मैग्नेटोस्फीयर

पृथ्वी के चुंबकमंडल की चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का प्रतिपादन।

खगोल विज्ञान और ग्रहीय विज्ञान में, चुंबकमंडल एक खगोलीय वस्तु के आस-पास अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है, जिसमें आवेशित कण उस वस्तु के चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित होते हैं।^[1]^[2] यह एक सक्रिय आंतरिक डायनमो सिद्धांत के साथ एक खगोलीय पिंड द्वारा बनाया गया है।

एक ग्रहीय पिंड के निकट अंतरिक्ष वातावरण में, चुंबकीय क्षेत्र एक चुंबकीय द्विध्रुव जैसा दिखता है। सूर्य (यानी, सौर हवा) या पास के तारे से उत्सर्जित विद्युत प्रवाहित प्लाज्मा (भौतिकी) के प्रवाह से दूर, क्षेत्र रेखाएं महत्वपूर्ण रूप से विकृत हो सकती हैं।^[3]^[4] पृथ्वी जैसे सक्रिय चुंबकमंडल वाले ग्रह, सौर विकिरण या ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव को कम करने या अवरुद्ध करने में सक्षम हैं, जो सभी जीवित जीवों को संभावित हानिकारक और खतरनाक परिणामों से भी बचाता है। इसका अध्ययन प्लाज्मा भौतिकी, अंतरिक्ष भौतिकी और एरोनॉमी के विशेष वैज्ञानिक विषयों के तहत किया जाता है।

इतिहास

पृथ्वी के चुंबकमंडल का अध्ययन 1600 में शुरू हुआ, जब विलियम गिल्बर्ट (खगोलविद) ने पाया कि पृथ्वी की सतह पर चुंबकीय क्षेत्र एक टेरेला, एक छोटा, चुंबकीय क्षेत्र जैसा दिखता है। 1940 के दशक में, वाल्टर एम. एल्सेसर ने डायनेमो सिद्धांत के मॉडल का प्रस्ताव रखा, जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को पृथ्वी के लोहे के बाहरी कोर की गति का श्रेय देता है। [चुंबकत्व मापी] के उपयोग के माध्यम से, वैज्ञानिक समय में अक्षांश और देशांतर दोनों के कार्यों के रूप में पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में भिन्नता का अध्ययन करने में सक्षम थे।

1940 के दशक के अंत में, ब्रह्मांडीय किरणों का अध्ययन करने के लिए रॉकेट का उपयोग किया जाने लगा। 1958 में, एक्सप्लोरर 1, अंतरिक्ष मिशनों की एक्सप्लोरर श्रृंखला का पहला, वातावरण के ऊपर ब्रह्मांडीय किरणों की तीव्रता का अध्ययन करने और इस गतिविधि में उतार-चढ़ाव को मापने के लिए लॉन्च किया गया था। इस मिशन ने वान एलन विकिरण बेल्ट (पृथ्वी के चुंबकमंडल के आंतरिक क्षेत्र में स्थित) अस्तित्व का अवलोकन किया, जिसके बाद उस वर्ष के अनुवर्ती एक्सप्लोरर 3 ने निश्चित रूप से इसके अस्तित्व को साबित किया। इसके अलावा 1958 के दौरान, यूजीन पार्कर ने सौर हवा के विचार को प्रस्तावित किया, 1959 में थॉमस गोल्ड द्वारा प्रस्तावित 'चुंबकमंडल' शब्द के साथ यह समझाने के लिए कि सौर हवा ने पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क किया। 1961 में एक्सप्लोरर 12 के बाद के मिशन का नेतृत्व 1963 में दोपहर के समय के मध्याह्न के पास चुंबकीय क्षेत्र की में अचानक कमी से काहिल और अमेज़ीन अवलोकन के नेतृत्व में किया गया था, जिसे बाद में चुम्बकत्वी मंडल सीमा ़ नाम दिया गया था। 1983 तक, अंतर्राष्ट्रीय कॉमेट्री एक्सप्लोरर ने मैग्नेटोटेल दूर के चुंबकीय क्षेत्र का अवलोकन किया।^[4]

संरचना और व्यवहार

मैग्नेटोस्फेयर कई चर पर निर्भर हैं: खगोलीय वस्तु का प्रकार, प्लाज्मा और संवेग के स्रोतों की प्रकृति, वस्तु के घूमने की अवधि, उस अक्ष की प्रकृति जिसके चारों ओर वस्तु घूमती है, चुंबकीय द्विध्रुव की धुरी और परिमाण और सौर हवा के प्रवाह की दिशा।

ग्रहों की वह दूरी जहां चुंबकमंडल सौर हवा के दबाव का सामना कर सकता है, चैपमैन-फेरारो दूरी कहलाती है। यह सूत्र द्वारा उपयोगी रूप से तैयार किया गया है $R_{P}$ ग्रह की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है, $B_{\it {surf}}$ भूमध्य रेखा पर ग्रह की सतह पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है, और $V_{SW}$ सौर पवन के वेग का प्रतिनिधित्व करता है:

R_{CF}=R_{P}\left({\frac {B_{\it {surf}}^{2}}{\mu _{0}\rho V_{SW}^{2}}}\right)^{\frac {1}{6}}

एक चुंबकमंडल को को "आंतरिक" के रूप में वर्गीकृत किया जाता है जब $R_{CF}\gg R_{P}$ या जब सौर पवन के प्रवाह का प्राथमिक विरोध वस्तु का चुंबकीय क्षेत्र होता है। बुध, पृथ्वी, बृहस्पति, गेनीमेड, शनि, यूरेनस और नेपच्यून, उदाहरण के लिए, आंतरिक चुंबकमंडल को प्रदर्शित करते हैं। एक चुंबकमंडल को प्रेरित के रूप में वर्गीकृत किया जाता है जब $R_{CF}\ll R_{P}$ , या जब वस्तु के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सौर हवा का विरोध नहीं किया जाता है। इस मामले में, सौर हवा ग्रह के वायुमंडल या आयनमंडल (या ग्रह की सतह, अगर ग्रह का कोई वातावरण नहीं है) के साथ संपर्क करता है। शुक्र के पास एक प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र है, जिसका अर्थ है कि चूंकि शुक्र का कोई डायनेमो सिद्धांत नहीं है, इसलिए मौजूद एकमात्र चुंबकीय क्षेत्र शुक्र की भौतिक बाधा के चारों ओर सौर हवा के लपेटने से बनता है (शुक्र के प्रेरित चुंबकमंडल को भी देखें) कब $R_{CF}\approx R_{P}$ , स्वयं ग्रह और इसका चुंबकीय क्षेत्र दोनों योगदान करते हैं। यह संभव है कि मंगल इस प्रकार का हो।^[5]

संरचना

चुंबकमंडल की संरचना का एक कलाकार द्वारा प्रस्तुतीकरण: 1) बो शॉक। 2) मैग्नेटोशीथ। 3) चुम्बकत्वी मंडल सीमा ़। 4) चुंबकमंडल। 5) उत्तरी टेल लोब। 6) दक्षिणी टेल लोब। 7) प्लास्मास्फियर।

धनुष झटका

आर हाइड्रा के चारों ओर धनुष झटके की थर्मोग्राफिक कैमरा और कलाकार की अवधारणा

बो शॉक चुंबकमंडल की सबसे बाहरी परत बनाता है; चुंबकमंडल और परिवेश माध्यम के बीच की सीमा। सितारों के लिए, यह सामान्यतःतारकीय हवा और अन्तर्तारकीय माध्यम के बीच की सीमा होती है; ग्रहों के लिए, वहाँ सौर हवा की गति कम हो जाती है क्योंकि यह चुम्बकत्वी मंडल सीमा के पास पहुँचती है।^[6]

मैग्नेटोशेथ

मैग्नेटोशेथ बो शॉक और चुम्बकत्वी मंडल सीमा के बीच चुबकमंडल का क्षेत्र है। यह मुख्य रूप से शॉक्ड सोलर विंड से बनता है, चूंकि इसमें चुंबकमंडल से थोड़ी मात्रा में प्लाज्मा होता है।^[7] यह उच्च कण ऊर्जा प्रवाह प्रदर्शित करने वाला क्षेत्र है, जहां चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और परिमाण अनियमित रूप से भिन्न होता है। यह सौर पवन गैस के संग्रह के कारण होता है जो प्रभावी रूप से तापीयकरण से गुजरा है। यह एक कुशन के रूप में कार्य करता है जो सौर हवा के प्रवाह से दबाव और वस्तु से चुंबकीय क्षेत्र की बाधा को प्रसारित करता है।^[4]

चुम्बकत्वी मंडल सीमा

चुम्बकत्वी मंडल सीमा चुंबकमंडल का वह क्षेत्र है जहां ग्रहों के चुंबकीय क्षेत्र का दबाव सौर हवा के दबाव के साथ संतुलित होता है।^[3] यह मैग्नेटोशेथ से वस्तु के चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकमंडल से प्लाज्मा के साथ झटकेदार सौर हवा का अभिसरण होता है। क्योंकि इस अभिसरण में दोनों पक्षों में चुंबकीय प्लाज्मा होता है, उनके बीच की बातचीत जटिल होती है।चुम्बकत्वी मंडल सीमा की संरचना प्लाज्मा की मच संख्या और बीटा के साथ-साथ चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर करती है।^[8] चुम्बकत्वी मंडल सीमा आकार और रूप बदलता है क्योंकि सौर हवा के दबाव में उतार-चढ़ाव होता है^[9]

