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Energy Evolution from the Chromosphere to the Heliosphere in the 2021 October 28 Solar Eruption

यह अध्ययन विभिन्न बहु-अंतरिक्ष यान अवलोकनों का उपयोग करके 28 अक्टूबर 2021 के X1.0 सौर विस्फोट का विश्लेषण करता है, जिसमें यह पाया गया है कि कुल मुक्त ऊर्जा पूर्व-घटना चुंबकीय भंडारण अनुमानों से मेल खाती है और सीएमई (CME) की गतिज तथा संभावित ऊर्जा समग्र ऊर्जा विभाजन में प्रमुख है।

मूल लेखक: Katharine K. Reeves, Daniel B. Seaton, Cynthia Cattell, Bin Chen, Liam David, Federico Fraschetti, Joe Giacalone, Phillip Hess, Andryi Koval, Dana W. Longcope, Surajit Mondal, Christopher S. Moore, So

प्रकाशित 2026-05-18

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Katharine K. Reeves, Daniel B. Seaton, Cynthia Cattell, Bin Chen, Liam David, Federico Fraschetti, Joe Giacalone, Phillip Hess, Andryi Koval, Dana W. Longcope, Surajit Mondal, Christopher S. Moore, Sophie Musset, Tatiana Niembro, Daniel Pacheco, Yeimy J. Rivera, Soumya Roy, Xudong Sun, Durgesh Tripathi, Domenico Trotta, Matthew J. West, Sijie Yu, Chunming Zhu

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 विशाल, अराजक ऊर्जा भंडारण केंद्र (energy storage facility) है। इसके वायुमंडल के भीतर, चुंबकीय क्षेत्र मुड़े हुए रबर बैंड की तरह काम करते हैं, जो भारी मात्रा में संभावित ऊर्जा (potential energy) को संचित करते हैं। कभी-कभी, ये रबर बैंड टूट जाते हैं, जिससे संचित ऊर्जा एक भीषण विस्फोट के रूप में निकलती है जिसे सौर विस्फोट (solar eruption) कहा जाता है।

यह शोध पत्र 28 अक्टूबर, 2021 को हुए एक विशिष्ट, विशाल विस्फोट का एक विस्तृत "ऊर्जा ऑडिट" (energy audit) है। वैज्ञानिक एक सरल प्रश्न का उत्तर देना चाहते थे: जब सूर्य एक चुंबकीय रबर बैंड को तोड़ता है, तो वह सारी ऊर्जा वास्तव में कहाँ जाती है?

यहाँ उनके अन्वेषण का विवरण दिया गया है, जिसमें रोजमर्रा के उपमाओं (analogies) का उपयोग किया गया है:

1. घटना: एक 'ट्रिपल थ्रेट' (Triple Threat)

उस दिन, सूर्य ने केवल थोड़ी सी गर्मी ही नहीं छोड़ी। इसने एक "ट्रिपल थ्रेट" घटना को अंजाम दिया:

एक सौर ज्वाला (Solar Flare): प्रकाश की एक अचानक, तीव्र चमक (जैसे कैमरा फ्लैश, लेकिन एक अरब गुना अधिक चमकदार)।
एक EUV तरंग (EUV Wave): सूर्य की सतह पर चलती एक विशाल लहर, जो तालाब में एक बड़ा पत्थर फेंकने के बाद उठने वाली शॉकवेव (shockwave) के समान है।
एक कोरोनल मास इजेक्शन (CME): सौर गैस और चुंबकीय क्षेत्रों का एक विशाल बुलबुला जिसे 2,000 किलोमीटर प्रति सेकंड से अधिक की गति से अंतरिक्ष में फेंका जा रहा है। यह सूर्य से छोड़ी गई "गोली" (bullet) है।

2. जासूसी टीम: एक वैश्विक दृष्टिकोण

यह पता लगाने के लिए कि ऊर्जा कहाँ गई, शोधकर्ताओं ने केवल पृथ्वी से ही नहीं देखा। उन्होंने अंतरिक्ष दूरबीनों और उपग्रहों के एक "समूह" (constellation) का उपयोग किया, जिसमें शामिल हैं:

