Discovery of a New Class of Optical Discharges in the Lower Atmosphere

आकाशीय बिजली के तूफान प्रकृति के सबसे शक्तिशाली इंजनों में से एक हैं, जो आकाश से बिजली, रेडियो तरंगें और उच्च-ऊर्जा कणों की बौछारें बरसाते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये तूफान जमीन के पास तीव्र विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रिक फील्ड) पैदा करते हैं, ऐसे क्षेत्र जो इतने शक्तिशाली होते हैं कि वे इलेक्ट्रॉनों को लगभग प्रकाश की गति तक त्वरित कर सकते हैं। जब ये तीव्र गति वाले इलेक्ट्रॉन हवा के अणुओं से टकराते हैं, तो वे प्रकाश की चमक उत्पन्न कर सकते हैं, एक ऐसी घटना जिसका शोधकर्ताओं ने वर्षों से अध्ययन किया है। हालाँकि, निचला वायुमंडल, वह स्थान जो बादलों के ठीक नीचे स्थित है जहाँ मनुष्य रहते हैं और सांस लेते हैं, एक रहस्यमय सीमा बना हुआ है। जबकि तूफानों के ऊपरी हिस्सों का अच्छी तरह से मानचित्रण किया गया है, बादल के आधार और जमीन के बीच के पतले अंतराल में बिजली कैसे व्यवहार करती है, इसके विशिष्ट तरीकों का काफी हद तक अन्वेषण नहीं किया गया है, जिससे यह समझने में कमी रह गई है कि तूफान कैसे शुरू होते हैं, वे ऊर्जा कैसे छोड़ते हैं, और वे कैसे उन विशाल बिजली के कड़कने की घटनाओं को सक्रिय कर सकते हैं जिन्हें हम दूर से देखते हैं।

आर्मेनिया के अरागत्स अनुसंधान केंद्र में शोधकर्ताओं की एक टीम ने, जो एक ज्वालामुखीय पठार पर ऊँचाई पर स्थित है, अब इस रहस्य की एक परत को हटा दिया है। सिंक्रोनाइज्ड कैमरों, इलेक्ट्रिक फील्ड सेंसरों और कण डिटेक्टरों के एक समूह के साथ आकाश को देखते हुए, उन्होंने ऑप्टिकल डिस्चार्ज (प्रकाशिक विसर्जन) के एक नए वर्ग की खोज की है जो उनकी आँखों के सामने ही छिपा हुआ था। ये परिचित बिजली के कड़कने वाले झटके नहीं हैं जो जमीन पर गिरते हैं, न ही ये बादलों के ऊपर कभी-कभी देखे जाने वाले धुंधले, व्यापक प्रकाश हैं। इसके बजाय, टीम ने नीले-बैंगनी रंग के दो अलग-अलग प्रकार के प्रकाश की पहचान की जो सीधे गरजते बादलों के नीचे दिखाई देते हैं, और उन्होंने पाया कि प्रकाश का प्रकार पूरी तरह से जमीन के ठीक ऊपर विद्युत क्षेत्र की दिशा पर निर्भर करता है।

इस खोज की कहानी अरागत्स स्टेशन के कैमरों और सेंसरों की दृष्टि से सामने आती है, जो 3,200 मीटर की ऊंचाई पर स्थित है। यहाँ, जमीन अक्सर बर्फ से ढकी होती है, और हवा पतली होती है, लेकिन असली रोमांच तब होता है जब तूफान के बादल नीचे की ओर आते हैं, कभी-कभी स्टेशन के उपकरणों से केवल 20 से 100 मीटर ऊपर मंडराते हुए। 2024 और 2026 के बीच कई तीव्र तूफान की घटनाओं के दौरान, शोधकर्ताओं ने देखा कि अदृश्य विद्युत बलों के प्रभाव में आकाश अपना व्यवहार बदल लेता है। उन्होंने पाया कि जब जमीन के पास विद्युत क्षेत्र ऊपर की ओर इशारा करता था—जिसे 'पॉजिटिव फील्ड' कहा जाता है—तो आकाश नीले-बैंगनी रंग के सघन, अलग-थलग धब्बों के साथ जगमगा उठता था। ये चमकते धब्बे ऊर्जा के अलग-थलग गांठों जैसे दिखते थे, जो कभी-कभी लंबे भी होते थे और हवा में तैरते हुए प्रतीत होते थे। वे स्पष्ट, तीक्ष्ण थे और एक विशिष्ट ऊंचाई पर निलंबित दिखाई देते थे, जो स्टेशन से लगभग 50 से 65 मीटर ऊपर मंडरा रहे थे।

