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Assessing VBz variations during CME propagation: a preparatory study for the HENON mission using EUHFORIA

यह अध्ययन FRi3D CME मॉडल के साथ EUHFORIA सिमुलेशन का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि प्रस्तावित HENON मिशन, जो पृथ्वी के अपस्ट्रीम (upstream) में स्थित है, 2-8 घंटे पहले $VB_z$ परिवर्तनों को विश्वसनीय रूप से माप सकता है, जिससे अंतरिक्ष मौसम पूर्वानुमान क्षमताओं में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।

मूल लेखक: G. Prete, A. Niemela, S. Poedts, G. Zimbardo, S. Cicalò, M. F. Marcucci, M. Laurenza, M. Stumpo, S. Landi, M. Sangalli, L. Provinciali, D. Monferrini, D. Calcagno, V. Di Tana, R. Walker, F. Pecora, G.

प्रकाशित 2026-03-31

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CC BY 4.0

मूल लेखक: G. Prete, A. Niemela, S. Poedts, G. Zimbardo, S. Cicalò, M. F. Marcucci, M. Laurenza, M. Stumpo, S. Landi, M. Sangalli, L. Provinciali, D. Monferrini, D. Calcagno, V. Di Tana, R. Walker, F. Pecora, G. Nisticò, V. Carbone, F. Chiappetta, A. Greco, F. Lepreti, F. Malara, S. Perri, S. Servidio

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

एक बड़ी तस्वीर: हमें "मौसम के रखवाले" की ज़रूरत क्यों है?

कल्पना कीजिए कि सूर्य एक विशाल, चिड़चिड़ा लाइटहाउस (प्रकाश स्तंभ) है। कभी-कभी, यह आवेशित कणों और चुंबकीय क्षेत्रों के विशाल बादलों को छींक के रूप में बाहर निकाल देता है, जिन्हें कोरोनल मास इजेक्शन (CMEs) कहा जाता है। जब ये बादल पृथ्वी से टकराते हैं, तो वे भू-चुंबकीय तूफान (geomagnetic storms) पैदा कर सकते हैं। इन तूफानों को एक ब्रह्मांडीय तूफान (cosmic hurricane) की तरह समझें जो उपग्रहों को खराब कर सकता है, जीपीएस संकेतों को गड़बबड़ा सकता है और यहाँ तक कि पावर ग्रिड को भी ठप कर सकता है।

अभी, अंतरिक्ष के लिए हमारा "मौसम पूर्वानुमान" कुछ ऐसा है जैसे तूफान शुरू होने के बाद समाचार देखना। हमारे पास L1 नामक बिंदु पर (पृथ्वी से लगभग 10 लाख मील दूर सूर्य की ओर) उपग्रह हैं जो हमारी पहली चेतावनी प्रणाली के रूप में कार्य करते हैं। लेकिन जब तक वे तूफान को देखते हैं, हमारे पास तैयारी करने के लिए केवल 30-60 मिनट ही होते हैं।

HENON मिशन एक प्रस्तावित नया अंतरिक्ष मिशन है जिसे एक "सुपर-अर्ली वार्निंग सिस्टम" (बेहद जल्दी चेतावनी देने वाली प्रणाली) के रूप में डिज़ाइन किया गया है। L1 पर बैठने के बजाय, HENON पृथ्वी के चारों ओर एक विशेष, दूरस्थ लूप (डिस्टेंट रेट्रोग्रेड ऑर्बिट) में घूमेगा जो इसे पृथ्वी से लगभग 0.082 AU (लगभग 1.2 करोड़ मील) ऊपर की ओर (upstream) रखेगा।

लक्ष्य: पृथ्वी पर सौर तूफान आने से पहले हमें 2 से 8 घंटे की बढ़त देना।

समस्या: क्या "फ्रंट पोर्च" (बरामदे) से दिखने वाला दृश्य "फ्रंट डोर" (मुख्य द्वार) जैसा ही है?