पृथ्वी-आधारित उपग्रह: हमारे घर के आंगन से देखते हुए।
STEREO-A: एक उपग्रह जो बगल की ओर स्थित था, जो विस्फोट का एक साइड-व्यू (side-view) दे रहा था।
सोलर ऑर्बिटर (Solar Orbiter): एक अंतरिक्ष यान जो सूर्य के करीब था (पृथ्वी की दूरी का लगभग 80%), जो एक क्लोज-अप कैमरे की तरह काम कर रहा था।

इन विभिन्न कोणों को जोड़कर, वे ऊर्जा को उसके संचय के क्षण से लेकर, विस्फोट के माध्यम से, और पूरे अंतरिक्ष में बाहर जाने तक ट्रैक कर सके।

3. ऊर्जा बजट: पैसा कहाँ गया?

वैज्ञानिकों ने सूर्य की ऊर्जा को एक बैंक खाते की तरह माना। उन्होंने विस्फोट से पहले कितनी ऊर्जा संचित थी, इसकी गणना की और फिर बाद में खर्च हुए हर एक पैसे का हिसाब लगाने की कोशिश की। उन्होंने कई "खर्चों" को देखा:

"फुटप्रिंट" (क्रोमोस्फीयर): जब विस्फोट हुआ, तो इसने सूर्य के निचले वायुमंडल की परतों को गर्म कर दिया। यह उस गर्मी की तरह है जो आप बोनफायर (आग जलाने) के पास खड़े होकर महसूस करते हैं।
"फ्लैश" (नॉन-थर्मल कण): विस्फोट ने इलेक्ट्रॉनों और आयनों को प्रकाश की गति के करीब त्वरित (accelerate) कर दिया। ये छोटे, सुपर-फास्ट बुलेट्स की तरह हैं जो इधर-उधर दौड़ रहे हैं।
"लहर" (EUV Wave): सूर्य की सतह पर उस विशाल लहर को धकेलने में लगी ऊर्जा।
"गोली" (CME): सौर गैस के उस विशाल बुलबुले को अंतरिक्ष में लॉन्च करने के लिए आवश्यक ऊर्जा। इसमें गतिज ऊर्जा (kinetic energy) (यह कितनी तेजी से चल रहा है) और गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा (gravitational potential energy) (सूर्य के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से बाहर निकलने के लिए आवश्यक ऊर्जा) शामिल है।

4. बड़ी खोज: "गोली" विजेता बनी

गणित करने के बाद, शोधकर्ताओं ने ऊर्जा बजट में एक स्पष्ट विजेता पाया:

कोरोनल मास इजेक्शन (वह "गोली") ने ऊर्जा का सबसे बड़ा हिस्सा ले लिया।

CME: कुल जारी की गई ऊर्जा का लगभग 75% से 80% हिस्सा CME को लॉन्च करने में गया। यह मुख्य भार उठाने वाला (heavy lifter) था, जो अधिकांश शक्ति को ले जा रहा था।
फ्लेयर और कण: चमकीली चमक और तेज़ गति वाले कणों ने कुल ऊर्जा का केवल एक छोटा हिस्सा (लगभग 15-20%) ही कवर किया।
लहर: सतह पर लहर महत्वपूर्ण थी लेकिन यह CME की तुलना में बहुत छोटी थी।

उपमा (Analogy): कल्पना कीजिए कि आपके पास $100 का बचत खाता है। आप इसे एक साथ खर्च करने का निर्णय लेते हैं।

आप एक बड़े रॉकेट लॉन्च (CME) पर $80 खर्च करते हैं।
आप आतिशबाजी (flare) पर $15 खर्च करते हैं।
आप एक तेज़ शोर (wave) पर $5 खर्च करते हैं।
निष्कर्ष: मुख्य कार्यक्रम रॉकेट लॉन्च था, न कि आतिशबाजी।

