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Probing Coronal Activity Using Radio Signals Based on the 2021 superior conjunction of Mars: the Downlink Data from Tianwen-1

यह शोध पत्र यह प्रदर्शित करता है कि 2021 के अपने उच्चतम संयोग (सुपीरियर कंजंक्शन) के दौरान टियानवेन-1 डाउनलिंक सिग्नल में डॉप्लर आवृत्ति स्किंटिलेशन का विश्लेषण करना, SOHO और SDO के डेटा के साथ मजबूत स्थानिक-कालिक सहसंबंधों को प्रकट करके, स्ट्रीमर्स और कोरोनल मास इजेक्शन जैसी सौर कोरोना गतिविधियों की प्रभावी रूप से जांच और स्थानिक स्थानीयकरण करता है।

मूल लेखक: Yu-Chen Liu, De-Qing Kong, Song Tan, Zi-Han Zhao, Zan Wang, Dong-Hao Liu, Xin-Ying Zhu, Yan Su, Hong-Bo Zhang

प्रकाशित 2026-04-16

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Yu-Chen Liu, De-Qing Kong, Song Tan, Zi-Han Zhao, Zan Wang, Dong-Hao Liu, Xin-Ying Zhu, Yan Su, Hong-Bo Zhang

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

कल्पना कीजिए कि सूर्य एक तूफानी समुद्र के बीच में स्थित एक विशाल, अराजक लाइटहाउस (प्रकाश स्तंभ) है। आमतौर पर, जब हम किसी अंतरिक्ष यान (जैसे चीन के तियानवेन-1 प्रोब) से पृथ्वी पर रेडियो संदेश भेजते हैं, तो संकेत अंतरिक्ष के शांत, खाली अंधेरे से होकर गुजरता है। लेकिन कभी-कभी, सूर्य, पृथ्वी और मंगल एक सीधी रेखा में आ जाते हैं। इसे सुपीरियर कंजंक्शन (Superior Conjunction) कहा जाता है।

जब ऐसा होता है, तो रेडियो संकेत को हम तक पहुँचने के लिए सूर्य के "वायुमंडल" (कोरोना) के माध्यम से तैरना पड़ता है। यह वायुमंडल खाली नहीं है; यह आवेशित कणों (प्लाज्मा) और चुंबकीय तूफानों का एक उबलता हुआ सूप है।

यहाँ इस शोध पत्र की सरल व्याख्या दी गई है, जिसमें रोजमर्रा के उपमाओं का उपयोग किया गया है:

1. प्रयोग: "स्टैटिक" (शोर) को सुनना

तियानवेन-1 से आने वाले रेडियो संकेत को मंगल से भेजी गई एक शुद्ध, स्पष्ट सीटी की तरह समझें। जैसे ही यह सीटी सूर्य के तूफानी वातावरण से गुजरती है, हवा की हलचल सीटी को डगमगा देती है, उसमें कड़कड़ाहट पैदा करती है और उसकी पिच को थोड़ा बदल देती है।

समस्या: आमतौर पर, वैज्ञानिक एक स्पष्ट संकेत चाहते हैं। लेकिन यहाँ, वे उस "स्टैटिक" (शोर) को ही पाना चाहते थे।
विधि: उन्होंने चीन के वूकिंग में स्थित एक विशाल 70-मीटर रेडियो डिश का उपयोग करके इन डगमगाते संकेतों को पकड़ा। उन्होंने इन "कड़कड़ाहटों" (जिसे सिंटिलेशन/scintillation कहा जाता है) को शोर के रूप में नहीं, बल्कि एक खजाने के नक्शे के रूप में इस्तेमाल किया। संकेत कितना डगमगाया, इसका विश्लेषण करके वे यह पता लगा सके कि सूर्य के पास किस प्रकार का तूफान चल रहा था।

2. सौर तूफानों के लिए "रूलर" (पैमाना)

