: कम्पास की सुई उनकी सीध में आ जाती है। ये पृथ्वी से दक्षिणी गोलार्ध में निकलती हैं और उत्तर के पास वापस घुसती हैं, इसलिए कम्पास जिस ध्रुव की ओर इशारा करता है, वह ठीक-ठीक कहें तो एक चुंबकीय दक्षिणी ध्रुव है।

चुंबकीय ध्रुव खिसकते रहते हैं, और औसतन हर कुछ लाख साल में क्षेत्र पलट जाता है: उत्तर और दक्षिण जगह बदल लेते हैं। पिछली बार यह लगभग 7,80,000 साल पहले पलटा था। लावा ठंडा होते समय क्षेत्र की दिशा दर्ज कर लेता है, इसलिए पुरानी चट्टानें हर पलटाव की डायरी रखती हैं।

सूर्य से आती हवा

सूर्य का बाहरी वायुमंडल, कोरोना, उसकी दिखने वाली सतह से सैकड़ों गुना गर्म है, इतना गर्म कि सूर्य का गुरुत्व उसे थाम नहीं पाता। वह हर दिशा में अंतरिक्ष में बह निकलता है: यही सौर हवा है। यूजीन पार्कर ने 1958 में इसकी भविष्यवाणी की थी, और कुछ साल बाद अंतरिक्ष यानों ने इसकी पुष्टि की।

यह हवा प्लाज़्मा है: ऐसी गैस जो इतनी गर्म है कि उसके परमाणु आवेशित कणों में टूट गए हैं, ज़्यादातर प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। यह बेहद विरल है, चीनी के एक टुकड़े जितनी जगह में बस कुछ कण, प्रयोगशाला में बने सबसे अच्छे निर्वात से भी ज़्यादा ख़ाली। फिर भी यह कभी नहीं रुकती, और सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र को पूरे सौरमंडल में ले जाती है।

आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को आसानी से पार नहीं कर सकते; वे उनके चारों ओर सर्पिल में घूमते हैं। इसलिए पृथ्वी का क्षेत्र एक ढाल की तरह काम करता है, जो हवा को ग्रह के चारों ओर से मोड़ देता है। मंगल के पास ऐसा वैश्विक क्षेत्र नहीं है, और अरबों वर्षों में सौर हवा ने उसकी हवा का बड़ा हिस्सा छीन लिया है।

ढाल

सौर हवा किसी भी ऐसी तरंग से तेज़ चलती है जो आगे दौड़कर उसे रुकावट की ख़बर दे सके। इसलिए वह पृथ्वी के चारों ओर आराम से मुड़ नहीं पाती: बो शॉक पर वह अचानक धीमी होती है और गर्म हो जाती है, जैसे चलती नाव के आगे उठती लहर।

शॉक के पार, धीमी हुई हवा मैग्नेटोपॉज़ के चारों ओर बहती है, जहाँ उसका धक्का और पृथ्वी के क्षेत्र का धक्का बराबर होते हैं। यही मैग्नेटोस्फ़ीयर का किनारा है, पृथ्वी का चुंबकीय बुलबुला: भीतर पृथ्वी के क्षेत्र का राज है, बाहर सूर्य की हवा का।

यह बुलबुला सूर्य की ओर वाली तरफ़ दबा हुआ है और पीछे दूर तक खिंचा है, जैसे हवा की दिशा दिखाने वाली थैली। इसका आकार हवा के साथ बदलता है: हवा तेज़ चलने पर मैग्नेटोपॉज़ पृथ्वी के और क़रीब धकेल दिया जाता है। अंतरिक्ष में दोनों सीमाएँ अदृश्य हैं; यहाँ उन्हें चमकती परतों के रूप में बनाया गया है।

चंद्रमा से आगे तक पूँछ

रात वाली तरफ़ सौर हवा पृथ्वी के क्षेत्र को खींचकर एक लंबी पूँछ बना देती है, जिसे चुंबकीय पूँछ कहते हैं। इसकी सही लंबाई कोई नहीं जानता। अंतरिक्ष यानों ने इसे चंद्रमा से बहुत आगे पाया है, और शायद यह चंद्रमा की दूरी से 15 गुना से भी ज़्यादा तक फैली है।

पूँछ के बीचों-बीच प्लाज़्मा शीट चलती है, गर्म आवेशित कणों की एक परत। उसके ऊपर और नीचे क्षेत्र रेखाएँ उलटी दिशाओं में होती हैं, रबर बैंड की तरह तनी हुई, और सौर हवा से ऊर्जा जमा करती हैं। जब वे झटके से वापस सिकुड़ती हैं, तो यही ऊर्जा ध्रुवीय ज्योति जलाती है, जैसा आगे का एक चरण दिखाता है।

