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Analysis of Lyman-beta and Lyman-gamma Lines in a Pre-Eruptive and Eruptive Prominence with Solar Orbiter SPICE Observations

यह अध्ययन एक प्रॉमिनेंस की लाइमैन-बीटा और लाइमैन-गामा रेखाओं के सोलर ऑर्बिटर SPICE अवलोकनों का विश्लेषण करता है ताकि इसके विस्फोट के दौरान प्लाज्मा मापदंडों में होने वाले गतिशील परिवर्तनों को अभिलक्षणित किया जा सके और 2D छवियों का उपयोग करके रेडियल वेग की गणना करने की एक विधि को प्रदर्शित किया जा सके।

मूल लेखक: Yong Zhang (SUPA School of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ UK), Nicolas Labrosse (SUPA School of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ UK), Susann

प्रकाशित 2026-04-16

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Yong Zhang (SUPA School of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ UK), Nicolas Labrosse (SUPA School of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ UK), Susanna Parenti (Institut d'Astrophysique Spatiale, Bat 121, Université Paris-Saclay/CNRS 91405 Orsay Cedex France), Therese A. Kucera (Heliophysics Science Division, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, 20771 USA)

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

बड़ी तस्वीर: सौर "छींक" को स्लो मोशन में पकड़ना

कल्पना कीजिए कि सूर्य गैस का एक विशाल, दहकता हुआ गोला है। कभी-कभी, यह छींकता है। इस "छींक" को सोलर प्रॉमिनेंस इरप्शन (सौर उभार विस्फोट) कहा जाता है, जहाँ अत्यधिक गर्म, विद्युत रूप से आवेशित गैस (प्लाज्मा) के विशाल लूप अंतरिक्ष में बाहर निकल आते हैं। ये विस्फोट पृथ्वी पर हमारे उपग्रहों और बिजली ग्रिडों के काम में बाधा डाल सकते हैं, इसलिए वैज्ञानिक यह समझना चाहते हैं कि वे वास्तव में कैसे काम करते हैं।

15 अप्रैल, 2023 को, सोलर ऑर्बिटर (विशेष रूप से SPICE नामक एक उपकरण) नामक एक अंतरिक्ष टेलीस्कोप को एक प्रॉमिनेंस के फटने से पहले और उसके फटने के दौरान उसे देखने के लिए एक दुर्लभ, फ्रंट-रो सीट मिली।

यह शोध पत्र एक जासूसी रिपोर्ट की तरह है। वैज्ञानिकों ने इस सौर छींक से आने वाली रोशनी का उपयोग यह पता लगाने के लिए किया कि गैस के बादल के अंदर क्या हो रहा था। उन्होंने केवल इसके आकार को ही नहीं देखा; उन्होंने तापमान, घनत्व और गति को मापने के लिए प्रकाश के "रंगों" (स्पेक्ट्रल लाइनों) का भी अध्ययन किया।

उपकरण: सूर्य के "फिंगरप्रिंट" को देखना

गैस को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने प्रकाश में दो विशिष्ट "फिंगरप्रिंट" देखे: लाइमैन बीटा (Lyman Beta) और लाइमैन गामा (Lyman Gamma) रेखाएं।

उपमा: कल्पना कीजिए कि सूर्य एक गायक दल (choir) है। हर गायक (परमाणु) एक विशिष्ट स्वर गाता है। हाइड्रोजन परमाणु "लाइमैन सीरीज़" नामक बहुत ऊंचे स्वर गाते हैं।
लाइमैन बीटा और गामा उसी सीरीज़ के दो विशिष्ट स्वर हैं। इन स्वरों की तीव्रता (कितने तेज़ हैं) और उनकी "धुंधलापन" या चौड़ाई (कितने फैले हुए हैं) को सुनकर, वैज्ञानिक यह बता सकते हैं कि गायक दल एक गर्म कमरे में गा रहा है, ठंडे कमरे में, या क्या वे गाते समय पागलों की तरह इधर-उधर दौड़ रहे हैं।

उन्होंने क्या पाया

1. "पहले" और "बाद" की तुलना

टीम ने प्रॉमिनेंस को दो अवस्थाओं में देखा:

तूफान से पहले की शांति (Pre-eruptive): गैस शांति से बैठी थी। प्रॉमिनेंस से आने वाली रोशनी सूर्य की सतह (डिस्क) से कम चमकदार थी।
विस्फोट (Eruptive): जैसे ही प्रॉमिनेंस ऊपर की ओर उछला, चीजें नाटकीय रूप से बदल गईं।
- उपमा: एक शांत कैंपफायर (अलाव) के बारे में सोचें। अचानक, कोई उस पर गैसोलीन की एक बाल्टी फेंक देता है। आग तेज हो जाती है, अधिक चमकदार हो जाती है, और धुआं घना हो जाता है।
- परिणाम: फटने वाले प्रॉमिनेंस के एक हिस्से में, रोशनी सूर्य की सतह से भी अधिक चमकदार हो गई। इससे वैज्ञानिकों को पता चला कि गैस अत्यधिक गर्म और संकुचित हो रही थी, जिससे वह तीव्रता से चमक रही थी। हालांकि, विस्फोट के दूसरे हिस्से में, रोशनी वास्तव में कम हो गई, जिससे पता चलता है कि गैस का वह हिस्सा फैल रहा था और कम घना होता जा रहा था (जैसे धुआं छंटता है)।

2. ध्वनि का "धुंधलापन" (Line Width)

वैज्ञानिकों ने स्पेक्ट्रल लाइनों के कितने "चौड़े" होने को मापा।

उपमा: यदि कोई गायक एक स्वर को पूरी तरह स्थिर रखता है, तो ध्वनि एक तीखी, पतली रेखा होती है। यदि गायक हिल रहा है, कंपन कर रहा है, या गाते समय इधर-उधर दौड़ रहा है, तो वह स्वर "धुंधला" या चौड़ा हो जाता है।
परिणाम: विस्फोट से पहले, प्रॉमिनेंस का "धुंधलापन" सूर्य की सतह के समान था। लेकिन विस्फोट के दौरान, रेखाएं कुछ स्थानों पर संकरी हो गईं। यह सुझाव देता है कि गैस अधिक संगठित, सुव्यवस्थित तरीके से चल रही थी, या शायद स्थितियां इतनी बदल गईं कि प्लाज्मा का "शोर" शांत हो गया।

3. छींक की गति (Radial Velocity)

इस पेपर के सबसे कठिन हिस्सों में से एक यह पता लगाना था कि प्रॉमिन의 कितनी तेजी से चल रहा था।

समस्या: आमतौर पर, वैज्ञानिक "डॉप्लर शिफ्ट" (जैसे गुजरती हुई एम्बुलेंस के सायरन के सुर में बदलाव) को देखकर गति मापते हैं। लेकिन टेलीस्कोप "सुर के बदलाव" को स्पष्ट रूप से सुनने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं था।
समाधान: लेखकों ने एक चतुर नया गणितीय तरीका निकाला। उन्होंने विस्फोट की दो तस्वीरें लीं जो 20 मिनट के अंतर पर ली गई थीं (जैसे एक फ्लिपबुक)।
उपमा: कल्पना कीजिए कि आप दोपहर 1:00 बजे की एक फोटो में एक कार देखते हैं और 1:20 बजे की दूसरी फोटो देखते हैं। भले ही आप इंजन की आवाज न सुन सकें, आप यह माप सकते हैं कि उन दो तस्वीरों के बीच कार कितनी दूर चली, जिससे आप उसकी गति का अनुमान लगा सकते हैं।
परिणाम: तस्वीरों में गैस के एक विशिष्ट गांठ (knot) को ट्रैक करके, उन्होंने गति की गणना की। उन्होंने पाया कि प्रॉमिनेंस लगभग 30 से 40 किलोमीटर प्रति सेकंड (लगभग 70,000 से 90,000 मील प्रति घंटा) की गति से चल रहा था। यह तेज़ है, लेकिन एक गोली जितनी तेज़ नहीं।

यह क्यों महत्वपूर्ण है?

यह पेपर तीन मुख्य कारणों से महत्वपूर्ण है:

यह एक 'प्रथम' है: यह पहली बार था जब एक विशिष्ट उपकरण (SPICE) को एक प्रॉमिनेंस के फटने के दौरान समर्पित, उच्च-गुणवत्ता वाली नज़र मिली। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे ज्वालामुखी फटने के धुंधले स्केच के बजाय अंततः ज्वालामुखी विस्फोट का हाई-डेफिनिशन वीडियो मिलना।
यह एक नैदानिक उपकरण (Diagnostic Tool) है: वैज्ञानिकों ने सिद्ध किया कि इन विशिष्ट प्रकाश रेखाओं को देखकर, हम बता सकते हैं कि सौर विस्फोट गर्म हो रहा है, ठंडा हो रहा है, या घना हो रहा है। यह हमें यह अनुमान लगाने में मदद करता है कि पृथ्वी के लिए विस्फोट कितना खतरनाक हो सकता है।
एक नया स्पीड ट्रिक: उन्होंने दिखाया कि केवल दो तस्वीरों का उपयोग करके सौर विस्फोटों की गति की गणना करने का एक नया, आसान तरीका है। यह भविष्य के सौर मौसम पूर्वानुमान के लिए एक उपयोगी उपकरण है।