वैज्ञानिकों ने यह मापने के लिए एक विशेष "रूलर" (एक गणितीय पैरामीटर जिसे $\sigma_{FM}$ कहा जाता है) बनाया कि संकेत कितना अनियंत्रित हो रहा है।

नियम: संकेत सूर्य के जितना करीब जाएगा, वातावरण उतना ही अशांत होगा, और संकेत उतना ही अधिक डगमगाएगा। यह एक झरने के करीब जाने जैसा है; जैसे-जैसे आप करीब जाते हैं, धुंध भारी होती जाती है और शोर बढ़ जाता है।
आश्चर्य: अधिकांश दिनों में, जैसे-जैसे संकेत सूर्य के करीब आया, शोर बढ़ता गया, जैसा कि अपेक्षित था। लेकिन 5, 13 और 15 अक्टूबर को, संकेत उम्मीद से कहीं अधिक तेज और अराजक हो गया—इतना अधिक कि केवल दूरी के आधार पर इसकी व्याख्या नहीं की जा सकती थी।

3. तीन अपराधी (शोर का कारण क्या था?)

टीम ने सौर टेलीस्कोप (जैसे SOHO और SDO) की छवियों के साथ अपने रेडियो डेटा की तुलना की ताकि देखा जा सके कि वास्तव में क्या हो रहा था। उन्हें रेडियो अराजकता पैदा करने वाली तीन अलग-अलग "मौसम संबंधी घटनाएं" मिलीं:

"झरना" (कोरोनल स्ट्रीमर्स): कल्पना कीजिए कि एक बांध से गिरते पानी के एक विशाल, धीरे-धीरे चलते हुए पर्दे की। 5 अक्टूबर को, सौर पवन की एक विशाल, धीमी गति वाली धारा (एक स्ट्रीमर) संकेत के मार्ग से होकर बह रही थी। यह ऐसा था जैसे संकेत को एक घनी, धीमी गति से चलती धुंध के बीच से रास्ता बनाना पड़ रहा हो।
"फायरहोज" (उच्च गति वाली सौर पवन): 13 अक्टूबर को, सौर पवन की एक जेट बहुत तेज़ गति (400 किमी/सेकेंड से अधिक) से निकल रही थी। यह संकेत पर पानी की बौछार मारते एक फायरहोज की तरह है। संकेत को एक तेज़ चलती गोली जैसी धारा से बचकर निकलना पड़ा, जिससे शोर में अचानक उछाल आया।
"विस्फोट" (कोरोनल मास इजेक्शन - CME): 15 अक्टूबर को, सूर्य ने प्लाज्मा का एक बड़ा विस्फोट (CME) किया। यह एक विशाल लहर के संकेत के ऊपर से टकराने जैसा है। रेडियो डेटा ने शोर में एक बड़ा उछाल दिखाया, ठीक उसी समय जब यह लहर वहां से गुजरी।

4. "टाइम लैग" (समय अंतराल) का रहस्य

सबसे दिलचस्प खोजों में से एक समय (timing) के बारे में थी।

टेलीस्कोपों ने सौर तूफान को पहले देखा।
पृथ्वी पर रेडियो संकेत ने बाद में प्रतिक्रिया दी।
क्यों? कल्पना कीजिए कि आप एक घाटी (पृथ्वी) के नीचे हैं और ऊपर से एक चट्टान (सूर्य) गिरी है। आप चट्टान गिरने के कुछ सेकंड बाद उसकी आवाज़ सुनते हैं।
वैज्ञानिकों ने गणना की कि सौर पवन को सूर्य से उस बिंदु तक यात्रा करने में समय लगता है जहाँ से संकेत गुजरता है, और फिर संकेत को मंगल से पृथ्वी तक यात्रा करने में 20 मिनट का समय लगता है। गणित लगाकर, उन्होंने सिद्ध किया कि रेडियो डेटा में दिखने वाला "विलंब" (delay) सौर पवन के यात्रा समय से पूरी तरह मेल खाता था। यह एक पहेली सुलझाने जैसा था जहाँ टुकड़े बिल्कुल सटीक बैठते हैं।