चंद्रमा हर महीने लगभग छह दिन पूँछ के भीतर बिताता है, पूर्णिमा से तीन दिन पहले से तीन दिन बाद तक। वहाँ वह सौर हवा से बचा रहता है, और जापान के कागुया यान ने पाया कि पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल की ऑक्सीजन उस पर आकर गिरती है।

विकिरण पट्टियाँ

एक आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र रेखा के चारों ओर सर्पिल में घूमता है। ध्रुवों के पास, जहाँ रेखाएँ सिमटती हैं और क्षेत्र मज़बूत होता है, सर्पिल कसता जाता है जब तक कि कण किसी दर्पण से टकराने की तरह वापस न मुड़ जाए। इस तरह वह एक सेकंड या उससे कम में ध्रुव से ध्रुव तक उछलता है, साथ ही पूरी पृथ्वी के चारों ओर बहता है, और बरसों तक फँसा रह सकता है।

भीतरी पट्टी में ज़्यादातर भारी ऊर्जा वाले प्रोटॉन हैं, और वह मुश्किल से बदलती है। बाहरी पट्टी ज़्यादातर इलेक्ट्रॉनों की है और हर समय बदलती रहती है: कोई सौर तूफ़ान उसे कुछ ही घंटों में ख़ाली कर सकता है या भर सकता है।

पहले अमेरिकी उपग्रह एक्सप्लोरर 1 में जेम्स वैन एलन की टीम का बनाया विकिरण गिनने वाला यंत्र था। ऊँचाई पर उसने कुछ भी नहीं गिना, जो तब तक बेमानी लगा जब तक एक्सप्लोरर 3 ने कारण नहीं दिखाया: विकिरण इतना तेज़ था कि यंत्र ही बेबस हो गया।

आवाज़ चालू हो तो आप पट्टियों को सुन रहे हैं: नासा के वैन एलन प्रोब्स द्वारा रिकॉर्ड की गई रेडियो तरंगें। इनकी आवृत्तियाँ वही हैं जो हमारे सुनने लायक़ आवाज़ों की होती हैं, इसलिए स्पीकर इन्हें सीधे बजा सकता है। ऐसी तरंगें कुछ इलेक्ट्रॉनों को तेज़ करती हैं और कुछ को नीचे हवा में गिरा देती हैं।

सौर तूफ़ान

सौर धब्बे गहरे और ठंडे हिस्से हैं जहाँ सूर्य का उलझा और मरोड़ा हुआ चुंबकीय क्षेत्र उसकी सतह फोड़कर निकलता है। जब कोई मरोड़ा हुआ क्षेत्र झटके से सरल आकार में लौटता है, तो भारी ऊर्जा छोड़ता है: प्रकाश और एक्स-किरणों की एक चमक जिसे फ़्लेयर कहते हैं, और अक्सर अपने ही चुंबकीय क्षेत्र के साथ अंतरिक्ष में फेंका गया गैस का एक बादल, यानी कोरोनल मास इजेक्शन।

फ़्लेयर का प्रकाश लगभग आठ मिनट में पृथ्वी पहुँचता है; बादल को एक से चार दिन लगते हैं। सूर्य पर नज़र रखने वाली दूरबीनें कुछ दिन पहले चेतावनी देती हैं, पर बादल असल में कितना ताक़तवर है, यह तभी पता चलता है जब वह चंद्रमा से चार गुना दूर तैनात अंतरिक्ष यानों के पास से गुज़रता है, हम तक पहुँचने से एक घंटे से भी कम पहले।

मई 2024 में सौर धब्बों का समूह AR 3664 पृथ्वी से 15 गुना से भी ज़्यादा चौड़ा था, इतना बड़ा कि बिना दूरबीन, ग्रहण वाले चश्मे से दिख जाए। सूर्य अपने 11 साल के चक्र के शिखर के पास था, और 8 और 9 मई को उस समूह ने पृथ्वी की ओर एक के बाद एक बादल छोड़े।

दबी हुई ढाल

सबसे अहम बात यह है कि बादल का अपना क्षेत्र किस दिशा में है। सूर्य की ओर वाली तरफ़ पृथ्वी का क्षेत्र उत्तर की ओर होता है। जब बादल का क्षेत्र दक्षिण की ओर हो, तो दोनों उलटे होते हैं और जुड़ सकते हैं, जैसे दो चुंबकों के उलटे ध्रुव चिपक जाते हैं। ढाल खुल जाती है: पृथ्वी की क्षेत्र रेखाएँ हवा से जुड़ जाती हैं, जो उन्हें ध्रुवों के ऊपर से पूँछ में घसीट ले जाती है और भीतर ऊर्जा भरती है।

