ऑरोरा क्या है? आर्कटिक गाँव में रंग और ऊँचाई देखें

आप किस जगह खड़े हैं

ऑरोरा क्या है? तेज़ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर से ऊपरी वायुमंडल की गैसों से निकलने वाली रोशनी, जो इस दृश्य में करीब 700 m चौड़ी घाटी के ऊपर दिखती है। उत्तरी रोशनी की तस्वीरों में अक्सर अँधेरे भूभाग के ऊपर हरा परदा और झील या फ़ियोर्ड में उसका उलटा प्रतिबिंब दिखता है। यह प्रदर्शनी आपको उसी दृश्य में रखती है। रात में आर्कटिक के छोटे गाँव की जमी झील के किनारे आप खड़े हैं। पीछे लकड़ी की झोंपड़ियाँ, पश्चिम में स्प्रूस वन, पूर्व में निगरानी मीनार वाली पहाड़ी और झील पार छोटी वेधशाला है। ऊपर का आकाश उन्हीं संख्याओं से ऑरोरा की गणना करता है जिनसे वैज्ञानिक उसे समझाते हैं।

घाटी करीब 700 m चौड़ी है। बीच के समतल चबूतरे पर गाँव में रोशन खिड़कियों वाली बारह झोंपड़ियाँ, घड़ी वाला लकड़ी का गिरजाघर, सौना और बर्फ़ पर जाती जेटी है। उत्तर की झील काली बर्फ़ है जिस पर कहीं-कहीं बर्फ़ जमा है। दबा हुआ स्लेज रास्ता झील और जंगल का चक्कर लगाता है। पहाड़ी 34 m ऊँची है और ऊपर की 9 m मीनार से पूरा आकाश दिखता है। वेधशाला में मैग्नेटोमीटर की झोंपड़ी, काँच के गुंबद में पूरे आकाश का कैमरा और दोनों के माप दिखाती दो स्क्रीन हैं।

आकाश का व्यवहार आप बदल सकते हैं। तूफ़ान की ताक़त (Kp सूचकांक), इलेक्ट्रॉन ऊर्जा, समय, तारीख़, जगह, बादल, चाँद और कैमरा शटर नियंत्रणों में हैं। हर बदलाव वास्तविक ऑरोरा की तरह असर करता है। दृश्य के बाएँ आँकड़े बताते हैं क्यों: आपका भूचुंबकीय अक्षांश, ऑरोरा के अंडाकार पट्टे का किनारा, हरी-लाल रोशनी की ऊँचाई और सूर्य की जगह। ऊपर छोटा नक़्शा ध्रुव के ऊपर से पट्टा और आपकी जगह दिखाता है।

पहले दस सेकंड

प्रदर्शनी फ़रवरी की देर शाम, उत्तरी नॉर्वे के Tromsø के अक्षांश पर, Kp 3+ और चुंबकीय मध्यरात्रि से थोड़ा पहले खुलती है। उपतूफ़ान का विस्फार हो रहा है: परदे चमकते, मुड़ते और किरणें ऊपर भेजते हैं, झील की खुली बर्फ़ उन्हें दोहराती है। ऊपर देखने के लिए खींचें। हरी रोशनी करीब 100 km ऊपर शुरू होती है और ऐसी साफ़ रात में बर्फ़ को हल्की हरी आभा देने भर चमकीली होती है।

रोशनी कहाँ से आती है

तेज़ इलेक्ट्रॉन हवा से टकराते हैं तो निकलने वाली रोशनी ऑरोरा है। NOAA का Space Weather Prediction Center बताता है कि इलेक्ट्रॉन पृथ्वी के रात वाले चुंबकीय पुच्छ और पृथ्वी के पास ऑरोरा की क्षेत्र रेखाओं पर तेज़ होते हैं। क्षेत्र के साथ ध्रुवों के पास ऊपरी वायुमंडल में उतरकर वे ऑक्सीजन और नाइट्रोजन से टकराते हैं। परमाणु और अणु ऊर्जा लेकर रोशनी के रूप में लौटाते हैं, जैसे निऑन संकेत की गैस। प्रोटॉन भी ऑरोरा बनाते हैं, पर वह हल्का, फैला और प्रायः मुश्किल से दिखने वाला होता है।

क्षेत्र रेखाएँ तय करती हैं कि यह कहाँ होगा। भूमध्य रेखा पर वे ज़मीन से बहुत ऊपर जाकर दूर अंतरिक्ष में बंद होती हैं; ध्रुवों के पास वायुमंडल में तेज़ ढलान से उतरती हैं। ऑरोरा के इलेक्ट्रॉन रात के चुंबकीय पुच्छ तक जाने वाली रेखाओं पर उतरते हैं, जो हर चुंबकीय ध्रुव के आसपास पट्टी में ज़मीन से मिलती हैं। NOAA के अनुसार ऑरोरा सामान्यतः 80 से 500 km पर बनता है। उसे देखने की अच्छी जगह करीब 60° से 75° अक्षांश के बीच पट्टी के नीचे है, जहाँ साल की आधी से अधिक रातों में वह दिख सकता है।