5. "गलत अलार्म" (स्थानिक सटीकता)

अपनी विधि की सटीकता साबित करने के लिए, उन्होंने 2 अक्टूबर के डेटा को देखा।

दृश्य: सूर्य के दाहिनी ओर एक बड़ा विस्फोट (CME) हुआ।
संकेत: तियानवेन-1 का रेडियो संकेत सूर्य के बाईं ओर से गुजर रहा था।
परिणाम: रेडियो संकेत पूरी तरह से शांत था।
सबक: इसने साबित कर दिया कि उनकी विधि केवल अनुमान नहीं लगा रही है; यह सटीक रूप से बता सकती है कि तूफान कहाँ है। यदि तूफान संकेत के मार्ग में नहीं है, तो संकेत पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। यह बारिश में खड़े होने जैसा है: यदि आप छाते (संकेत पथ) के नीचे हैं, तो आप सूखे रहेंगे, भले ही आपके बगल में मूसलाधार बारिश हो रही हो।

यह क्यों महत्वपूर्ण है?

यह शोध पत्र दो कारणों से बहुत महत्वपूर्ण है:

स्पेस वेदर फोरकास्टिंग (अंतरिक्ष मौसम पूर्वानुमान): जिस तरह हमें जहाजों की सुरक्षा के लिए चक्रवात के बारे में जानना आवश्यक है, उसी तरह हमें उपग्रहों और अंतरिक्ष यात्रियों की सुरक्षा के लिए सौर तूफानों के बारे में जानना आवश्यक है। यह विधि हमें रेडियो तरंगों का उपयोग करके सौर तूफानों को "देखने" का एक नया तरीका देती है, भले ही हम उन्हें कैमरों से न देख सकें।
बेहतर संचार: जैसे-जैसे हम मंगल पर मनुष्यों को भेजने की योजना बना रहे हैं, हमें यह जानना होगा कि कब "रेडियो स्टैटिक" इतना तेज़ होगा कि बातचीत करना मुश्किल हो जाए। यह शोध हमें बेहतर सिस्टम बनाने में मदद करता है ताकि संचार की रेखा खुली रहे, भले ही सूर्य अपना तांडव कर रहा हो।

संक्षेप में: वैज्ञानिकों ने मंगल से आने वाले रेडियो संकेत को सूर्य के वायुमंडल के माध्यम से चमकने वाली एक "टॉर्च" की तरह इस्तेमाल किया। यह देखने के लिए कि प्रकाश कैसे टिमटिमा रहा है, उन्होंने विभिन्न प्रकार के सौर तूफानों की पहचान की, उनकी गति मापी और यहाँ तक कि यह भी पता लगाया कि वे वास्तव में कहाँ हो रहे थे, और यह सब उन्होंने बिना वहां मौजूद हुए किया।

यहाँ "2021 में मंगल के श्रेष्ठ संयोग (superior conjunction) पर आधारित रेडियो संकेतों का उपयोग करके कोरोनल गतिविधि का अन्वेषण: तियानवेन-1 से डाउनलिंक डेटा" शोध पत्र का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया है।

1. समस्या विवरण (Problem Statement)

पृथ्वी और ग्रहीय प्रोब के बीच गहरे अंतरिक्ष संचार संकेत सौर वायु प्लाज्मा (solar wind plasma) द्वारा महत्वपूर्ण रूप से बाधित होते हैं, विशेष रूप से श्रेष्ठ संयोग (superior conjunctions) के दौरान (जब सूर्य, पृथ्वी और प्रोब एक रेखा में होते हैं)।