5. अंतरिक्ष की यात्रा

अध्ययन केवल सूर्य तक ही सीमित नहीं रहा। उन्होंने CME को अंतरिक्ष में यात्रा करते हुए, दो अलग-अलग अंतरिक्ष यानों (सोलर ऑर्बिटर और विंड) के पास से गुजरते हुए ट्रैक किया।

उन्होंने पाया कि भले ही CME लाखों मील की यात्रा कर रहा था, ऊर्जा मुख्य रूप से गति (गतिज ऊर्जा) के रूप में बनी रही। यह अचानक गर्मी में नहीं बदली और न ही रास्ते में नए कणों का कोई बड़ा विस्फोट पैदा किया। "गोली" ने अपना मोमेंटम बनाए रखा, बस सौर हवा (solar wind) के माध्यम से आगे बढ़ते हुए थोड़ा धीमा हो गया, ठीक वैसे ही जैसे कोई कार घनी धुंध में चलते समय धीमी हो जाती है।

सारांश

यह शोध पत्र इस विशिष्ट, विशाल सौर विस्फोट के लिए पुष्टि करता है कि सूर्य की संचित चुंबकीय ऊर्जा मुख्य रूप से उत्सर्जित गैस के बादल (CME) की गति और ऊपर उठाने की शक्ति में परिवर्तित हुई थी। हालांकि चमकीली चमक और तेज़ कण नाटकीय और खतरनाक थे, वे मुख्य घटना के "दुष्प्रभाव" (side effects) थे: सौर सामग्री का हमारे सौर मंडल में विशाल निष्कासन।

तकनीकी सारांश: 2021 के 28 अक्टूबर के सौर विस्फोट में क्रोमोस्फीयर से हेलिओस्फीयर तक ऊर्जा का विकास

समस्या विवरण
सौर विस्फोट संचित चुंबकीय ऊर्जा को तापीय, गतिज और गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा, तथा त्वरित कणों में परिवर्तित करते हैं। जबकि पिछले अध्ययनों (जैसे एम्सली एट अल. 2004, 2005, 2012; असचवांडेन एट अल. 2017) ने सौर विद्रोही घटनाओं में ऊर्जा विभाजन को चित्रित करने का प्रयास किया है, कोरोना से हेलिओस्फीयर तक के संपूर्ण विकास का व्यापक लेखा-जोखा करना अभी भी जटिल बना हुआ है। यह जटिलता इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि ऊर्जा कई अवस्थाओं के माध्यम से रूपांतरित होती है—जैसे क्रोमोस्फेरिक हीटिंग, फ्लेयर लूप रेडिएशन, और शॉक एक्सेलरेशन (आघात त्वरण)—और इसके लिए विविध श्रेणियों के अवलोकनों की आवश्यकता होती है। अध्ययन किया गया विशिष्ट घटना, 28 अक्टूबर, 2021 का विस्फोट (AR 12887), इस प्रकार के अध्ययन के लिए एक अनूठा अवसर प्रस्तुत करता था क्योंकि यह एक X1.0 फ्लेयर, एक वैश्विक EUV वेव, और एक तीव्र कोरोनल मास इजेक्शन (CME) से जुड़ा था जिसने सौर चक्र 25 का पहला ग्राउंड लेवल एन्हांसमेंट (GLE) उत्पन्न किया। महत्वपूर्ण रूप से, इस घटना का अवलोकन सोलर ऑर्बिटर द्वारा लगभग 0.8 au पर किया गया था, जो सूर्य-पृथ्वी रेखा के लगभग संरेखित था, जिससे ऊर्जा प्रवाह विकास का बहु-बिंदु, इन-सीटू (in-situ) निदान संभव हो सका।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने नासा के हेलियोफिजिक्स सिस्टम ऑब्जर्वेटरी के रिमोट सेंसिंग और इन-सीटू डेटा का उपयोग करते हुए अक्टूबर 28, 2021 की घटना का विस्तृत ऊर्जा बजट विश्लेषण किया। इस अध्ययन में SDO (HMI, AIA), GOES (XRS, SUVI), STEREO-A (EUVI, COR), SoHO (LASCO), Solar Orbiter (STIX, SWA, MAG, EPD), और Wind (MFI, 3DP, SOSP) के अवलोकनों को एकीकृत किया गया।