ऊर्जा सूर्य देता है, पर सीधे नहीं। सूर्य से आती आवेशित कणों की पतली धारा, सौर पवन, चुंबकीय क्षेत्र दबाकर रात की ओर लंबी पूँछ बनाती है। ऊर्जा वहाँ जमा होकर झटकों में निकलती है। सूर्य से निकला बड़ा प्लाज़्मा बादल, कोरोनल मास इजेक्शन, पृथ्वी से टकराए तो क्षेत्र अधिक हिलता है, ऑरोरा चमकता और भूमध्य रेखा की ओर बढ़ता है।

हरा और लाल क्यों

ज़्यादातर रंग परमाण्विक ऑक्सीजन से आते हैं। NOAA के Science On a Sphere के अनुसार सबसे आम रंग 557.7 nm की तय तरंगदैर्घ्य का हल्का पीला-हरा है; 630.0 nm की लाल चमक भी ऑक्सीजन से है। किरणों के निचले किनारे पर नाइट्रोजन आयनों का 427.8 nm नीला-बैंगनी रंग हो सकता है। NASA के अनुसार हरा करीब 100 से 200 km पर, लाल 200 km से ऊपर, नाइट्रोजन का नीला 100 से 200 km पर और गुलाबी या लाल-बैंगनी करीब 100 km से नीचे होता है।

एक ही परमाणु नीचे हरा और ऊपर लाल क्यों देता है? हरी रेखा देने वाली अवस्था में पहुँचा ऑक्सीजन परमाणु आम तौर पर करीब एक सेकंड में फ़ोटॉन छोड़ देता है। लाल रेखा की अवस्था औसतन करीब 110 सेकंड रहती है। 200 km से ऊपर विरल हवा में उत्तेजित परमाणु बिना टकराए इतना इंतज़ार कर सकता है और लाल रोशनी निकल जाती है। नीचे टक्करें इतनी अधिक होती हैं कि पहले ऊर्जा पड़ोसी को मिल जाती है। 630.0 nm उत्सर्जन के मॉडल इसे शमन कहते हैं। इसलिए ऊँचाई रंगों को अलग करती है: ऊपर लाल, बीच में हरा और नीचे जल्दी निकलने वाला नाइट्रोजन उत्सर्जन।

प्रदर्शनी हर परदा इन नियमों की चार परतों से बनाती है। शेडर में हर दृष्टि-किरण को घुमावदार पृथ्वी के वायुमंडल में 85 km से लाल परत के शीर्ष तक खोजा जाता है। हर ऊँचाई पर परदे का पैटर्न मिलता है और वहाँ चमकती परतों की रोशनी जुड़ती है। इसलिए परदे का निचला किनारा साफ़ और हरा है, शीर्ष लाल में फीका पड़ता है।

हर ऊँचाई का रंग

ऊँचाई का पैमाना चालू करके परिचित चीज़ों से तुलना करें। मनुष्य 1.7 m लंबा है। यात्री विमान करीब 11 km पर उड़ता है। एवरेस्ट का शिखर 9 km से कुछ कम है। हरी रोशनी करीब 100 km पर शुरू होती है, विमान की ऊँचाई से करीब नौ गुना और किनारे के पुतले के क़द से करीब 59,000 गुना। अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन करीब 410 km पर, लाल परत की ऊँचाइयों के बीच घूमता है। इसलिए यात्री हरे को नीचे और लाल को सामने देखते हैं।

पैमाना ऑरोरा की दिशा में आपसे कम से कम 450 km दूर है, ताकि 100 km और 400 km एक दृश्य में समा सकें। पृथ्वी मुड़ती है, इसलिए लेबल बराबर दूरी पर नहीं हैं: दूर से 400 km की ऊँचाई क्षितिज से 100 km की ऊँचाई के कुछ ही गुने कोण पर दिखती है।

इलेक्ट्रॉन ऊर्जा ऊँचाई तय करती है

इलेक्ट्रॉन कितना नीचे जाता है यह उसकी ऊर्जा पर निर्भर है। तेज़ इलेक्ट्रॉन पूरी ऊर्जा खोने से पहले घनी होती हवा में अधिक दूर जाता है। इलेक्ट्रॉन अवक्षेपण के अध्ययन 10 keV पर आयनीकरण का शिखर करीब 110 km और 0.1 keV से कम पर करीब 250 km रखते हैं। करीब 100 keV इलेक्ट्रॉन 80 km तक पहुँचते हैं। प्रदर्शनी ऐसे मानों से चिकना वक्र बनाती है: 0.1 keV करीब 235 km, 1 keV करीब 145 km, 3 keV करीब 125 km, 10 keV करीब 110 km, 30 keV करीब 96 km और 100 keV करीब 80 km पर रुकते हैं।

ऊर्जा स्लाइडर परिणाम दिखाता है। करीब 1 keV से नीचे के नरम इलेक्ट्रॉन ऊँचाई पर रोशनी देते हैं, जहाँ लाल रेखा बचती है और ऑरोरा लाल होता है। 20 keV या अधिक के कठोर इलेक्ट्रॉनों से परदे 100 km के नीचे पहुँचकर नाइट्रोजन का गुलाबी किनारा बनाते हैं। अधिकांश चमकीले परदे कुछ keV के इलेक्ट्रॉनों से बनते हैं और स्लाइडर यहीं शुरू होता है।