इस शोध के पीछे के वैज्ञानिकों ने एक महत्वपूर्ण सवाल पूछा: यदि हम तूफान को 12 मिलियन मील दूर मापते हैं, तो क्या यह वैसा ही दिखेगा जैसा कि यह अंततः पृथ्वी से टकराता है?

अंतरिक्ष खाली नहीं है; यह एक अशांत महासागर की तरह है। जैसे-जैसे एक CME "फ्रंट पोर्च" (HENON की स्थिति) से "फ्रंट डोर" (पृथ्वी) तक यात्रा करता है, यह मुड़ सकता है, घूम सकता है या अपना आकार बदल सकता है। यदि तूफान रास्ते में बहुत अधिक बदल जाता है, तो हमारी शुरुआती चेतावनी बेकार हो सकती है।

इसका उत्तर देने के लिए, उन्होंने अभी तक कोई वास्तविक रॉकेट लॉन्च नहीं किया है (HENON अभी भी योजना चरण में है)। इसके बजाय, उन्होंने EUHFORIA नामक एक सुपर-कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया।

प्रयोग: एक आभासी सौर तूफान

इस सिमुलेशन को एक विशाल, हाई-टेक वीडियो गेम की तरह समझें। वैज्ञानिकों ने एक आभासी सूर्य और एक आभासी पृथ्वी बनाई। फिर उन्होंने पृथ्वी की ओर एक आभासी CME (एक चुंबकीय बुलबुला) "लॉन्च" किया और उस पथ पर नौ आभासी सेंसर रखे जहाँ HENON उड़ेगा।

उन्होंने विभिन्न परिदृश्यों का परीक्षण किया:

सीधा प्रहार (The Straight Shot): CME सीधे पृथ्वी की ओर लक्षित था।
तिरछा प्रहार (The Glancing Blow): CME पृथ्वी के थोड़ा बाईं या दाईं ओर लक्षित था।
मरोड़ (The Twist): उन्होंने CME की "हैंडेडनेस" (चुंबकीय मरोड़) को बदला ताकि देखा जा सके कि क्या यह मायने रखता है।

उन्होंने एक विशिष्ट संख्या पर ध्यान केंद्रित किया: VBz।

V सौर हवा की गति है।
Bz चुंबकीय क्षेत्र की दिशा है (विशेष रूप से, यदि यह "दक्षिण" की ओर इशारा कर रहा है, जो कि वह खतरनाक दिशा है जो तूफान को सक्रिय करती है)।
VBz इन दोनों का गुणनफल है। यदि यह संख्या बहुत अधिक नकारात्मक हो जाती है, तो यह एक लाल सायरन की तरह है जो कहता है, "बड़ा तूफान आ रहा है!"

निष्कर्ष: अंतरिक्ष मौसम के लिए अच्छी खबर

सिमुलेशन ने क्या खुलासा किया, इसे सरल शब्दों में यहाँ दिया गया है:

1. "हेड स्टार्ट" काम करता है
HENON की स्थिति पर आभासी सेंसरों ने पृथ्वी से टकराने से 3.5 से 6 घंटे पहले तूफान का पता लगा लिया। यह एक गेम-चेंजर है। यह बिजली कंपनियों और उपग्रह ऑपरेटरों को अपने सिस्टम को "सेफ मोड" में डालने के लिए पर्याप्त समय देता है, ठीक वैसे ही जैसे हम तूफान आने से पहले खिड़कियों पर बोर्ड लगा देते हैं।

2. दृश्य सुसंगत (Consistent) है
सबसे महत्वपूर्ण खोज यह है कि तूफान HENON की स्थिति पर वैसा ही दिखा जैसा कि वह पृथ्वी पर दिखा। भले ही तूफान लाखों मील traveled हुआ, चुंबकीय क्षेत्र का "आकार" और गति इतनी सुसंगत रही कि शुरुआती चेतावनी सटीक होगी।

उपमा (Analogy): यह समुद्र में 100 गज दूर से उठती लहर के शिखर को देखने जैसा है। भले ही लहर किनारे तक पहुँचते समय थोड़ी बदल जाए, फिर भी आप सटीक भविष्यवाणी कर सकते हैं कि यह 5 फुट की लहर होगी या 20 फुट की सुनामी।