चुनौती: जैसे-जैसे सिग्नल पथ सूर्य के करीब पहुँचता है (विशेष रूप से 10 सौर त्रिज्या, $R_\odot$ के भीतर), सौर कोरोना में इलेक्ट्रॉन घनत्व नाटकीय रूप से ( $10^9 - 10^{12} \text{cm}^{-3}$ ) बढ़ जाता है, जिससे गंभीर स्कैटरिंग (scattering), अपवर्तन (refraction) और विलंब (delay) होता है। इसके परिणामस्वरूप आयाम और आवृत्ति विचल (amplitude and frequency scintillation) होता है, जो अक्सर संचार लिंक को बाधित कर देता है।
वैज्ञानिक अंतराल: हालांकि स्थलीय और मंगल के आयनमंडल को मॉडल और ठीक किया जा सकता है, लेकिन सूर्य के निकट गतिशील, विक्षुब्ध (turbulent) सौर कोरोना का in situ अवलोकन करना कठिन है। रेडियो संकेतों के माध्यम से रिमोट सेंसिंग का उपयोग करके सौर वायु मापदंडों को प्राप्त करने और कोरोनल गतिविधि (CMEs, उच्च-गति धाराएं, स्ट्रीमर्स) को चित्रित करने के लिए मजबूत विधियों की आवश्यकता है, विशेष रूप से सक्रिय सौर चक्र 25 के दौरान।

2. कार्यप्रणाली (Methodology)

यह अध्ययन अक्टूबर 2021 के दौरान श्रेष्ठ संयोग के समय चीन के वूकिंग 70-मीटर रेडियो टेलीस्कोप (WRT70) द्वारा प्राप्त तियानवेन-1 मंगल प्रोब के डाउनलिंक टेलीमेट्री, ट्रैकिंग और कमांड (TT&C) डेटा का उपयोग करता है।

A. डेटा अधिग्रहण (Data Acquisition)

अवलोकन विंडो: 1–15 अक्टूबर, 2021 (इनग्रेस और एग्रेस चरण)।
ज्यामिति (Geometry): सिग्नल पथ सूर्य के सबसे करीब 4.53 $R_\odot$ (सोलर ऑफसेट, SO) तक पहुँचा।
सिग्नल प्रकार: लो-गेन एंटेना के माध्यम से प्रेषित X-बैंड डाउनलिंक सिग्नल (सुरक्षा के लिए वैज्ञानिक डेटा निलंबित कर दिया गया था)।
डेटा वॉल्यूम: 1.25 MHz और 6.25 MHz सैंपलिंग दरों के साथ 746 GB कच्चा डेटा।

B. सिग्नल प्रोसेसिंग और एल्गोरिदम (Signal Processing & Algorithm)

शोर युक्त, विचलित (scintillated) सिग्नल से सौर वायु मापदंडों को निकालने के लिए, लेखकों ने एक बहु-चरणीय प्रसंस्करण पाइपलाइन का उपयोग किया:

डॉप्लर ट्रेंड हटाना (Doppler Trend Removal): कलमन फ़िल्टरिंग पर आधारित एक बहु-स्तरीय पुनरावृत्ति सुधार एल्गोरिदम (multi-level iterative correction algorithm) विकसित किया गया। यह विधि सापेक्ष गति के कारण होने वाले दीर्घकालिक डॉप्लर शिफ्ट को प्रभावी ढंग से हटाती है और सौर गतिविधि के कारण होने वाले फेज जंप्स को ठीक करती है। यह उच्च-हस्तक्षेप वातावरण में सरल बहुपद फिटिंग (polynomial fitting) से बेहतर प्रदर्शन करती है।
आवृत्ति विचल निष्कर्षण (Frequency Scintillation Extraction): अवशिष्ट आवृत्ति उतार-चढ़ाव ( $\delta f$ ) को अलग किया गया।
पावर स्पेक्ट्रल डेंसिटी (PSD) विश्लेषण: आवृत्ति उतार-चढ़ाव शक्ति स्पेक्ट्रम की गणना की गई।
एकीकरण और सामान्यीकरण (Integration & Normalization):
- सामान्यीकृत RMS आवृत्ति उतार-चढ़ाव माप ( $\sigma_{FM}$ ) की गणना विशिष्ट आवृत्ति बैंडों (2 mHz से 28 mHz और 2 mHz से 100 mHz) पर PSD को एकीकृत करके की गई।
- निम्न-आवृत्ति ट्रेंड त्रुटियों और उच्च-आवृत्ति सिस्टम शोर से बचने के लिए एकीकरण सीमाओं (निचली सीमा 2 mHz) को सावधानीपूर्वक चुना गया।
- कोलमोगोरोव स्पेक्ट्रम विशेषताओं को सटीक रूप से संभालने के लिए संख्यात्मक एकीकरण के लिए गॉस-क्रोनॉड (Gauss–Kronrod) क्वाड्रचर का उपयोग किया गया।