पट्टा घेरा है, टोपी नहीं

लोग अक्सर ऑरोरा को उत्तरी ध्रुव पर चमक समझते हैं। अंतरिक्ष से वह घेरा है। NOAA दो अंडाकार पट्टे बताता है, हर चुंबकीय ध्रुव पर एक। शांत समय में घेरा कुछ सौ किलोमीटर चौड़ा और भौगोलिक ध्रुव से दूर है। उत्तरी ध्रुव प्रायः घेरे के अंदर, कम ऑरोरा वाली ध्रुवीय टोपी के नीचे है। इसीलिए Tromsø, Kiruna, Fairbanks और Yellowknife जैसे शहर अच्छे हैं, ध्रुव नहीं।

घेरे का केंद्र भौगोलिक नहीं, भूचुंबकीय ध्रुव है। पृथ्वी के क्षेत्र के IGRF मॉडल में 2025 में वह करीब 80.8° N, 72.6° W, कनाडाई आर्कटिक में Greenland की ओर था। यह उत्तरी ध्रुव से करीब 1,000 km दूर है। घेरा असममित भी है: दिन की अपेक्षा रात में भूमध्य रेखा की ओर अधिक पहुँचता है। शुरुआती उपग्रहों ने उसे ध्रुव से हटा हुआ लगभग वृत्त देखा। Holzworth और Meng ने 1975 में दिखाया कि छोटे सुधारों वाला खिसका वृत्त इसे अच्छी तरह बताता है।

छोटा नक़्शा ध्रुव के ऊपर से मॉडल का पट्टा बनाता है, नीचे चुंबकीय मध्यरात्रि है। समय बदलने पर पृथ्वी पट्टे के नीचे घूमती है, पट्टा सूर्य के सापेक्ष स्थिर रहता है। Kp बढ़ाएँ तो घेरा बढ़ता है।

तूफ़ान पट्टे को भूमध्य रेखा की ओर क्यों धकेलता है

पट्टा वह जगह है जहाँ रात के पुच्छ की क्षेत्र रेखाएँ ज़मीन तक पहुँचती हैं। सौर पवन का दबाव बढ़े, ख़ासकर उसका चुंबकीय क्षेत्र दक्षिणमुखी हो, तो पृथ्वी की अधिक रेखाएँ खुलकर पुच्छ में खिंचती हैं। हर ध्रुव पर खुली रेखाओं का क्षेत्र, ध्रुवीय टोपी, और उसके आसपास का पट्टा बढ़ते हैं। Holzworth और Meng ने उपग्रह तस्वीरों में आकार को सौर पवन के दक्षिणमुखी क्षेत्र से जुड़ा पाया। NASA के Polar उपग्रह की पराबैंगनी तस्वीरों से Carbary ने चमकीले हिस्से का मोटा नियम निकाला: Kp के हर चरण पर वह करीब 1° चुंबकीय अक्षांश भूमध्य रेखा की ओर खिसकता है।

इसलिए शक्तिशाली तूफ़ान आर्कटिक शहरों के लिए हमेशा अच्छा नहीं। Kp 7 पर इस मॉडल में मध्यरात्रि का किनारा करीब 53° पर आ जाता है। 67.5° पर Tromsø सबसे चमकीले ऑरोरा से ध्रुव की ओर रह जाता है और परदे दक्षिण में दिखते हैं। गाइड यही दिखाता है: गाँव के ऊपर दक्षिण देखें।

Kp, तूफ़ान का अंक

Kp पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की हलचल मापता है। उप-ऑरोरा अक्षांशों की 13 वेधशालाओं के मैग्नेटोमीटर से हर तीन घंटे में निकलता है। 0 से 9 तक तिहाइयों में चलता है: 0, 0+, 1-, 1, 1+ आदि से 9 तक, कुल 28 चरण। NOAA इसे भूचुंबकीय तूफ़ान का पैमाना बनाता है। Kp 5 छोटा (G1), Kp 6 मध्यम (G2), Kp 7 शक्तिशाली (G3), Kp 8 गंभीर (G4), Kp 9 चरम (G5) है। NOAA को 11 साल के चक्र में करीब चार G5 तूफ़ानों की उम्मीद होती है।

वही तालिका पहुँच का अंदाज़ देती है। Kp 5 पर उत्तरी Michigan और Maine जैसे ऊँचे अक्षांशों में ऑरोरा आम तौर पर दिखता है। Kp 6 पर New York और Idaho तक, आम तौर पर 55° भूचुंबकीय अक्षांश; Kp 7 पर Illinois और Oregon तक, सामान्यतः 50°; Kp 8 पर Alabama और उत्तरी California तक, सामान्यतः 45°; Kp 9 पर Florida और दक्षिणी Texas तक, सामान्यतः 40° देखा गया है।

Kp स्लाइडर भी तिहाइयों में चलता है। लेबल प्रकाशित रूप इस्तेमाल करता है, इसलिए 3+ का मतलब तीन और एक तिहाई है।