3. "घुमावदार सड़क" का प्रभाव
वैज्ञानिकों ने समय के बारे में एक दिलचस्प बात नोट की। क्योंकि HENON एक वक्र (curve) में कक्षा में घूमता है और CME अक्सर घुमावदार पथों में चलते हैं (सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र के कारण जो एक "रेलवे ट्रैक" की तरह कार्य करता है), इसलिए चेतावनी का समय इस बात पर निर्भर करता था कि HENON अपनी कक्षा में कहाँ है और CME कहाँ निशाना साध रहा है।

यदि CME सीधे पृथ्वी की ओर लक्षित था, तो चेतावनी का समय सबसे लंबा था (लगभग 6 घंटे)।
यदि CME केंद्र से थोड़ा हटकर था, तो "किनारों" वाले सेंसरों के लिए चेतावनी का समय घटकर 1-2 घंटे रह गया।
उपमा: एक घुमावदार हाईवे पर कार चलते हुए कल्पना करें। यदि आप निकास रैंप (exit ramp) पर खड़े हैं, तो यदि कार अंदरूनी मोड़ ले रही है तो आप उसे जल्दी देखते हैं, लेकिन यदि वह बाहरी मोड़ ले रही है तो देर से देखते हैं। वैज्ञानिकों ने इस देरी की गणना करना सीख लिया है।

4. "मैग्निफाइंग ग्लास" (आवर्धक लेंस) का प्रभाव
सिमुलेशन ने दिखाया कि HENON द्वारा मापा गया चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति वास्तव में उससे अधिक थी जो पृथ्वी महसूस करेगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र दूरी बढ़ने के साथ कमजोर होता जाता है (जैसे टॉर्च की रोशनी दूर जाने पर धुंधली होती जाती है)।

निष्कर्ष: जब HENON किसी तूफान की रिपोर्ट करेगा, तो वैज्ञानिकों को यह जानने के लिए कि तूफान पृथ्वी से टकराते समय कितना शक्तिशाली होगा, एक त्वरित गणितीय समायोजन (इसे स्केल डाउन करना) करने की आवश्यकता होगी।

निष्कर्ष: यह क्यों मायने रखता है

यह शोध पत्र HENON मिशन के लिए एक "ड्रेस रिहर्सल" है। यह सिद्ध करता है कि:

यह व्यवहार्य (Feasible) है: इस विशिष्ट कक्षा में एक उपग्रह रखना एक स्मार्ट विचार है।
यह सटीक है: इस दूरस्थ कक्षा से प्राप्त डेटा विश्वसनीय रूप से भविष्यवाणी करेगा कि पृथ्वी पर क्या होगा।
यह अत्यंत आवश्यक है: 30 मिनट के बजाय 6 घंटे की चेतावनी मिलना बुनियादी ढांचे के अरबों डॉलर के नुकसान को बचा सकता है और हमारी डिजिटल दुनिया की रक्षा कर सकता है।

अंतिम उपमा:
वर्तमान में, हम समुद्र तट पर खड़े उन लोगों की तरह हैं जिन्हें केवल तभी पता चलता है जब पानी हमारे टखनों तक पहुँच जाता है कि सुनामी आ रही है। HENON मिशन, जिसे इस अध्ययन द्वारा प्रमाणित किया गया है, समुद्र में 10 मील दूर एक चट्टान पर लगे सेंसर की तरह है। यह तब चिल्लाएगा "सुनामी!" जब पानी अभी भी बहुत दूर होगा, जिससे हमें सुरक्षित स्थान पर जाने के लिए पर्याप्त समय मिलेगा।

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि कोई भी सिमुलेशन पूर्ण नहीं होता (वास्तविक अंतरिक्ष कंप्यूटर मॉडल से अधिक जटिल होता है), परिणाम इतने मजबूत हैं कि हमारी तकनीक-निर्भर समाज की रक्षा के लिए HENON मिशन बनाने की दिशा में आगे बढ़ा जा सके।