जिस बादल का क्षेत्र उत्तर की ओर हो, वह ज़्यादातर बगल से फिसल जाता है, और तेज़ बादल भी कम नुक़सान करता है। इसीलिए पूर्वानुमान लगाने वाले तब तक नहीं बता सकते कि तूफ़ान कितना ताक़तवर होगा, जब तक बादल उसकी राह देखते अंतरिक्ष यानों तक न पहुँच जाए।

उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवीय ज्योति

पूँछ में जमा ऊर्जा वहाँ टिकी नहीं रहती। तनी हुई क्षेत्र रेखाएँ गुलेल की तरह पृथ्वी की ओर वापस झटकती हैं और इलेक्ट्रॉनों को क्षेत्र के साथ फेंक देती हैं। रेखाएँ ध्रुवों के पास नीचे आती हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉन हर चुंबकीय ध्रुव के चारों ओर एक छल्ले में ऊपरी हवा से टकराते हैं: यही ध्रुवीय ज्योति का अंडाकार है जो यहाँ चमक रहा है।

जब कोई इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के परमाणु या नाइट्रोजन के अणु से टकराता है, तो उसे अतिरिक्त ऊर्जा देता है, जो एक ख़ास रंग के प्रकाश के रूप में वापस निकलती है, जैसे नियॉन साइन चमकता है। ऑक्सीजन हरा रंग देती है। और ऊपर, जहाँ हवा सबसे विरल है, वह लाल रंग देती है: इस लाल प्रकाश को निकलने में लगभग दो मिनट लगते हैं, और नीचे कोई टक्कर पहले ही ऊर्जा चुरा लेती। नाइट्रोजन नीले और बैंगनी रंग में चमकती है।

उत्तर और दक्षिण की ध्रुवीय ज्योतियाँ एक साथ चमकती हैं, लगभग एक-दूसरे का दर्पण-प्रतिबिंब। चुंबकीय क्षेत्र वाले दूसरे ग्रहों पर भी ये होती हैं: बृहस्पति की ध्रुवीय ज्योतियाँ पूरी पृथ्वी से भी बड़ी हैं।

मई 2024 का तूफ़ान

यह 2003 के बाद का सबसे शक्तिशाली तूफ़ान था। ध्रुवीय ज्योति ध्रुवों से इतनी दूर मेक्सिको, भारत और नामीबिया तक दिखी, और जून में नासा के CIRBE उपग्रह ने वैन एलन पट्टियों के बीच इसकी छोड़ी दो नई कण पट्टियाँ खोजीं।

जैसे-जैसे तूफ़ान ऊर्जा भरता गया, रोशनी के छल्ले भूमध्य रेखा की ओर दूर तक फैल गए, और लाखों लोगों ने पहली बार ध्रुवीय ज्योति देखी। फ़ोन के कैमरों ने आँखों से ज़्यादा पकड़ा: वे वह हल्का लाल और गुलाबी रंग दर्ज कर लेते हैं जो रात में हमारी आँखें मुश्किल से देख पाती हैं।

अंतरिक्ष तूफ़ान हमारी तकनीक तक भी पहुँचते हैं। GPS की स्थितियाँ खिसक गईं, जिससे उत्तरी अमेरिका में वसंत की बुआई के बीच उपग्रह से चलने वाले ट्रैक्टर अपनी क़तारों से भटक गए। गर्म हुई ऊपरी हवा फूल गई और नीचे उड़ते उपग्रहों को रोकने लगी, और उनमें से हज़ारों को अपनी कक्षा बनाए रखने के लिए इंजन चलाने पड़े।

तूफ़ान पीछे कुछ नया भी छोड़ गया। जून में नासा के जूतों के डिब्बे जितने उपग्रह CIRBE ने वैन एलन पट्टियों के बीच दो नई पट्टियाँ पाईं, जिनमें से एक में प्रोटॉन थे, ऐसी बनावट जो पहले कभी नहीं देखी गई थी। इलेक्ट्रॉन वाली पट्टी लगभग तीन महीने बाद मिट गई; दूसरी कहीं ज़्यादा समय तक टिकी रही।

फिर भी यह दर्ज सबसे ताक़तवर तूफ़ान नहीं था। 1859 में कैरिंगटन घटना ने उष्णकटिबंध तक ध्रुवीय ज्योतियाँ जला दीं और टेलीग्राफ़ के तारों से चिंगारियाँ निकलने लगीं। आज वैसा तूफ़ान कहीं ज़्यादा नुक़सान कर सकता है, इसीलिए सूर्य पर चौबीसों घंटे नज़र रखी जाती है।