मॉडल पट्टे की जगह कैसे तय करता है

इस प्रदर्शनी का किनारा एक अध्ययन से आता है। Gussenhoven, Hardy और Heinemann ने ऑरोरा क्षेत्र को रोज़ कई बार पार करते DMSP F2 और F4 मौसम उपग्रहों के इलेक्ट्रॉन डिटेक्टरों से फैले ऑरोरा का भूमध्य रेखा वाला अंत खोजा। चुंबकीय स्थानीय समय के हर घंटे के लिए सीधी रेखा Λ = Λ0 + α·Kp फिट की, जहाँ Λ किनारे का संशोधित भूचुंबकीय अक्षांश है। चुंबकीय मध्यरात्रि के पास (00 से 01 MLT) यह 66.1° − 1.99° × Kp है; दोपहर के पास 11 से 12 MLT पर 70.1° − 1.25° × Kp। रात में Kp के हर चरण पर किनारा करीब 2° भूमध्य रेखा की ओर जाता है, दिन में कम।

प्रदर्शनी घंटों की रेखाओं को सहज मिलाती है और तालिका के दो खाली हिस्से (02 से 04 MLT तथा 13 से 15 MLT) पड़ोसी घंटों के बीच सीधी रेखा से भरती है। नमूना करीब Kp 6 तक है, इसलिए Kp 7, 8 और 9 की रेखाएँ बहिर्वेशन हैं। ऊपर मॉडल और NOAA साथ हैं: NOAA का सामान्य न्यूनतम दृश्य अक्षांश, किनारा ठीक ऊपर आने और सबसे दूर से लाल शीर्ष के बस क्षितिज छूने के बीच पड़ता है।

चमकीली पट्टी की चौड़ाई अपना मोटा नियम है, फिट नहीं: शांत मध्यरात्रि में करीब 8°, हर Kp चरण पर 0.4° चौड़ी, दोपहर के पास करीब 7°। चमक मध्यरात्रि से पहले सबसे अधिक, दोपहर के आसपास सबसे कम है। NOAA का अपना 30 मिनट का पूर्वानुमान Kp के बजाय सौर पवन मापों से चलने वाला अलग OVATION Prime मॉडल लेता है।

आपका भूचुंबकीय अक्षांश

पट्टा भूचुंबकीय ध्रुव पर केंद्रित है, इसलिए भौगोलिक अक्षांश कम उपयोगी है। 69.7° N पर Tromsø का भूचुंबकीय अक्षांश करीब 67.5° है। 64.8° N पर Fairbanks करीब 65.6° है, क्योंकि अलास्का उस ओर है जिधर ध्रुव झुका है। 37.6° N पर Seoul सिर्फ़ करीब 28.9° है क्योंकि पूर्वी एशिया दूसरी ओर है। Seoul जैसे भौगोलिक अक्षांश का यूरोपीय या उत्तरी अमेरिकी शहर बेहतर अवसर पाएगा।

“मैं” खोलकर शहर चुनें, स्थिति लें या अक्षांश-देशांतर लिखें। IGRF द्विध्रुव से मॉडल आपका भूचुंबकीय अक्षांश और दो Kp मान निकालता है: चुंबकीय मध्यरात्रि में किनारा ठीक ऊपर आने का और शीर्ष की कुछ लाल रोशनी क्षितिज पार करने का। पुस्तिका की शहर सूची Tromsø और Longyearbyen से Singapore तक 40 जगहों के लिए यही करती है। आपकी लिखी जानकारी उपकरण से बाहर नहीं जाती।

दूर से ऑरोरा देखना

देखने के लिए पट्टे के नीचे होना ज़रूरी नहीं। 100 km ऊँचा परदा दूर से क्षितिज के पास दिख सकता है, जैसे दूर की पर्वतश्रेणी। पृथ्वी की गोलाई सीमा तय करती है। h ऊँचाई की चमक ज़मीन के जिस दूरस्थ बिंदु से बस क्षितिज छूती है, उसका पृथ्वी की सतह पर कोण θ, cos θ = R / (R + h) से मिलता है। R पृथ्वी की त्रिज्या 6,371 km है। 110 km पर यह करीब 10.6° अक्षांश, लगभग 1,200 km है। 400 km पर करीब 19.8° है।

दूर रहने वालों के लिए लाल शीर्ष इसलिए महत्वपूर्ण है। बड़े तूफ़ान में पट्टा भूमध्य रेखा की ओर और लाल परत ऊपर जाती है, यहाँ Kp 9 पर 475 km तक। 20° दूर शहर से हरे परदे क्षितिज के नीचे लेकिन लाल सिरा थोड़ा ऊपर है।

व्यवहार में ज्यामिति काफ़ी नहीं। पहाड़ियाँ, धुंध, शहर की रोशनी और क्षितिज के पास की कमज़ोर चमक बाधा हैं। इसलिए ऊपर की तालिका में NOAA की सामान्य सीमाएँ ज्यामितीय सीमा से ध्रुव की ओर काफ़ी दूर हैं।

कोरिया और मई 2024 का तूफ़ान

10 मई 2024 को कई कोरोनल मास इजेक्शन पृथ्वी तक पहुँचे और 2003 के बाद पहला G5 तूफ़ान आया। NASA ने इसे 20 वर्षों का सबसे शक्तिशाली पृथ्वी तक आया सौर तूफ़ान कहा और 26° चुंबकीय अक्षांश तक ऑरोरा की रिपोर्ट बताई। मॉडल में Kp 9 पर लाल शीर्ष 27.2° तक क्षितिज पार कर सकता है, जो रिपोर्ट के पास है।

Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) ने कोरिया के अवलोकन बताए। Bohyunsan Observatory की ऊपरी वायुमंडल निरीक्षण प्रणाली TIMOS के पूरे आकाश वाले कैमरे ने लाल 630.0 nm फ़िल्टर से उत्तर में लाल रोशनी दर्ज की। मंगोलिया और अमेरिका में KASI के विस्तृत-दृश्य दूरबीनों ने भी लाल ऑरोरा लिया। 12 मई की सुबह Yongin Children’s Observatory के शौकिया खगोलविदों ने Gangwon के Hwacheon से लाल ऑरोरा की तस्वीर ली। KASI ने बताया कि Bohyunsan कैमरे ने 30 अक्टूबर 2003 के Halloween तूफ़ानों में भी लाल ऑरोरा पकड़ा था। बाद में KASI शोधकर्ताओं ने उसी तूफ़ान में कोरिया के आयनमंडल में बड़े बदलाव बताए: रात में कुल इलेक्ट्रॉन मात्रा बढ़ी और तीव्र टिमटिमाहट हुई, अगले दिन वह सामान्य से 70% से अधिक कम हो गई।

गाइड आपको Kp 9 पर चुंबकीय मध्यरात्रि के पास Seoul लाता है। उत्तर की चोटियों पर बस पतली लाल चमक और झील में उसका प्रतिबिंब है। कोरिया से करीब इतना ही संभव है, वह भी सौर चक्र के सबसे बड़े तूफ़ानों में से किसी एक में।

एक रात: चाप, विस्फार, धब्बे

NOAA एक सामान्य रात बताता है। शाम को क्षितिज से क्षितिज तक चाप बनते हैं। देर शाम, मध्यरात्रि के पास, वे मुड़ने और झूलने लगते हैं जैसे हवा परदे हिला रही हो। कभी वे पूरे आकाश में तेज़ी से फैलकर बहुत चमकीले हो जाते हैं: ऑरोरा उपतूफ़ान का चरम। सुबह के पहले रूप बादल जैसे होते हैं और ये फैले धब्बे घंटों जलते-बुझते रह सकते हैं।

Syun-Ichi Akasofu ने 1964 में पूरे आकाश की फ़िल्मों से यह क्रम बताया और उसे ऑरोरा उपतूफ़ान कहा। चुंबकीय पुच्छ की ऊर्जा निकलती है और विस्फार आम तौर पर चुंबकीय मध्यरात्रि के पास शुरू होता है। सुबह के धड़कते धब्बे उन इलेक्ट्रॉनों से बनते हैं जिन्हें chorus तरंगें चुंबकमंडल से बिखेरती हैं। Nishimura और साथियों ने 2010 में दिखाया कि धब्बे और तरंगें साथ चालू-बंद होते हैं।

रात वाले हिस्से पर Kp 3 या अधिक हो तो प्रदर्शनी ऐसा चक्र चलाती है: करीब 40 सेकंड धीमी चमक, करीब 20 सेकंड का विस्फार जिसमें किरणें तेज़ और पट्टी ध्रुव की ओर फैलती है, फिर बहाली। 03 से 09 चुंबकीय स्थानीय समय में परदे चमकते-बुझते धब्बे बन जाते हैं।

मैग्नेटोमीटर और पूरे आकाश का कैमरा

विस्फार में पश्चिममुखी इलेक्ट्रोजेट की शक्तिशाली धारा करीब 100 km ऊपर ऑरोरा के साथ बहती है। ज़मीन का मैग्नेटोमीटर इसे उत्तर घटक की गिरावट के रूप में देखता है। वेधशाला की स्क्रीन पिछले 60 सेकंड की रेखा खींचती है। Kp 4 या 5 के विस्फार में गिरावट कई सौ नैनोटेस्ला है, जबकि कुल पृथ्वी क्षेत्र करीब 50,000 nT है। Kp सूचकांक भी ध्रुवों से दूर की वेधशालाओं की ऐसी रेखाओं से बनता है।

बगल में पूरे आकाश का कैमरा है: काँच के गुंबद में फ़िशआई लेंस, जो एक फ़्रेम में क्षितिज से क्षितिज तक लेता है। उत्तर ऊपर, पूर्व बाएँ होता है क्योंकि आप ऊपर देख रहे हैं। स्क्रीन आपके आसपास वाले ही आकाश शेडर को फ़िशआई रूप में दिखाती है।

ध्रुवीय रात और आधी रात का सूर्य

आर्कटिक वृत्त के उत्तर में सर्दियों के कुछ दिनों में सूर्य पूरे दिन क्षितिज के नीचे रहता है। मॉडल NOAA के सौर समीकरणों से सूर्य निकालता है। दोपहर में केंद्र क्षितिज से 0.833° से अधिक नीचे रहे तो दिन ध्रुवीय रात है। इसमें हवा का अपवर्तन और सूर्य की त्रिज्या शामिल हैं। Tromsø में 29 नवंबर से 15 जनवरी तक 48 दिन मिलते हैं। Svalbard के Longyearbyen में 111 दिन।

आर्कटिक वृत्त पर ध्रुवीय रात नहीं। उसके पास Rovaniemi में सबसे छोटे दिन भी सूर्य का ऊपरी किनारा दिखता है क्योंकि हवा छवि करीब आधा डिग्री उठाती है। ध्रुवीय रात के लिए थोड़ा उत्तर जाना होगा।