यहाँ शोध पत्र "Assessing VBz variations during CME propagation: a preparatory study for the HENON mission using EUHFORIA" का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया है।

1. समस्या विवरण (Problem Statement)

स्पेस वेदर (अंतरिक्ष मौसम) से जुड़े खतरे, विशेष रूप से कोरोनल मास इजेक्शन (CMEs), उपग्रह संचार और महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे के लिए महत्वपूर्ण जोखिम पैदा करते हैं। वर्तमान पूर्वानुमान मुख्य रूप से लैग्रेंज पॉइंट L1 (लगभग 0.01 AU, पृथ्वी के अपस्ट्रीम) पर किए गए मापों पर निर्भर करते हैं, जो आमतौर पर पृथ्वी पर CME के प्रभाव से केवल 15-60 मिनट पहले की चेतावनी प्रदान करते हैं।

इसे बेहतर बनाने के लिए, HENON (HEliospheric pioNeer for sOlar and interplanetary threats defeNce) मिशन पृथ्वी के लगभग 0.082 AU अपस्ट्रीम एक डिस्टेंट रेट्रोग्रेड ऑर्बिट (DRO) में एक अंतरिक्ष यान स्थापित करने का प्रस्ताव करता है। यह स्थान सैद्धांतिक रूप से 2-8 घंटे का लीड टाइम (पूर्व चेतावनी समय) प्रदान कर सकता है। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण अनिश्चितता बनी हुई है: इस अपस्ट्रीम स्थान पर लिए गए मापों का पृथ्वी की स्थितियों के साथ कितना सहसंबंध (correlation) है? अंतरग्रहीय माध्यम (interplanetary medium) जटिल है, जिसमें विक्षोभ (turbulence), शॉक वेव्स और विकसित होती चुंबकीय संरचनाएं शामिल हैं, जो अपस्ट्रीम मॉनिटर और पृथ्वी के बीच स्थानिक और कालिक विसंगतियां पैदा कर सकती हैं। विशेष रूप से, यह शोध जांच करता है कि क्या $VB_z$ पैरामीटर (सौर पवन गति $\times$ दक्षिणवर्ती चुंबकीय क्षेत्र घटक), जो भू-चुंबकीय तूफानों का प्राथमिक चालक है, पृथ्वी की तुलना में HENON कक्षा में एक विश्वसनीय भविष्यवक्ता बना रहता है।

2. कार्यप्रणाली (Methodology)

लेखकों ने EUHFORIA (EUropean Heliospheric FORecast Information Asset) कोड का उपयोग करके संख्यात्मक सिमुलेशन (numerical simulations) का उपयोग किया, जो आंतरिक हेलियोस्फीयर का एक वैश्विक मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक (MHD) मॉडल है।

CME मॉडलिंग: अध्ययन ने EUHFORIA के भीतर FRi3D (Flux Rope in 3 Dimensions) मॉडल का उपयोग किया। सरल कोन मॉडल के विपरीत, FRi3D CMEs को विशिष्ट ज्यामितीय विरूपणों (पैनकेकिंग, फ्लैटनिंग, रोटेशनल स्क्यू) और आंतरिक चुंबकीय संरचनाओं (लुंडक्विस्ट मॉडल) के साथ चुंबकीय फ्लक्स रोप के रूप में वर्णित करता है।
सिमुलेशन सेटअप:
- बैकग्राउंड: CME प्रभावों को अलग करने के लिए एक समान सौर पवन सेट की गई थी ( $n=5.35 \text{ cm}^{-3}$ , $V=472 \text{ km/s}$ )।
- CME पैरामीटर्स: 750 km/s की प्रारंभिक गति वाला एक CME इंजेक्ट किया गया। अध्ययन ने चुंबकीय हेलिसिटी (लेफ्ट-हैंडेड बनाम राइट-हैंडेड) और प्रसार दिशा (हेलियोसेंट्रिक देशांतर में $0^\circ$ , $+30^\circ$ , और $-30^\circ$ का केंद्रीय शीर्ष) को बदला।
- आभासी अंतरिक्ष यान (Virtual Spacecraft): नौ आभासी अंतरिक्ष यान को HENON ऑर्बिट के की रीजन 1 (KR1) के साथ स्थित किया गया था। KR1 को पृथ्वी के जियोसेंट्रिक देशांतर $-60^\circ$ से $+60^\circ$ (जो $\pm 6.9^\circ$ के हेलियोसेंट्रिक देशांतर के अनुरूप है) के साथ पृथ्वी के अपस्ट्रीम क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है।
विश्लेषण: सिमुलेशन ने CME-संचालित शॉक और चुंबकीय फ्लक्स रोप के विकास को ट्रैक किया। विश्लेषण किया गया प्राथमिक मीट्रिक $VB_z$ पैरामीटर (विशेष रूप से जियोसेंट्रिक सोलर एक्लेक्टिक/GSE फ्रेम में) है, जो HENON और पृथ्वी दोनों पर मापा गया।