इसके बिल्कुल विपरीत, जब जमीन के पास का विद्युत क्षेत्र बदलकर नीचे की ओर इशारा करने लगा—यानी 'नेगेटिव फील्ड'—तो प्रकाश की प्रकृति पूरी तरह से बदल गई। वे तीक्ष्ण, अलग-थलग धब्बे गायब हो गए, और उनकी जगह एक विस्तृत, धुंधली चमक ने ले ली जो पूरे कैमरा दृश्य को भर देती थी। यह प्रकाश एक एकल बिंदु नहीं था बल्कि एक फैला हुआ, तंतुमय नेटवर्क था जो जमीन से ऊपर की ओर फैलता हुआ एक नरम, चमकते बादल जैसा दिखता था। शोधकर्ताओं ने देखा कि ये विसरित चमक अक्सर स्टेशन की अपनी संरचनाओं, जैसे धातु के मस्तूल, एंटेना और केबलों से उत्पन्न होती प्रतीत होती थी, जो बिजली के लिए केंद्र बिंदु के रूप में कार्य करते थे। प्रकाश इन जमी हुई वस्तुओं से बाहर की ओर फैलता था, जिससे एक बड़ा, धुंधला प्रकाश उत्पन्न होता था जो आकाश के एक बड़े हिस्से को कवर कर सकता था।

यह समझने के लिए कि ये प्रकाश वास्तव में कहाँ से आ रहे थे, टीम ने 'स्टीरियोस्कोपी' नामक तकनीक का उपयोग किया, जो मानव द्विनेत्री दृष्टि (बाइनोक्युलर विजन) की तरह काम करती है। तीन कैमरों का उपयोग करके, जो एक ही घटना को अलग-अलग कोणों से देखने के लिए अलग-अलग दूरी पर रखे गए थे, वे चमकती वस्तुओं की सटीक ऊंचाई की गणना कर सके। परिणाम स्पष्ट थे: पॉजिटिव इलेक्ट्रिक फील्ड के दौरान देखे गए सघन नीले-बैंगनी धब्बे वास्तव में हवा में, बादल के आधार और जमीन के बीच तैर रहे थे। हालाँकि, नेगेटिव फील्ड के दौरान देखी गई विसरित चमक को किसी एक बिंदु पर केंद्रित नहीं किया जा सका। माप में यह विफलता कोई त्रुटि नहीं थी; बल्कि, इसने पुष्टि की कि ये चमक एकल वस्तुएं नहीं थीं बल्कि जमीन से ऊपर की ओर फैलने वाले व्यापक विसर्जन थे।

शोधकर्ताओं ने पूर्ण चित्र को जोड़ने के लिए उच्च-ऊर्जा कणों और रेडियो संकेतों के व्यवहार को भी ट्रैक किया। उन्होंने पाया कि सघन धब्बे, जो पॉजिटिव फील्ड के दौरान दिखाई देते थे, रेडियो उत्सर्जन के मामले में अपेक्षाकृत शांत थे। यह शांति यह संकेत देती है कि वे संभवतः "स्ट्रीमर" (streamers) के दृश्य सिर (heads) थे, जो हवा के माध्यम से चलने वाले स्व-प्रसारित आयनीकरण के अग्र भाग होते हैं। इन स्ट्रीमर्स को विद्युत ब्रेकडाउन के प्रारंभिक चरणों के रूप में माना जाता है, जो वे नन्हे स्पार्क हैं जो अंततः एक पूर्ण बिजली के झटके में विकसित हो सकते हैं। यह तथ्य कि ये स्ट्रीमर हेड बादल और जमीन के बीच के अंतराल में दिखाई देते हैं, यह दर्शाता है कि तूफान की आंतरिक विद्युत संरचना नीचे की ओर बढ़ रही थी, जिससे आयनित हवा का एक सेतु बन रहा था।

इसके विपरीत, नेगेटिव फील्ड के दौरान दिखने वाली विसरित चमक के साथ तीव्र, तीव्र रेडियो सिग्नल भी जुड़े थे। यह रेडियो शोर कई छोटे डिस्चार्ज के एक साथ होने वाली एक अराजक, उच्च-ऊर्जा प्रक्रिया का संकेत था, जो "कोरोना" (corona) डिस्चार्ज के व्यवहार के अनुरूप था। कोरोना तब होता है जब विद्युत क्षेत्र किसी नुकीले बिंदु, जैसे कि धातु के मस्तूल के सिरे पर इतना मजबूत होता है कि वह हवा के अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को छीन लेता है, जिससे एक चमकता हुआ, आयनित आवरण बन जाता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि जब जमीन के पास विद्युत क्षेत्र नेगेटिव था, तो तूफान इन डिस्चार्ज को स्टेशन की संरचनाओं में धकेल रहा था, जिससे आकाश में बड़े, धुंधले प्रकाश उत्पन्न हो रहे थे।

सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक यह था कि ये दो प्रकार के प्रकाश एक ही तूफान में, केवल कुछ मिनटों के अंतर से, एक ही तूफान में दिखाई दे सकते हैं, क्योंकि विद्युत क्षेत्र बार-बार बदल रहा था। टीम ने 29 मई, 2025 के एक तूफान को देखा, जहाँ विद्युत क्षेत्र के उलटने के साथ आकाश तेजी से सघन, अलग-थलग धब्बों से एक बड़े, विसरित प्रकाश में बदल गया। इस तीव्र परिवर्तन ने सिद्ध किया कि प्रकाश का प्रकार मौसम की स्थिति या बादलों के घनत्व द्वारा निर्धारित नहीं होता था, बल्कि पूरी तरह से विद्युत क्षेत्र की ध्रुवीयता (polarity) द्वारा निर्धारित होता था। जब क्षेत्र एक दिशा में होता था, तो तूफान तैरते हुए स्ट्रीमर हेड बनाता था; जब यह दूसरी दिशा में होता था, तो यह ग्राउंडेड कोरोना डिस्चार्ज को सक्रिय करता था।

अध्ययन ने इन ऑप्टिकल फ्लैश और तूफानों द्वारा उत्पन्न उच्च-ऊर्जा कणों के बीच के संबंध को भी स्पष्ट किया। हालांकि शोधकर्ताओं ने पहले तूफानों के दौरान गामा किरणों और इलेक्ट्रॉनों की बौछार देखी थी, उन्होंने पाया कि ये कण विस्फोट दोनों प्रकार के विद्युत क्षेत्रों के दौरान हो सकते हैं। इसका मतलब है कि जमीन के पास पॉजिटिव या नेगेटिव फील्ड की उपस्थिति यह नहीं बताती है कि तूफान के ऊपरी हिस्से में क्या हो रहा है। जमीन के पास का विद्युत क्षेत्र तूफान की निचली संरचना के लिए एक खिड़की की तरह कार्य करता है, जो यह दिखाता है कि बिजली नीचे कैसे व्यवस्थित है, न कि यह पूरे तूफान के व्यवहार को नियंत्रित करता है। उदाहरण के लिए, पॉजिटिव फील्ड के दौरान देखे गए सघन नीले-बैंगनी धब्बे पॉज़िट्रॉन (positron) नामक एक विशिष्ट प्रकार के कण के प्रमाण नहीं थे, जैसा कि कुछ को उम्मीद थी, बल्कि एक विशिष्ट विद्युत विन्यास में स्ट्रीमर गतिविधि का संकेत थे।

ऑप्टिकल अवलोकनों को विद्युत क्षेत्र, कण गणना और रेडियो तरंगों के मापों के साथ जोड़कर, शोधकर्ताओं ने तूफान के स्वास्थ्य और संरचना का निदान करने का एक नया तरीका स्थापित किया है। उन्होंने दिखाया है कि निचला वायुमंडल केवल एक निष्क्रिय मंच नहीं है, बल्कि तूफान के जीवन चक्र में एक सक्रिय भागीदार है। जमीन के पास का विद्युत क्षेत्र यह तय करता है कि तूफान तैरते हुए, सघन स्पार्क्स बनाएगा या विस्तृत, ग्राउंडेड चमक। यह खोज वैज्ञानिकों को यह देखने के लिए एक नया अवसर प्रदान करती है कि विद्युत विसर्जन कैसे बनते हैं और विकसित होते हैं, जिससे यह समझने में मदद मिलती है कि निचले वायुमंडल में शुरू होने वाले सूक्ष्म, अदृश्य स्ट्रीमर अंततः बिजली के बड़े प्रहारों में कैसे विकसित हो सकते हैं। यह कार्य सुझाव देता है कि केवल बादल के नीचे के प्रकाश के रंग और आकार को देखकर, और विद्युत क्षेत्र की दिशा को जानकर, वैज्ञानिक अब विभिन्न मौलिक विद्युत विसर्जन प्रक्रियाओं के बीच अंतर कर सकते हैं, जिससे आकाश की पहले से भ्रमित करने वाली चमकों को एक स्पष्ट, समझने योग्य मानचित्र में बदल दिया गया है।