अँधेरा ऑरोरा को दृश्य बनाता है। गर्मी में इन अक्षांशों पर आधी रात का सूर्य बाधा है। सूर्य क्षितिज की ओर आए तो मॉडल ऑरोरा फीका करता है और संधि प्रकाश में ऊँची किरणों के शीर्ष को धूप देता है। धूप में नाइट्रोजन आयन बैंगनी चमकते हैं, इसलिए कुछ तस्वीरों में हरे परदों के ऊपर बैंगनी सिरा दिखता है।

आँख और कैमरा

फ़ोटो अक्सर आकाश से अधिक चमकीली और रंगीन दिखती है। NASA का सूचना-चित्र साफ़ कहता है कि आँख को ऑरोरा अक्सर इतना तेज़ नहीं दिखता, लेकिन कैमरा हल्के ऑरोरा का भी विवरण पकड़ता है। शटर खुलने पर कैमरा दो, दस या तीस सेकंड की रोशनी जोड़ सकता है। आँख नहीं। कम रोशनी में रंग न पहचानने वाली छड़ कोशिकाएँ काम करती हैं, इसलिए हल्का ऑरोरा चमकने तक धूसर बादल लग सकता है।

शटर नियंत्रण दो तरह काम करता है। लाइव दृश्य में कैमरा स्क्रीन की तरह चमक बदलता है। फ़ोटो मोड में “फ़ोटो लें” दबाने पर एक्सपोज़र के दौरान के फ़्रेम बनते हैं, बीच में ऑरोरा चलता है और फ़्रेम जुड़ते हैं। 1/30 s पर फ़ोटो अँधेरी, 10 s पर परदे चमकीले और चिकने, 30 s पर तेज़ हिस्से धुँधली चमक और बर्फ़ अत्यधिक उजली होती है। आँख जैसा अंदाज़ देखने के लिए शटर “आँख” पर रखें: हल्के हिस्से रंग खो देते हैं।

दक्षिणी रोशनी

दक्षिणी पट्टा दक्षिण भूचुंबकीय ध्रुव के आसपास, दक्षिणी महासागर और अंटार्कटिका पर है। उत्तरी पट्टे में समाप्त ज़्यादातर क्षेत्र रेखाएँ दक्षिणी में भी समाप्त होती हैं, इसलिए तूफ़ान दोनों चमकाता है। दोनों हूबहू प्रतिबिंब नहीं। Laundal और Østgaard ने दो उपग्रहों से एक साथ देखकर पाया कि मौसम और सौर पवन के क्षेत्र की दिशा के अनुसार एक अधिक चमकीला हो सकता है।

कोरिया अंटार्कटिका में दो स्टेशन चलाता है। King George Island पर 62.2° S वाला King Sejong Station करीब 53° भूचुंबकीय अक्षांश पर है और तूफ़ान में दक्षिण में ऑरोरा देखता है। रॉस सागर की ओर 74.6° S पर Jang Bogo Station करीब 77° भूचुंबकीय अक्षांश पर, पट्टे के ध्रुवीय किनारे के पास है। जगह में उन्हें चुनकर दक्षिण देखें।

STEVE, टीले और नए रूप

2016 में कनाडा के दर्शकों ने सामान्य ऑरोरा के दक्षिण में पूर्व-पश्चिम का पतला हल्का बैंगनी फ़ीता लिया और Steve कहा। उपग्रहों को नीचे बहुत तेज़ गर्म प्लाज़्मा धारा मिली, लेकिन साधारण ऑरोरा वाला इलेक्ट्रॉन अवक्षेपण नहीं। वैज्ञानिकों ने बाद में Strong Thermal Emission Velocity Enhancement नाम दिया। Gallardo-Lacourt और साथियों ने इसे गर्म ऊपरी वायुमंडल की चमक माना, ऑरोरा नहीं। NASA के संकेत: STEVE सामान्य ऑरोरा से 5 से 10 डिग्री भूमध्य रेखा की ओर, बहुत पतला पूर्व-पश्चिम चाप है। 20 मिनट से एक घंटे रहता है और कभी छोटी हरी “बाड़” धारियाँ साथ होती हैं।

2020 में फ़िनलैंड के नागरिक वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं ने टीले नामक नया रूप बताया: करीब 100 km ऊपर रेत की लहरों जैसी समानांतर हरी धारियाँ, उस ऊँचाई की वायुमंडलीय तरंगों से बनीं।

मॉडल रात में उपतूफ़ान के बाद Kp 5 या अधिक पर, पट्टे के किनारे से करीब 2.3° भूमध्य रेखा की ओर STEVE बनाता है। सबसे बड़े तूफ़ानों में नीचे बाड़ भी है।

क्या ऑरोरा सुन सकते हैं

उत्तर में लोग लंबे समय से शक्तिशाली प्रदर्शन के दौरान चटखने, फुसफुसाने या ताली जैसी आवाज़ें बताते हैं। Silverman और Tuan ने 1973 में रिपोर्टों की समीक्षा की। बहस जारी है। 100 km ऊपर से आवाज़ बहुत हल्की और कई मिनट देर से आएगी, इसलिए वास्तविक आवाज़ ज़मीन के पास बननी चाहिए। कुछ शोधकर्ता इसे भूचुंबकीय हलचल के समय निचली हवा के विद्युत प्रभावों से जोड़ते हैं। जंगल की छिपी खोज वर्णन जैसी आवाज़ बजाती है। यह उदाहरण है, रिकॉर्डिंग नहीं।