C. सहसंबंध विश्लेषण (Correlative Analysis)

स्थानिक सत्यापन (Spatial Verification): "O बिंदु" (लाइन ऑफ साइट पर सूर्य के सबसे निकटतम बिंदु) को ट्रैक किया गया।
बहु-उपकरण तुलना: $\sigma_{FM}$ $σ_{F M}$ विसंगतियों को निम्नलिखित के साथ क्रॉस-रेफरेंस किया गया:
- SOHO (LASCO C2/C3): कोरोनल मास इजेक्शन (CMEs) और सौर वायु वेग अनुमान के लिए।
- SDO (AIA 193 Å): कोरोनल स्ट्रीमर्स और उच्च-तापमान प्लाज्मा संरचनाओं के लिए।
- STEREO-A: कोरोनल होल की पहचान के लिए।

3. प्रमुख योगदान (Key Contributions)

एल्गोरिद्मिक नवाचार: अत्यधिक सौर विचल (scintillation) के तहत गहरे अंतरिक्ष संकेतों के लिए विशेष रूप से विकसित और मान्य बहु-स्तरीय पुनरावृत्ति ट्रेंड हटाने वाले एल्गोरिदम का विकास। यह वहां स्थिर आवृत्ति अनुमान प्रदान करता है जहाँ मानक फेज-लॉक्ड लूप (PLL) विफल हो जाते हैं।
प्रथम चीनी डीप-स्पेस IPS अवलोकन: यह पहली बार है जब चीन ने सौर चक्र 25 के दौरान अंतरग्रहीय माध्यम और सौर वायु के अध्ययन के लिए एक गहरे अंतरिक्ष प्रोब (पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली के बाहर) का उपयोग किया है।
मात्रात्मक सहसंबंध मॉडल: विशिष्ट सौर घटनाओं (CMEs, उच्च-गति धाराओं, स्ट्रीमर्स) और 10 $R_\odot$ के भीतर के बीच एक मजबूत मात्रात्मक संबंध स्थापित किया गया।
स्थानिक-कालिक स्थानीयकरण (Spatio-Temporal Localization): यह प्रदर्शित किया गया कि $\sigma_{FM}$ विसंगतियाँ न केवल सौर घटनाओं के साथ कालानुक्रमिक रूप से सहसंबंधित हैं, बल्कि स्थानिक रूप से भी निर्भर हैं। अध्ययन ने सिद्ध किया कि सिग्नल पथ के बाहर होने वाली एक मजबूत CME विसंगति उत्पन्न नहीं करती है, जो गतिविधि को स्थानीयकृत करने की विधि की क्षमता को प्रमाणित करती है।

4. मुख्य परिणाम (Key Results)