मैग्नेटोटेल

संकुचित चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत मैग्नेटोटेल है, जहां चुंबकमंडल खगोलीय वस्तु से बहुत आगे तक फैला हुआ है। इसमें दो लोब होते हैं, जिन्हें उत्तरी और दक्षिणी टेल लोब कहा जाता है। उत्तरी टेल लोब में चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं वस्तु की ओर इशारा करती हैं जबकि दक्षिणी टेल लोब में दूर की ओर इशारा करती हैं। टेल लोब लगभग खाली हैं, कुछ आवेशित कण सौर हवा के प्रवाह का विरोध करते हैं। दो पालियों को एक प्लाज्मा शीट द्वारा अलग किया जाता है, एक ऐसा क्षेत्र जहां चुंबकीय क्षेत्र कमजोर होता है, और आवेशित कणों का घनत्व अधिक होता है।^[10]

पृथ्वी का चुंबकमंडल

पृथ्वी के चुंबकमंडल का कलाकार का प्रतिपादन

पृथ्वी के भूमध्य रेखा पर, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ लगभग क्षैतिज हो जाती हैं, फिर उच्च अक्षांशों पर पुन: जुड़ने के लिए वापस लौटती हैं। हालांकि, उच्च ऊंचाई पर, सौर हवा और इसके सौर चुंबकीय क्षेत्र से चुंबकीय क्षेत्र काफी विकृत हो जाता है। पृथ्वी के दिनों में, चुंबकीय क्षेत्र सौर हवा द्वारा लगभग 65,000 किलोमीटर (40,000 मील) की दूरी तक महत्वपूर्ण रूप से संकुचित होता है। पृथ्वी का धनुष आघात लगभग 17 किलोमीटर (11 मील) मोटा है^[11] और पृथ्वी से लगभग 90,000 किलोमीटर (56,000 मील) स्थित है।^[12] चुम्बकत्वी मंडल सीमा पृथ्वी की सतह से कई सौ किलोमीटर की दूरी पर मौजूद है।पृथ्वी के चुम्बकत्वी मंडल सीमा की तुलना छलनी से की गई है क्योंकि यह सौर वायु कणों को प्रवेश करने की अनुमति देती है। केल्विन-हेल्महोल्ट्ज़ अस्थिरता तब होती है जब प्लाज्मा के बड़े भंवर चुंबकमंडल के किनारे पर चुंबकमंडल से अलग वेग से अलग करते हैं, जिससे प्लाज्मा अतीत में चला जाता है। इसके परिणामस्वरूप चुंबकीय पुन: संयोजन होता है, और जैसे ही चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ टूटती हैं और पुन: सयोजित होती हैं, सौर पवन कण चुंबकमंडल में प्रवेश करने में सक्षम हो जाते हैं।^[13] पृथ्वी रात के समय, चुंबकीय क्षेत्र मैग्नेटोटेल में फैलता है, जिसकी लंबाई 6,300,000 किलोमीटर (3,900,000 मील) से अधिक है।.^[3]पृथ्वी का मैग्नेटोटेल औरोरा (खगोल विज्ञान) का प्राथमिक स्रोत है।^[10] इसके अलावा, नासा के वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि पृथ्वी की मैग्नेटोटेल दिन और रात के बीच एक संभावित अंतर बनाकर चंद्रमा पर "धूल के तूफान" का कारण बन सकती है। ^[14]

अन्य वस्तुएं

कई खगोलीय पिंड चुंबकमंडल को उत्पन्न और बनाए रखते हैं।सौर मंडल में इसमें सूर्य, बुध, बृहस्पति, शनि, यूरेनस, नेपच्यून,^[15] और गेनीमेड सम्मलित हैं। बृहस्पति का चुंबकमंडल सौर मंडल में सबसे बड़ा ग्रहीय चुंबकमंडल है, जो दिन के समय 7,000,000 किलोमीटर (4,300,000 मील) तक और रात के समय लगभग शनि की कक्षा तक फैला हुआ है। ^[16] परिमाण के क्रम में बृहस्पति का चुंबकमंडल पृथ्वी की तुलना में अधिक मजबूत है, और इसका चुंबकीय क्षण लगभग 18,000 गुना बड़ा है।^[17] दूसरी ओर शुक्र, मंगल और प्लूटो के पास कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं है। इसका उनके भूवैज्ञानिक इतिहास पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। यह सिद्धांत दिया गया है कि शुक्र और मंगल ने अपना प्रारंभिक जल प्रकाश विघटन और सौर वायु के कारण खो दिया होगा। एक मजबूत चुंबकमंडल इस प्रक्रिया को बहुत धीमा कर देता है।^[15]^[18] 2021 में एक एक्सोप्लैनेट^[19] के चुंबकमंडल का पता चला था।

यह भी देखें

जियोस्पेस
प्लाज्मा (भौतिकी)

संदर्भ

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