11 साल का चक्र

सूर्य की सक्रियता करीब 11 वर्षों में बढ़ती-घटती है और सूर्यकलंक संख्या उसे गिनती है। 15 अक्टूबर 2024 को NASA, NOAA और अंतरराष्ट्रीय Solar Cycle Prediction Panel ने सौर चक्र 25 का अधिकतम दौर घोषित किया, जो करीब एक वर्ष चल सकता था। तब तक चक्र की सबसे बड़ी X9.0 ज्वाला 3 अक्टूबर 2024 को निकली थी। अधिकतम के आसपास बड़े तूफ़ान अधिक संभव हैं, लेकिन दूसरे वर्षों में भी हो सकते हैं।

चरम घटना की कसौटी सितंबर 1859 का तूफ़ान है, जिसे ज्वाला देखने वाले खगोलविद के नाम पर Carrington घटना कहते हैं। दुनिया भर के कम अक्षांशों में ऑरोरा दिखा। Cliver और Dietrich ने उससे चरम अंतरिक्ष मौसम की सीमाओं पर चर्चा की।

दूसरे ग्रहों का ऑरोरा

वायुमंडल और चुंबकीय क्षेत्र वाला कोई भी ग्रह ऑरोरा रख सकता है। हबल बृहस्पति को पराबैंगनी में लेता है। ESA के अनुसार क्षेत्र पूरी पृथ्वी से बड़ा, ऊर्जा पृथ्वी से सैकड़ों गुनी और चमक अनवरत है। बृहस्पति का अतिरिक्त स्रोत ज्वालामुखीय चंद्रमा Io है, जो आवेशित कण अंतरिक्ष में फेंकता है। उसकी क्षेत्र रेखाएँ मुख्य पट्टे के पास चमकीला पदचिह्न छोड़ती हैं। Juno ने इन्हें पास से लिया है।

शनि का ऑरोरा भी अधिकतर पराबैंगनी है क्योंकि विशाल ग्रहों की हवा मुख्यतः हाइड्रोजन है। हबल ने 2017 में सात महीने उत्तरी ऑरोरा देखा और भोर तथा मध्यरात्रि से पहले चमक के दो शिखर पाए। मंगल का वैश्विक चुंबकीय क्षेत्र नहीं, इसलिए पट्टा नहीं। NASA के MAVEN ने सौर तूफ़ान के बाद ग्रह के बड़े हिस्से पर फैला ऑरोरा पाया।

अंतरिक्ष का ग्रह स्लाइडर बृहस्पति, शनि और मंगल के ऑरोरा को कृत्रिम रंगों में, बगल में समान पैमाने की पृथ्वी के साथ दिखाता है।

आकाश कैसे बनता है

आकाश एक शेडर है, जो आधे रिज़ॉल्यूशन के हर पिक्सेल पर चलता और पूरी स्क्रीन में फैलता है। तारे और चाँद पूरे रिज़ॉल्यूशन पर जुड़ते हैं। हर पिक्सेल की दृष्टि-किरण घुमावदार पृथ्वी के वायुमंडल में ऊपर जाती है। 82 km से लाल शीर्ष तक अधिकतम 64 ऊँचाइयाँ ली जाती हैं, नीचे तीखे परदों के पास अधिक सघन। हर ऊँचाई पर चाप की दिशा और चुंबकीय ध्रुव की ओर स्थिति निकालकर परदे का पैटर्न लिया जाता है।

परदे चुंबकीय क्षेत्र के साथ हैं और क्षेत्र सीधा ऊपर नहीं। द्विध्रुव के लिए भूचुंबकीय अक्षांश λ पर झुकाव I, tan I = 2 tan λ मानता है। Tromsø के 67.5° पर करीब 78° झुकाव है, इसलिए 100 km से 300 km चढ़ती रेखा करीब 40 km भूमध्य रेखा की ओर जाती है। शेडर हर ऊँचाई पर पैटर्न इतना खिसकाता है और किरणें साथ झुकती हैं। नीचे से समानांतर किरणें चुंबकीय शीर्षबिंदु पर मिलती लगती हैं, जो Tromsø में वास्तविक शीर्ष से करीब 12° भूमध्य रेखा की ओर है: यही कोरोना है।

बगल से पतले परदे दो ऊँचाई नमूनों के फ़ासले से भी पतले हैं। हर चादर को फ़ासले जितना चौड़ा और उसी अनुपात में मंद किया जाता है, ताकि कुल रोशनी बचे और चमक झिलमिलाए नहीं। झील की बर्फ़ प्रतिबिंब के लिए वही तस्वीर पढ़ती है जहाँ दिशा स्क्रीन पर है, बाहर की दिशा के लिए कम चरणों में फिर गणना करती है।