कार्यप्रणाली में विशिष्ट ऊर्जा घटकों की गणना शामिल थी:

चुंबकीय ऊर्जा: SHARP डेटा पर नॉन-लीनियर फोर्स-फ्री फील्ड (NLFFF) और पोटेंशियल फील्ड एक्सट्रपलेशन किए गए ताकि पूर्व-घटना संचित चुंबकीय ऊर्जा और मुक्त ऊर्जा का अनुमान लगाया जा सके।
नॉन-थर्मल कण: त्वरित इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा को STIX हार्ड एक्स-रे स्पेक्ट्रल फिटिंग और EOVSA माइक्रोवेव गाइरोसिंक्रोट्रॉन मॉडलिंग से प्राप्त किया गया। नॉन-थर्मल आयन ऊर्जा का अनुमान पिछले आयनों के RHESSI अवलोकनों से प्राप्त एक स्केलिंग लॉ का उपयोग करके लगाया गया।
बोलोमेट्रिक और क्रोमोस्फेरिक ऊर्जा: बोलोमेट्रिक ऊर्जा का अनुमान GOES फ्लक्स से कुल इरेडिएंस (विकिरण) से संबंधित स्केलिंग लॉ के माध्यम से लगाया गया। क्रोमोस्फीयर में जमा ऊर्जा की गणना AIA 1600 Å छवियों पर अल्ट्रावॉयलेट फुटपॉइंट कैलोरीमीटर (UFC) पद्धति का उपयोग करके की गई।
तापीय ऊर्जा: दो स्वतंत्र विधियों का उपयोग किया गया: GOES एक्स-रे फ्लक्स (तापमान और उत्सर्जन माप) पर आधारित एक सिंगल-लूप सन्निकटन और AIA एवं SUVI इमेजिंग डेटा का उपयोग करके डिफरेंशियल एमिशन मेजर (DEM) विश्लेषण।
EUV वेव ऊर्जा: वेव ऊर्जा की गणना वेव के आयतन और अवधि पर गतिज, विकिरण और कंडक्टिव फ्लक्स को एकीकृत करके की गई, जिसमें वेव को एक ब्लास्ट वेव के रूप में माना गया।
CME गतिज और स्थितिज ऊर्जा: व्हाइट-लाइट कोरोनोग्राफ छवियों (STEREO-A COR2) का उपयोग करके थॉमसन स्कैटरिंग के माध्यम से CME द्रव्यमान निकाला गया, जिसमें ऊंचाई-द्रव्यमान सूत्र के माध्यम से द्रव्यमान संचय को ध्यान में रखा गया। CME के प्रसार के दौरान गतिज और गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जाओं की गणना की गई।
हेलिओस्फेरिक फ्लक्स और शॉक पार्टीशन: 0.8 au और 1 au पर इन-सीटू डेटा का उपयोग ऊर्जा फ्लक्स (गतिज, एन्थैल्पी, चुंबकीय, पॉइंटिंग) की गणना के लिए किया गया। इंटरप्लेनेटरी शॉक (IP) पर ऊर्जा विभाजन का विश्लेषण रैंकिन-ह्यूगोनिओट जंप स्थितियों का उपयोग करके किया गया, जिसमें ऊर्जावान प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के योगदान को भी शामिल किया गया।