3. प्रमुख योगदान (Key Contributions)

कक्षीय व्यवहार्यता मूल्यांकन: अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि प्रस्तावित HENON DRO ऑर्बिट (0.082 AU अपस्ट्रीम) पिछले साहित्य (जैसे, लुगाज़ एट अल., 2025) द्वारा अनुशंसित कोणीय पृथक्करण सीमाओं ( $\pm 10^\circ$ – $15^\circ$ ) के भीतर है, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि अपस्ट्रीम में मापे गए CME पृथ्वी को भी प्रभावित करें।
लीड टाइम का परिमाणीकरण: यह शोध विभिन्न CME प्रसार परिदृश्यों के तहत प्राप्त चेतावनी समय के विशिष्ट अनुमान प्रदान करता है।
असममिति की खोज (Asymmetry Discovery): लेखकों ने CME प्रसार दिशा के आधार पर लीड टाइम में एक विषमता की पहचान की, जिसका कारण CME और पार्कर स्पाइरल चुंबकीय क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया (विक्षेपण प्रभाव) है।
स्केलिंग लॉ (Scaling Laws): अध्ययन पुष्टि करता है कि ट्रांसवर्स चुंबकीय क्षेत्र घटक ( $B_z$ ) हेलियोसेंट्रिक दूरी ( $\sim 1/r$ ) के साथ स्केल होता है, जिसका अर्थ है कि HENON पर मापे गए $VB_z$ मान पृथ्वी की तुलना में अधिक होंगे और सटीक थ्रेसहोल्ड तुलना के लिए उन्हें स्केलिंग की आवश्यकता होगी।

4. मुख्य परिणाम (Key Results)