बादल, चाँद और गाँव की रोशनी

बादल करीब 2.5 km पर, ऑरोरा से बहुत नीचे हैं। घने बादल उसे पूरी तरह छिपाते हैं। नीचे से वे ऊपर के ऑरोरा की हल्की हरी रोशनी में चमकते हैं। बादल नियंत्रण बहती परत जोड़ता है और आधे से अधिक आकाश ढके तो हल्की बर्फ़ गिरती है।

चाँद की कला चुनी जा सकती है। स्थिति उस कला के लिए सूर्य से मिलती है, इसलिए पूर्णिमा सर्द रात में ऊँची और हँसिया सूर्य के पास है। तेज़ चाँद बर्फ़ और आकाश रोशन करके सबसे हल्का ऑरोरा छिपाता है। गाँव क्षितिज के पास थोड़ी गर्म रोशनी जोड़ता है।

मॉडल वास्तविकता से कैसे अलग है

• किनारा DMSP के फैले ऑरोरा की सीमा के फिट से आता है। चमकीले अलग चाप पट्टी में कहीं भी हो सकते हैं; नीचे होने पर मॉडल एक चाप आपसे थोड़ा ध्रुव की ओर, अन्यथा सामने वाले किनारे पर रखता है।
• चौड़ाई मोटा नियम है और करीब Kp 6 से आगे फिट बहिर्वेशन है। वास्तविक बड़े तूफ़ान में पट्टा सीधी रेखाओं के अंदाज़ से अधिक भूमध्य रेखा की ओर जा सकता है।
• यहाँ सब Kp से है। वास्तविक ऑरोरा मिनट-दर-मिनट सौर पवन की गति, घनत्व और क्षेत्र को सीधे जवाब देता है; समान Kp के दो तूफ़ान अलग दिख सकते हैं।
• भूचुंबकीय अक्षांश झुके द्विध्रुव से है। वास्तविक संशोधित भूचुंबकीय अक्षांश कहीं एक डिग्री या अधिक अलग होता है, सबसे अधिक दक्षिण अटलांटिक में।
• उत्सर्जन परतें प्रकाशित ऊँचाइयों से बने चिकने वक्र हैं, ऊर्जा जमाव और रसायन की पूरी गणना नहीं। चमक सापेक्ष है, किलोरेले देने की कोशिश नहीं।
• परदे बहती मुड़ी चादरों और किरणों का पैटर्न हैं। आकार तस्वीरों जैसा बनाया गया है; ऊँचाई, रंग, क्षेत्र के साथ झुकाव और जगह मॉडल से हैं।
• हर जगह भू-दृश्य वही है। सिर्फ़ आकाश, सूर्य, चाँद और तारे जगह के साथ बदलते हैं।
• चुनी कला के लिए चाँद सूर्य के सापेक्ष क्रांतिवृत्त पर है; यह पूरा चंद्र पंचांग नहीं।

घाटी में घूमना

WASD, तीर कुंजियों या ज़मीन पर क्लिक से चलें। फ़ोन पर नीचे बाएँ गोले या ज़मीन छूने का उपयोग करें। खींचकर चारों ओर और ठीक ऊपर देखें। नीचे दाएँ बटन पैदल, दौड़, स्लेज, 45 m का ड्रोन और अंतरिक्ष बदलते हैं। 1 से 5 कुंजियाँ भी यही करती हैं। M नक़्शा, T चुनौतियाँ, B पुस्तिका, F छिपी खोजें और P फ़ोटो मोड खोलता है।

पहाड़ी की मीनार दक्षिण की सीढ़ियों से पहुँचती है। स्लेज झील की टूटी रेखा पर सबसे तेज़ है। अंतरिक्ष में ग्रह घुमाने के लिए खींचें, ज़ूम के लिए स्क्रॉल करें।

निर्देशित सैर

गाइड के 14 चरण हैं। झील के ऊपर विस्फार से शुरू करके ऊँचाई के रंग दिखाता, लाल ऑरोरा बनाता, पट्टे को Tromsø के दक्षिण भेजता, कोरोना के नीचे खड़ा करता, बर्फ़ में प्रतिबिंब दिखाता, वेधशाला जाता, आँख-कैमरा तुलना करता, ध्रुवीय रात खोजता, Kp 9 पर Seoul से देखता, King Sejong Station और दोपहर में Svalbard जाता और अंतरिक्ष में पृथ्वी तथा बृहस्पति पर समाप्त होता है।

चुनौतियाँ और छिपी खोजें

11 चुनौतियाँ हैं। कुछ मॉडल के सवाल हैं, जैसे Seoul को कितना Kp चाहिए। कुछ घटना बनाकर हल हैं: लाल ऑरोरा, ध्रुवीय रात, 10 सेकंड की फ़ोटो, कोरोना के नीचे खड़ा होना, मैग्नेटोमीटर पर उपतूफ़ान, दोपहर में ऑरोरा। “शुरुआत तय करें” अच्छा शुरुआती बिंदु देता है, उत्तर नहीं।

पुस्तिका में 44 प्रविष्टियाँ हैं: रंग, रूप और घटनाएँ, आकाश-कैमरा, अंतरिक्ष और वे जगहें जहाँ आपने ऑरोरा देखा। घाटी में 18 छिपी खोजें हैं; सात “दरअसल” से शुरू होने वाले उलट धारणा कार्ड हैं। प्रगति इसी उपकरण पर रहती है।