निष्कर्ष

सूर्य एक गतिशील, अराजक स्थान है। जब यह प्रॉमिनेंस की "छींक" मारता है, तो उसके अंदर की गैस केवल चलती नहीं है; यह गर्म होती है, संकुचित होती है और घनत्व में बदलती है। हाइड्रोजन प्रकाश के विशिष्ट "सुरों" को सुनकर, इस टीम के वैज्ञानिकों ने विस्फोट की कहानी को डिकोड किया, जिससे हमें पता चला कि ये सौर घटनाएं हमारी पिछली धारणाओं की तुलना में बहुत अधिक नाटकीय और विविध हैं।

संक्षेप में: उन्होंने सूर्य के "गुस्से" के दौरान उसकी आवाज़ सुनने के लिए एक अंतरिक्ष टेलीस्कोप का उपयोग किया, यह पता लगाया कि वह कितनी तेज़ी से चल रहा था, और सीखा कि अंतरिक्ष में उड़ने से ठीक पहले गैस अविश्वसनीय रूप से गर्म और चमकदार हो जाती है।

यहाँ "एनालिसिस ऑफ लाइमैन $\beta$ एंड लाइमैन $\gamma$ लाइन्स इन अ प्री-इरप्टिव एंड इरप्टिव प्रॉमिनेंस विद सोलर ऑर्बिटर स्पाइस ऑब्जर्वेशन्स" शोध पत्र का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया।

1. समस्या विवरण (Problem Statement)

सौर प्रॉमिनेंस (Solar prominences) सौर कोरोना में निलंबित बड़े पैमाने की प्लाज्मा संरचनाएं हैं, जो अक्सर कोरोनल मास इजेक्शन (CMEs) से जुड़ी होती हैं जो अंतरिक्ष मौसम (space weather) को प्रभावित करती हैं। जबकि प्रॉमिनेंस के भीतर भौतिक स्थितियाँ (तापमान, घनत्व, वेग) सौर गतिकी को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं, शांत अवस्था से विस्फोट (eruption) की ओर संक्रमण के दौरान इन मापदंडों का निदान करना चुनौतीपूर्ण बना हुआ है। विशेष रूप से, निम्नलिखित की आवश्यकता है:

हाइड्रोजन लाइमैन श्रृंखला रेखाओं ( $\beta$ 102.57 nm पर और $\gamma$ 97.25 nm पर) के प्री-इरप्टिव (विस्फोट-पूर्व) और इरप्टिव (विस्फोटक) चरणों के दौरान विकास का लक्षण वर्णन करना।
यह समझना कि विस्फोट की गतिकी (हीटिंग, संपीड़न, द्रव्यमान गति) रेखा प्रोफाइल, तीव्रता और चौड़ाई को कैसे बदलती है।
स्पेक्ट्रल लाइनों पर डॉपलर प्रभावों का आकलन करने के लिए रेडियल वेग (radial velocities) निर्धारित करना, जो नॉन-एलटीई (Non-LTE) रेडिएटिव ट्रांसफर मॉडलिंग के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

2. कार्यप्रणाली (Methodology)

यह अध्ययन 15 अप्रैल, 2023 की एक प्रॉमिनेंस घटना के बहु-उपकरण अवलोकनों का उपयोग करता है:

प्राथमिक उपकरण: सोलर ऑर्बिटर पर स्थित SPICE (स्पेक्ट्रल इमेजिंग ऑफ द कोरोनल एनवायरनमेंट)।
- अवलोकन: इसने दो चरणों के दौरान लॉन्ग वेवलेंथ (LW) चैनल (96.0–105.8 nm) में प्रॉमिनेंस को कैप्चर किया: प्री-इरप्शन (07:03–08:09 UT) और इरप्शन (08:13–11:58 UT)।
- डेटा प्रोसेसिंग: लाइन सेंटर्स के आसपास 0.17 nm पर स्पेक्ट्रल इंटेंसिटी को इंटीग्रेट करके इंटीग्रेटेड इंटेंसिटी की गणना की गई। चूंकि रेखाएं ऑप्टिकली थिक (optically thick) और एसिमेट्रिक हैं, इसलिए लाइन विड्थ को गाऊसी फिटिंग के बजाय एक क्वांटाइल विधि (CDF=0.12 से CDF=0.88) का उपयोग करके मापा गया। इनट्रिंसिक विड्थ (intrinsic widths) प्राप्त करने के लिए इंस्ट्रूमेंटल ब्रॉडनिंग ( $L_{inst} \approx 0.0775$ nm) को ध्यान में रखा गया।
सहायक उपकरण:
- GONG H $\alpha$ (El Teide): इसका उपयोग फिलामेंट के फुटपॉइंट्स और विस्फोट के समय (लगभग ~10:00 UT से शुरू) को ट्रैक करने के लिए किया गया।
- STEREO/EUVI-A: विस्फोट की दिशा और वेग के क्रॉस-वैलिडेशन के लिए उपयोग किया गया।
वेग अनुमान तकनीक (Velocity Estimation Technique):
- लेखकों ने दो 2D छवियों के बीच एक समय अंतराल का उपयोग करके रेडियल वेग ( $v_r$ ) का अनुमान लगाने के लिए एक ज्यामितीय विधि विकसित की।
- एक रेडियल इरप्शन (जो सांख्यिकीय अध्ययनों द्वारा समर्थित है) और समान त्वरण (uniform acceleration) मानकर, उन्होंने वास्तविक रेडियल वेग प्राप्त करने के लिए प्रेक्षित 2D गति को एक गोलाकार समन्वय प्रणाली (spherical coordinate system) पर प्रोजेक्ट किया।

3. मुख्य योगदान (Key Contributions)

प्रथम समर्पित SPICE अवलोकन: यह SPICE डेटा का उपयोग करके एक ऑफ-लिंब इरप्टिव प्रॉमिनेंस का पहला समर्पित विश्लेषण है, जो लाइमैन श्रृंखला के माध्यम से प्रॉमिनेंस प्लाज्मा का निदान करने की इस उपकरण की क्षमता को प्रदर्शित करता है।
नवीन वेग अनुमान: एकल दृष्टिकोण से प्राप्त दो 2D छवियों का उपयोग करके रेडियल वेग की गणना करने के लिए एक ज्यामितीय विधि का परिचय, जो सीधे डॉपलर शिफ्ट माप की आवश्यकता को समाप्त करता है (जो उपकरण की रेजोल्यूशन सीमा से नीचे थे)।
तुलनात्मक डायग्नोस्टिक्स: सौर डिस्क, शांत प्रॉमिनेंस और इरप्टिव प्रॉमिनेंस क्षेत्रों के बीच लाइमैन $\beta$ और $\gamma$ गुणों का एक व्यापक तुलनात्मक अध्ययन, जो रेडिएटिव ट्रांसफर पर विस्फोट की गतिकी के प्रभाव को उजागर करता है।

4. मुख्य परिणाम (Key Results)

A. इंटीग्रेटेड इंटेंसिटी और स्थानिक भिन्नता (Integrated Intensity and Spatial Variation)

प्री-इरप्शन: प्रॉमिनेंस और डिस्क क्षेत्रों में इंटीग्रेटेड लाइमैन $\beta$ और लाइमैन $\gamma$ तीव्रता का अनुपात लगभग 2.5 पर स्थिर था, जो समान रेडिएटिव ट्रांसफर स्थितियों (संभवतः रेजोनेंस स्कैटरिंग) का सुझाव देता है।
इरप्शन चरण:
- क्षेत्र 1 (Region 1): इसमें लाइमैन $\beta$ की तीव्रता में पर्याप्त वृद्धि (1.07 W m $^{-2}$ sr $^{-1}$ तक) देखी गई, जो कभी-कभी सौर डिस्क की तीव्रता से भी अधिक हो जाती है। यह बढ़ी हुई हीटिंग, बढ़ी हुई हाइड्रोजन कॉलम डेंसिटी, या संपीड़न (compression) को इंगित करता है।
- क्षेत्र 2 (Region 2): इसमें प्री-इरप्शन चरण की तुलना में कम तीव्रता और संकीर्ण लाइन विड्थ देखी गई, जो एक कम घनत्व वाले क्षेत्र का सुझाव देती है।
कोरोना: कोरोना में तीव्रता का अनुपात लो सिग्नल-टू-नॉइज़ रेशियो के कारण अत्यधिक परिवर्तनशील था।

