Solar Energetic Helium Penetration into the Earth’s Magnetosphere during the September 2017 Ground Level Event
सितंबर 2017 की ग्राउंड लेवल इवेंट के दौरान, नासा के वैन एलन प्रोब्स ने देखा कि सौर गतिविधि से उत्पन्न ऊर्जावान हीलियम आयन उच्च अक्षांशों पर पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर में प्रवेश कर गए, जिनका स्पेक्ट्रा समय के साथ धीरे-धीरे नरम होता गया, जो यह दर्शाता है कि गतिशील मैग्नेटोस्फेरिक प्रक्रियाओं द्वारा कोई महत्वपूर्ण अतिरिक्त ऊर्जाकरण नहीं हुआ।
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कल्पना कीजिए कि पृथ्वी एक विशाल, अदृश्य बल-क्षेत्र (force-field) में लिपटी हुई है जो चुंबकत्व से बनी है, जैसे कि सूर्य के जंगली उन्मादों से बचाने के लिए एक ब्रह्मांडीय बॉडीगार्ड। आमतौर पर, यह बॉडीगार्ड बहुत सख्त होता है: यह हमारे वायुमंडल से टकराने की कोशिश करने वाले लगभग सभी उच्च-गति, आवेशित कणों (जैसे छोटे परमाणु बुलेट्स) को रोकता है। लेकिन समय-समय पर, सूर्य एक "ग्राउंड लेवल इवेंट" (GLE) नामक एक विशाल पार्टी देता है, जिसमें वह इतने शक्तिशाली और तेज़ कणों का तूफान छोड़ता है जो बॉडीगार्ड की ढालों को भी भेदकर पार निकल सकते हैं।
सितंबर 2017 की शुरुआत में, सूर्य ने अपनी सबसे जंगली पार्टियों में से एक दी। हालांकि वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये तूफान मुख्य रूप से प्रोटॉन (हाइड्रोजन नाभिक) से बने होते हैं, लेकिन यह शोध पत्र इस पार्टी के दूसरे सबसे आम मेहमान पर ध्यान केंद्रित करता है: हीलियम। हीलियम को प्रोटॉन सुपरहीरो के "साइडकिक" (सहायक) के रूप में सोचें। जबकि प्रोटॉन मुख्य आकर्षण हैं, हीलियम दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है, और यह अंतरिक्ष यात्रियों और उपग्रहों के लिए एक गंभीर खतरा है क्योंकि यह एक विशिष्ट, खतरनाक तरीके से इलेक्ट्रॉनिक्स को ज़ैप (झटका देना) करता है।
बड़ी खोज: अदृश्य को देखने का एक नया तरीका
शोधकर्ताओं ने वैन एलन प्रोब्स (Van Allen Probes) नामक विशेष जोड़ी सैटेलाइट्स का उपयोग किया, जो हाई-स्पीड रेसर की तरह पृथ्वी की कक्षा में घूमते हैं। ये प्रोब्स REPT नामक एक उपकरण ले जाते हैं। मूल रूप से, REPT को प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन गिनने के लिए बनाया गया था, हीलियम के लिए नहीं। यह एक ऐसे कैमरे की तरह है जिसे लाल और नीली कारों की तस्वीरें लेने के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन वैज्ञानिक उसमें पीली कारों को भी गिनना चाहते थे।
ऐसा करने के लिए, उन्होंने केवल कच्चे नंबरों को नहीं देखा; उन्होंने "पल्स हाइट एनालाइज्ड" (PHA) डेटा का उपयोग करते हुए एक चतुर ट्रिक का इस्तेमाल किया। कल्पना करें कि यह उपकरण सिलिकॉन डिटेक्टरों का एक बहु-स्तरीय सैंडविच है। जब कोई कण इसमें से गुजरता है, तो वह प्रत्येक परत में ऊर्जा का एक निशान छोड़ जाता है। यह देखकर कि कितनी ऊर्जा किस परत में छोड़ी गई, टीम प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और हीलियम आयन के बीच अंतर कर सकी। यह पार्टी में आए मेहमान को कीचड़ में उनके द्वारा छोड़े गए पदचिह्नों के विशिष्ट पैटर्न से पहचानने जैसा है।
सिमुलेशन: एक डिजिटल ट्विन बनाना
वास्तविक डेटा पर भरोसा करने से पहले, टीम को यह सुनिश्चित करना था कि उनका "पदचिह्न" वाला तर्क काम करता है या नहीं। उन्होंने एक डिजिटल जुड़वां (डिजिटल ट्विन) बनाने के लिए Geant4 नामक एक शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने अपने डिजिटल मॉडल पर आभासी हीलियम आयन दागे ताकि वे देख सकें कि वे कैसे व्यवहार करते हैं। सिमुलेशन ने दिखाया कि हीलियम आयन डिटेक्टर की परतों से गुजरते समय ऊर्जा के जमाव का एक बहुत ही विशिष्ट "सीढ़ीनुमा" (staircase) पैटर्न छोड़ते हैं। इसने पुष्टि की कि वे उच्च विश्वास के साथ हीलियम आयनों को पहचान सकते हैं, भले ही उपकरण को मूल रूप से उनके लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था।