प्रमुख परिणाम

चुंबकीय ऊर्जा: AR 12887 में पूर्व-घटना मुक्त चुंबकीय ऊर्जा का अनुमान $8.2 \pm 2.6 \times 10^{31}$ erg लगाया गया।
फ्लेयर ऊर्जा विज्ञान (Energetics): त्वरित कणों (इलेक्ट्रॉन और आयन) में कुल नॉन-थर्मल ऊर्जा $2.25 \pm 0.9 \times 10^{31}$ erg थी। बोलोमेट्रिक ऊर्जा का अनुमान $1.6 $और$ 3.0 \times 10^{31}$ erg के बीच लगाया गया। क्रोमोस्फीयर में जमा ऊर्जा $1.7 \times 10^{31}$ erg (प्रॉम्प्ट + टेल) थी। फ्लेयर लूप्स में तापीय ऊर्जा का शिखर लगभग $0.6 \times 10^{31}$ erg (GOES विधि) या $0.49 \times 10^{31}$ erg (DEM विधि) था।
EUV वेव: वैश्विक EUV वेव द्वारा उत्सर्जित कुल ऊर्जा की गणना $9.4 \pm 4.0 \times 10^{30}$ erg की गई, जो कि गतिज ऊर्जा फ्लक्स द्वारा संचालित है।
CME ऊर्जा: CME की गतिज और गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा सबसे प्रमुख घटक पाई गई, जिसका कुल मान $9.75 \pm 3.6 \times 10^{31}$ erg था। यह मान पूर्व-घटना मुक्त चुंबकीय ऊर्जा के अनुमान के अनुरूप है, जो यह सुझाव देता है कि लगभग पूरी उपलब्ध चुंबकीय ऊर्जा CME में परिवर्तित हो गई।
हेलिओस्फेरिक विकास: 0.8 au और 1 au पर इन-सीटू मापों ने दिखाया कि CME ने अपने प्रसार के दौरान अपनी गतिज ऊर्जा प्रधानता को बनाए रखा। सोलर ऑर्बिटर (0.8 au) पर शॉक ने अपस्ट्रीम गतिज ऊर्जा को मुख्य रूप से तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया, जिसमें कणों को ऊर्जा देने का हिस्सा आश्चर्यजनक रूप से बहुत कम (<5%) रहा। Wind (1 au) पर, कण ऊर्जाकरण की दक्षता और भी कम थी।
ऊर्जा विभाजन: यह अध्ययन पुष्टि करता है कि इस घटना के लिए, CME (गतिज + स्थितिज) उत्सर्जित ऊर्जा का बहुमत है, जो नॉन-थर्मल कणों और तापीय विकिरण की ऊर्जा से काफी अधिक है।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि यह एक एकल, सुव्यवस्थित देखी गई घटना के लिए कोरोना से हेलिओस्फीयर तक ऊर्जा विभाजन का "गहन लेखा-जोखा" प्रदान करता है। इसकी प्राथमिक महत्ता परिणामों की निरंतरता में निहित है: इस घटना के दौरान मुक्त की गई कुल ऊर्जा, पूर्व-घटना में संचित चुंबकीय ऊर्जा के अनुमानों के अनुरूप है, और CME की गतिज एवं स्थितिज ऊर्जा ऊर्जा बजट पर हावी है। यह निष्कर्ष एम्सली एट अल. (2012) के उन निष्कर्षों का समर्थन करता है जो उत्सर्सीय फ्लेयर्स में CME ऊर्जा की प्रधानता को दर्शाते हैं, जो अन्य अध्ययनों (जैसे असचवांडेन एट अल. 2017) के विपरीत है जिन्होंने एक अलग विभाजन का सुझाव दिया था।

लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि सोलर ऑर्बिटर के अद्वितीय संरेखण ने इस तरह की घटना के लिए समय और हेलिओसेंट्रिक दूरी के फलन के रूप में इन-सीटू ऊर्जा फ्लक्स के विकास के विस्तृत निदान की अनुमति दी। वे नोट करते हैं कि उच्च मच संख्या (Mach number) के बावजूद सोलर ऑर्बिटर पर शॉक में कण त्वरण की कम दक्षता, विशेष रूप से >100 keV आयनों की कमी, जटिल 3D शॉक ज्यामिति या स्थानीय प्रभावों का सुझाव देती है जिसके लिए आगे के सिमुलेशन की आवश्यकता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि इस विस्फोट की अधिकांश ऊर्जा CME में विभाजित की गई थी, एक ऐसा वितरण जो हेलिओस्फीयर के माध्यम से विकसित होते समय भी बना रहा।