विक्षोभ की विशेषताएं (Turbulence Characteristics): अध्ययन ने पुष्टि की कि $\sigma_{FM}$ आम तौर पर जैसे-जैसे सोलर ऑफसेट (SO) कम होता है, वैसे-वैसे बढ़ता है, जो सैद्धांतिक विक्षुब्ध स्पेक्ट्रम मॉडल और अनुभवजन्य सूत्रों (जैसे, $\sigma_{FM} \propto n_e \sqrt{r}$ ) के अनुरूप है।
विसंगति का पता लगाना (Anomaly Detection): तीन विशिष्ट तिथियों ने अपेक्षित रुझान से महत्वपूर्ण विचलन दिखाया:
- 5 अक्टूबर: विसंगति को कोरोनल स्ट्रीमर (Coronal Streamer) के रूप में जिम्मेदार माना गया।
- 13 अक्टूबर: विसंगति को उच्च-गति सौर वायु (कोरोनल होल से उत्पन्न) के रूप में जिम्मेदार माना गया।
- 15 अक्टूबर: विसंगति को कोरोनल मास इजेक्शन (CME) के रूप में जिम्मेदार माना गया।
अस्थायी विलंब विश्लेषण (Temporal Delay Analysis): SOHO द्वारा मापे गए शिखर सौर वायु वेग और शिखर $\sigma_{FM}$ $σ_{F M}$ विसंगति के बीच एक स्पष्ट समय अंतराल (lag) देखा गया।
- 15 अक्टूबर की घटना: ~38 मिनट से 1 घंटा 26 मिनट का विलंब।
- 13 अक्टूबर की घटना: ~40 मिनट से 52 मिनट का विलंब।
- सत्यापन: इन विलंबों को मात्रात्मक रूप से स्रोत क्षेत्र (SOHO द्वारा देखा गया) से सिग्नल पथ के O बिंदु तक सौर वायु के प्रसार समय, और मंगल से पृथ्वी तक सिग्नल यात्रा के समय द्वारा समझाया गया। सैद्धांतिक गणनाएँ देखे गए विलंबों से मेल खाती हैं।
स्थानिक विशिष्टता (Spatial Specificity - Counterexample): 2 अक्टूबर को, सूर्य के दाईं ओर (पृथ्वी के दृष्टिकोण से) एक मजबूत CME हुआ, लेकिन तियानवेन-1 का सिग्नल पथ बाईं ओर था। फलस्वरूप, कोई $\sigma_{FM}$ विसंगति का पता नहीं चला, जो विधि की स्थानिक सटीकता को सिद्ध करता है।

5. महत्व (Significance)

सौर भौतिकी (Solar Physics): उच्च अक्षांशों और निकट दूरियों (4.5–10 $R_\odot$ ) पर सौर कोरोना और सौर वायु गतिशीलता की जांच करने के लिए एक नया रिमोट सेंसिंग उपकरण प्रदान करता है जहाँ in situ माप असंभव हैं। यह CMEs और उच्च-गति धाराओं का पता लगाने के लिए रेडियो स्किंटिलेशन के उपयोग को मान्य करता है।
गहरा अंतरिक्ष संचार (Deep Space Communication): श्रेष्ठ संयोग के दौरान संचार चैनलों के मॉडलिंग के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। भविष्य के मिशनों (जैसे, मंगल नमूना वापसी, मानव मिशन) के लिए लिंक स्थिरता बनाए रखने और क्षतिपूर्ति प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए इन व्यवधानों को समझना महत्वपूर्ण है।
भविष्य का मॉडलिंग: डेटा सौर चक्र 25 और उसके बाद के लिए मजबूत सौर स्किंटिलेशन मॉडल के निर्माण का समर्थन करता है, जिससे अंतरग्रहीय संचार पर स्पेस वेदर के प्रभावों की भविष्यवाणी करने में मदद मिलती है।
तकनीकी मील का पत्थर: यह चीन की गहरे अंतरिक्ष नेविगेशन और रेडियो विज्ञान क्षमताओं में एक महत्वपूर्ण प्रगति को चिह्नित करता है, जो पृथ्वी-चंद्रमा अवलोकनों से अंतरग्रहीय माध्यम अध्ययनों की ओर संक्रमण को दर्शाता है।