सितंबर 2017 में वास्तव में क्या हुआ था
जब सितंबर 2017 का तूफान आया, तो प्रोब्स ने हीलियम आयनों को पकड़ा जब वे पृथ्वी के चुंबकीय कवच में गहराई तक प्रवेश कर रहे थे, विशेष रूप से उच्च-अक्षांश क्षेत्रों (ध्रुवों के पास) और उच्च "L-शेल" (पृथ्वी से दूरी का एक माप, विशेष रूप से जहाँ L > 5 है) में।
यहाँ डेटा ने क्या खुलासा किया:
- समय (Timing): हीलियम प्रोटॉन के ठीक साथ पहुँचा। हीलियम की उच्चतम तीव्रता 11 सितंबर, 2017 को देखी गई, जो प्रोटॉन तूफान के चरम के साथ मेल खाती है।
- ऊर्जा का रुझान (Energy Trend): घटना की शुरुआत में, हीलियम कण "हार्ड" (बहुत उच्च ऊर्जा वाले) थे। लेकिन जैसे-जैसे दिन बीतते गए, हीलियम की ऊर्जा "सॉफ्ट" (कमजोर) होती गई। इसका मतलब है कि कण समय के साथ अपनी मारक क्षमता खोते गए।
- जादू के लिए "नो-गो" ज़ोन: यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है। लेखक सुझाव देते हैं कि हीलियम पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश करने के बाद अधिक शक्तिशाली नहीं हुआ। यदि मैग्नेटोस्फीयर के पास कणों को पुन: ऊर्जा देने वाला कोई गुप्त इंजन होता, तो स्पेक्ट्रम कठोर हो जाता या समान रहता। इसके बजाय, यह नरम हो गया। यह बताता है कि हीलियम बस अंदर आया, थोड़ी ऊर्जा खोई, और फिर बह गया। मैग्नेटोस्फीयर ने उन्हें दूसरी पारी (second wind) नहीं दी।
यह क्यों मायने रखता है
यह शोध पत्र स्पष्ट रूप से इस विचार को खारिज करता है कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र इस हीलियम के लिए एक कण त्वरक (particle accelerator) के रूप में कार्य करता है। डेटा बताता है कि कण बस गुजर रहे थे, उन्हें बढ़ाया नहीं जा रहा था।
सुरक्षा के दृष्टिकोण से, यह एक बड़ी बात है। जबकि प्रोटॉन सबसे आम खतरा हैं, हीलियम आयन दूसरे सबसे प्रचुर तत्व हैं। वे विशेष रूप रूप से अंतरिक्ष यान के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए हानिकारक हैं क्योंकि वे सामग्रियों को तेजी से आयनित करके "सिंगल इवेंट अपसेट्स" (ग्लिच/खराबी) का कारण बनते हैं। जैसे-जैसे हम मंगल की लंबी यात्राओं की योजना बना रहे हैं या चंद्रमा पर आधार बना रहे हैं, यह समझना महत्वपूर्ण है कि हीलियम इन विशाल सौर तूफानों के दौरान हमारे चुंबकीय कवच को भेद सकता है। लेखक नोट करते हैं कि हालांकि हम प्रोटॉन के बारे में बहुत कुछ जानते हैं, हमें हीलियम को विकिरण के खतरे के रूप में अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
निष्कर्ष
इस अध्ययन ने सफलतापूर्वक एक चतुर डेटा ट्रिक का उपयोग करके इस विशिष्ट उपकरण में एक प्रमुख सौर तूफान के दौरान पहली बार हीलियम आयनों को पहचाना। उन्होंने मापा कि ये कण पृथ्वी के चुंबकीय कवच में कैसे प्रवेश करते हैं, एक सप्ताह के दौरान उनकी ऊर्जा कैसे बदलती है, और निष्कर्ष निकाला कि ढाल ने उन्हें बढ़ाया नहीं; इसने बस उन्हें अंदर आने दिया और फिर उन्हें फीका पड़ने दिया। यह एक याद दिलाता है कि जब सूर्य अपने सबसे अराजक रूप में होता है, तब पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक जटिल, गतिशील फिल्टर है जो कुछ चीजों को अंदर आने देता है और दूसरों को बाहर रखता है, और कभी-कभी, "साइडकिक" हीलियम आयन मुख्य घटना के साथ ही अंदर घुस आते हैं।
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