$VB_z$ का सहसंबंध: सूर्य-पृथ्वी रेखा के साथ सीधे प्रसारित होने वाले CMEs (RUN1 और RUN2) के लिए, HENON और पृथ्वी के $VB_z$ टाइम प्रोफाइल अत्यधिक समान हैं। विक्षोभ का आकार (शॉक, शीथ, मैग्नेटिक क्लाउड) संरक्षित रहता है, जो पूर्वानुमान के लिए HENON की उपयोगिता की पुष्टि करता है।
लीड टाइम परिवर्तनशीलता:
- हेड-ऑन CMEs ( $0^\circ$ ): लीड टाइम 3.5 से 5.5 घंटे तक होता है। अधिकतम लीड टाइम (~5.5 घंटे) तब होता है जब HENON सीधे सूर्य-पृथ्वी रेखा पर होता है।
- ऑफ-एक्सिस CMEs ( $\pm 30^\circ$ ): लीड टाइम CME के प्रक्षेपवक्र (trajectory) के सापेक्ष अंतरिक्ष यान की स्थिति के आधार पर काफी भिन्न होता है।
  - जब HENON, CME के प्रसार पथ के किनारे पर होता है, तो लीड टाइम 6 घंटे तक पहुँच सकता है।
  - जब HENON, CME के प्रक्षेपवक्र के "दूर के पक्ष" (जैसे, KR1 के किनारों पर) पर होता है, तो लीड टाइम गिरकर 1-2 घंटे हो जाता है।
विक्षेपण प्रभाव (Deflection Effects): अध्ययन ने देखा कि तेज़ CMEs (472 km/s बैकग्राउंड की तुलना में 750 km/s) को पार्कर स्पाइरल चुंबकीय क्षेत्र के कारण पूर्व की ओर (eastward) विक्षेपित किया जाता है, जो एक बाधा के रूप में कार्य करता है। इसके परिणामस्वरूप पश्चिम की ओर प्रसारित होने वाले CMEs के लिए पूर्व की ओर प्रसारित होने वाले CMEs की तुलना में लंबा अलर्ट समय मिलता है, जो अपेक्षित समरूपता को तोड़ता है।
तूफान भविष्यवाणी थ्रेसहोल्ड:
- पॉजिटिव हेलिसिटी वाले सिमुलेशन में, $VB_z$ तीन घंटे से अधिक समय के लिए $-5 \text{ mV/m}$ के महत्वपूर्ण थ्रेसहोल्ड से नीचे गिर गया, जो भू-चुंबकीय तूफान की उच्च संभावना को दर्शाता है।
- पीक नेगेटिव $VB_z$ मान $1/r$ स्केलिंग के कारण पृथ्वी की तुलना में लगातार HENNEL पर अधिक थे।
मिशन आर्किटेक्चर निहितार्थ: चूंकि लीड टाइम और सिग्नल तीव्रता, CME और अंतरिक्ष यान के बीच के सापेक्ष कोण पर बहुत अधिक निर्भर करती है, इसलिए निरंतर निगरानी के लिए एक एकल अंतरिक्ष यान पर्याप्त नहीं है। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि एक चार अंतरिक्ष यानों का समूह (constellation) DRO पर आवश्यक है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कम से कम एक अंतरिक्ष यान हमेशा एक अनुकूल स्थिति (KR1 या KR2) में हो ताकि प्रसार कोण के बावजूद CMEs का पता लगाया जा सके।

5. महत्व (Significance)

यह शोध पत्र HENON मिशन के लिए एक आधारभूत तैयारी अध्ययन के रूप में कार्य करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि DRO-आधारित अपस्ट्रीम मॉनिटर स्पेस वेदर पूर्वानुमान के लिए वैज्ञानिक रूप से व्यवहार्य है।

परिचालन प्रभाव: 2-8 घंटे की अग्रिम चेतावनी प्रदान करने की क्षमता उपग्रहों को 'सेफ मोड' में डालने, पावर ग्रिड को पुनर्रूट करने और अंतरिक्ष यात्रियों को विकिरण से बचाने जैसी महत्वपूर्ण शमन रणनीतियों की अनुमति देती है।
वैज्ञानिक प्रगति: अध्ययन पार्कर स्पाइरल के CME प्रसार पर प्रभाव के महत्व और अशांत माध्यम में एकल-बिंदु माप की सीमाओं को दूर करने के लिए मल्टी-स्पेसक्राफ्ट कॉन्स्टेलेशन की आवश्यकता को उजागर करता है।
सिनर्जी (Synergy): निष्कर्ष बताते हैं कि HENON का इन-सीटू (in-situ) डेटा रिमोट सेंसिंग मिशनों (जैसे PUNCH या Vigil) के साथ एकीकृत होने पर सबसे प्रभावी होगा, जो CMEs के प्रारंभिक प्रसार दिशा को निर्धारित कर सकते हैं, जिससे ऑपरेटरों को कॉन्स्टेलेशन के सही अंतरिक्ष यान से $VB_z$ डेटा की व्याख्या करने में मदद मिल सके।

निष्कर्षतः, EUHFORIA सिमुलेशन पुष्टि करते हैं कि HENON मिशन वैश्विक स्पेस वेदर पूर्वानुमान क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है, बशर्ते कि मिशन आर्किटेक्चर में CME प्रसार परिवर्तनशीलता को संभालने के लिए कई अंतरिक्ष यानों का समूह शामिल हो।