B. लाइन विड्थ (थर्मल और नॉन-थर्मल ब्रॉडनिंग)

प्री-इरप्शन: इनट्रिंसिक लाइन विड्थ डिस्क और प्रॉमिनेंस क्षेत्रों के लिए समान थी (लाइमैन $\beta$ : ~0.10 nm; लाइमैन $\gamma$ : ~0.16 nm)।
इरप्शन: दोनों क्षेत्रों के लिए इनट्रिंसिक लाइन विड्थ घटकर लगभग 0.05 nm पर आ गई।
तुलना: ये इरप्टिव विड्थ्स पिछले कुछ शांत प्रॉमिनेंस अध्ययनों (जैसे, Heinzel et al. 2001, जिन्होंने ~0.05–0.06 nm रिपोर्ट किया था लेकिन बिना इंस्ट्रूमेंटल करेक्शन के) की तुलना में काफी संकीर्ण हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि विस्फोट के करीब प्लाज्मा की स्थितियाँ स्थिर अवस्थाओं से काफी भिन्न होती हैं, या इंस्ट्रूमेंटल अनिश्चितताएं एक भूमिका निभाती हैं।

C. लाइन प्रोफाइल्स और डॉपलर शिफ्ट्स (Line Profiles and Doppler Shifts)

स्थानिक/कालिक विकास: विस्फोट ने लाइन इंटेंसिटी के स्थानिक और कालिक परिवर्तनों को बढ़ाया।
डॉपलर शिफ्ट्स: अधिकांश गणना किए गए लाइन-ऑफ-साइट वेग SPICE रेजोल्यूशन सीमा (~30 km s $^{-1}$ ) से नीचे थे। स्पेक्ट्रल प्रोफाइल्स में कोई महत्वपूर्ण डॉपलर शिफ्ट नहीं पाया गया।

D. रेडियल वेग अनुमान (Radial Velocity Estimation)

GONG H $\alpha$ छवियों (09:57 UT और 10:17 UT) पर नई ज्यामितीय विधि का उपयोग करते हुए, 10:07 UT पर रेडियल वेग 31 ± 7 km s $^{-1}$ अनुमानित किया गया।
STEREO/EUVI-A के साथ क्रॉस-वैलिडेशन से 44 ± 5 km s $^{-1}$ प्राप्त हुआ।
निहितार्थ: अनुमानित डॉपलर शिफ्ट (~0.015 nm) लाइन विड्थ के तुल्य है, जो यह सुझाव देता है कि रेजोनेंस स्कैटरिंग इंटेंसिटी कम हो सकती है (डॉपलर डिमिंग), हालांकि यह शिफ्ट इतना छोटा है कि SPICE प्रोफाइल्स में महत्वपूर्ण बदलाव की अनुपस्थिति के अनुरूप है।

5. महत्व और भविष्य का कार्य (Significance and Future Work)

डायग्नोस्टिक क्षमता: यह अध्ययन पुष्टि करता है कि SPICE अवलोकन विस्फोट के दौरान प्लाज्मा स्थितियों (घनत्व, तापमान, ऑप्टिकल थिकनेस) में गतिशील परिवर्तनों के बारे में अद्वितीय अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
मॉडलिंग बाधाएं (Modeling Constraints): प्राप्त रेडियल वेग सीमाएं और लाइन प्रोफाइल की विशेषताएं भविष्य के नॉन-एलटीई (Non-LTE) रेडिएटिव ट्रांसफर मॉडलिंग के लिए आवश्यक बाधाएं प्रदान करती हैं।
भविष्य की दिशाएं: लेखक लाइमैन $\beta$ और $\gamma$ प्रोफाइल्स को पुनरुत्पादित करने के लिए नॉन-एलटीई मॉडलिंग लागू करने की योजना बना रहे हैं ताकि प्लाज्मा मापदंडों को और अधिक सटीक बनाया जा सके और प्रॉमिनेंस विकास को नियंत्रित करने वाली भौतिक प्रक्रियाओं की समझ को गहरा किया जा सके।

संक्षेप में, यह शोध पत्र इरप्टिव प्रॉमिनेंस के अध्ययन के लिए SPICE लाइमैन लाइन डायग्नोस्टिक्स के उपयोग के लिए एक आधार स्थापित करता है, वेग अनुमान के लिए एक नया ज्यामितीय दृष्टिकोण पेश करता है, और प्री-इरप्टिव और इरप्टिव चरणों के बीच विशिष्ट प्लाज्मा व्यवहार को प्रकट करता है।